【摘 要】
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水利工程引起的水文情势变化将显著改变流域内湿地的生态水文节律,引起湿地植被种群分布的改变。而湿地生态系统氮循环也随不同植物种群而变化,这种由水文条件胁迫下植物种群分布会进一步影响氮素的迁移转化。目前,湖、库等湿地生态系统被认为是N2O排放的热点区域,且有大量研究表明了N2O产生排放的过程及影响因素,水文胁迫下植被群落的改变也势必影响参与氮循环的微生物活动,从而影响N2O的产生与排放。因此,探究N2
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水利工程引起的水文情势变化将显著改变流域内湿地的生态水文节律,引起湿地植被种群分布的改变。而湿地生态系统氮循环也随不同植物种群而变化,这种由水文条件胁迫下植物种群分布会进一步影响氮素的迁移转化。目前,湖、库等湿地生态系统被认为是N2O排放的热点区域,且有大量研究表明了N2O产生排放的过程及影响因素,水文胁迫下植被群落的改变也势必影响参与氮循环的微生物活动,从而影响N2O的产生与排放。因此,探究N2O排放及氮素迁移转化对人为水文调控下植被群落变化的响应,对研究湿地生态系统氮循环以及制定水力调度方式都有至关重要的作用。本研究以洞庭湖为研究对象,于2019年至2020年对实时水位变化、植被生物量、沉积物理化因子含量、N2O排放通量及微生物群落进行监测,分析了水文条件胁迫下不同植被类型对长江中下游湿地氮迁移转化及N2O排放的影响机制,为湿地生态系统氮循环及N2O产生及排放的探索提供理论依据。建立以植物及藻衰亡分解为背景的室内控制实验,模拟分析藻类爆发后对湿地生态系统氮循环过程及N2O排放的作用。主要研究结果如下:（1）整体来看,洞庭湖水文节律与三峡水库的水位变化相反,每年5月至9月为洞庭湖湿地的丰水期,10月至次年4月为枯水期。长期的水文节律造成了洞庭湖湿地植被呈带状分布,各植被带的水位深度由大到小依次为:泥滩＞荇菜带＞虉草带＞薹草带＞芦苇带,并且随着水位变化率的增加,植物的固碳量及固氮量逐渐增加。（2）短期内周期性的“干-湿”交替不仅影响植被带沉积物的理化因子含量,还使湿地中的碳氮循环发生异化。枯水期虉草带沉积物中的TOC浓度(42.743±0.384 g·kg-1)及TN含量(1.617±0.023 g·kg-1)为各植被带最高,而丰水期荇菜带沉积物中的TOC浓度(66.710±1.924 g·kg-1)及TN含量(3.304±0.062 g·kg-1)最高。丰水期植物的凋落与衰亡向沉积物中输送了大量的碳和氮,沉积物作为碳素及氮素的“汇”,而枯水期沉积物作为“源”为植物的生长提供矿质营养,沉积物中的C:N比也随其源汇功能的交替而改变。（3）水文胁迫下植被分布对湿地N2O的排放通量有显著影响,丰水期(0.561±0.067μg·m-2·min-1)及枯水期(0.988±0.267μg·m-2·min-1)泥滩的N2O排放通量均最高。无论水位高低,各植被带之间N2O的排放通量均存在差异,并且沉积物C:N比是调节N2O排放的主导因子,当C:N比＜25时,其值与N2O的排放通量呈负相关。同时,N2O排放的阈值为:当C:N比≥25时,N2O的排放通量接近0.23μg·m-2·min-1。洞庭湖水文条件的改变也导致沉积物中部分门水平微生物的相对丰度发生变化,且反硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的含量随水位上涨而升高。不同植被带之间反硝化及厌氧氨氧化作用的功能基因也存在差异。（4）根据室内控制实验的模拟结果,藻类爆发造成水体厌氧环境,其衰亡分解速度显著高于高等水生植物,向沉积物提供更多的N和P,从而促进N2O的产生与排放。同时,随着培养天数的增加微生物群落结构发生变化,反硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的含量逐渐降低,添加蓝藻也降低了这两种菌群的含量。湿地泥滩N2O的高排放量及不同植被带N2O的差异,显示了保护湿地中植被群落结构的完整性和多样性对湿地温室气体减排的重要作用。同时,保护湿地植物可抑制蓝藻水华的发生并进一步控制温室气体的排放。水淹对湿地植被影响造成的氮循环过程改变显示:在未来湿地管理中,水文调控策略应更多的注重水文条件对植被的不利作用,尽可能避免强烈的水文过程对植被群落结构的破坏。
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