论文部分内容阅读
滨海湿地是海陆相互作用的交错过渡地带，潮汐驱动下周期明显且伴随盐分表聚与淋洗的干湿交替过程是其基本的物理格架特征。随着沿海经济的高速发展以及环境污染的不断加剧，大量生源要素和污染物在滨海湿地积聚、迁移、转化并产生显著的环境效应。其中，湿地氮素动态随着全球气候变化的备受关注近年来迅速上升为研究热点。然而，目前为止，基于滨海湿地干湿交替物理格架特征，探索氮素动态变化特征及机制的研究还很不充分。以典型滨海湿地崇明东滩为原型区域，采集湿地沉积物与海水样品，通过土柱模拟方法，研究了高温(30℃、35℃、40℃)下，半月潮、日潮、变干过程以及持续淹水等干湿交替水分生态过程中沉积物硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、铵态氮(NH4+-N)、全氮(TN)、溶解性有机氮(DON)等氮素形态的含量，硝酸还原酶(Nar)、亚硝酸还原酶(Nir)、羟胺还原酶(Hyr)、脲酶(Urease)等土壤酶活性，以及硝化与反硝化细菌群落数量等的变化特征，并计算了酶活性的表观温度敏感性系数(Q10)，以期进一步认识和揭示滨海湿地生态系统沉积物氮素循环与损失规律。
研究结果表明:
(1)半月潮过程中，沉积物TN含量波动较小（0.83±0.28g·kg-1），DON含量与沉积物含水量呈现正相关关系。当沉积物由干燥状态（含水量＜2％）快速变至淹水(45％～47％)时，NO3-N含量变化幅度较小，但NH4+-N含量与Nar、Nir、Urease等的活性迅速升高。随着沉积物含水量降至＜4％，酶活性逐渐下降。随着干湿交替频次的增加，DON含量呈增加趋势，NH4+-N含量逐渐减少，Urease活性对沉积物水分变化的敏感性下降。含水量从18％升至53％，硝化细菌数量呈现迅速增加趋势。此后，含水量的降低抑制了硝化细菌的数量。相比较而言，反硝化细菌数量在上覆水持续期间较高。NO3--N、NO2-N含量与NH4+-N含量之间呈现出显著的负相关关系（30℃和35℃），结合Hyr活性与NH4+-N含量之间显著的正相关关系，可以认为，沉积物NO3--N、NO2--N的还原途径主要是氨化过程。
(2)日潮过程中，沉积物不同形态氮素的含量均较为稳定。高且稳定的Nar、Nir活性较好的解释了NO3--N、NO2--N含量保持在极低水平的现象。
(3)变干过程中，沉积物TN含量较为稳定，DON含量逐渐减少。当含水量从35％降至5％时，NO3--N含量逐渐升高，NH4+-N含量明显降低，硝化作用主导氮素的转化过程。当含水量降至1％～2％左右时，Nar和Nir活性有短暂回升。Urease活性与NH4+-N、DON含量之间表现为极显著或显著正相关，表明Urease活性主导着NH4+-N含量的变化。温度从30℃升高至40℃，Urease活性逐渐增大。
(4)持续淹水过程中，NH4+-N含量随着培养时间的延长而缓慢降低。DON含量与温度的升高成正比。Nar、Nir活性、TN含量等的变化较小。
(5)Nar、Hyr活性的Q10受干湿交替影响较小，较大值均出现在30℃～35℃温区。相比较而言，干湿交替增加了Urease活性Q10的温度响应范围，降低了Nir活性Q10的温度响应范围。
因此，高潮滩（半月潮与变干过程）沉积物含水量变化对有机氮水解影响强烈。沉积物的干湿交替过程降低了DON的水解速率。中、低潮滩带（日潮与淹水）沉积物较高的NHa+-N含量可能是水华暴发的直接诱因。干湿交替有助于Nar活性的改善，这可能导致温室气体N2O的高通量排放。相比较而言，干湿交替显著降低了沉积物Urease活性。