張永勛,曾從盛,3*,黃佳芳,王維奇,3 ,仝 川,3 (1.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,福建 福州 350007；2.福建師范大學(xué)亞熱帶濕地研究中心,福建 福州 350007；3.福建師范大學(xué)濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)-地理過程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350007)

人類活動(dòng)排放溫室氣體導(dǎo)致的氣候變暖已成為重大的全球性問題之一.自工業(yè)革命以來,化石燃料燃燒和土地利用變化等[1]行為方式已造成全球大氣中CO2、CH4和N2O的平均含量分別上升了35%、48%和28%[2].雖然N2O的增加速率低于CO2和CH4,但是其增溫潛勢(shì)在百年尺度上是CO2的298倍,成為導(dǎo)致全球變暖的重要溫室氣體之一[2].定量研究生態(tài)系統(tǒng)的 N2O排放及其規(guī)律已成為目前研究的熱點(diǎn).

河口地區(qū)是陸地系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)和海洋系統(tǒng)交互作用的地區(qū),是人類活動(dòng)影響最強(qiáng)烈的地區(qū)之一[3].河流沿岸區(qū)位條件優(yōu)越,人口密集,人類活動(dòng)排放大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被河水?dāng)y帶到河口地區(qū),導(dǎo)致河口沉積物養(yǎng)分十分豐富.河口潮間帶受潮汐作用不斷的淹水排干交替,土壤環(huán)境不斷發(fā)生變化,與此同時(shí),硝化反硝化作用也交替占主導(dǎo)作用,而這2個(gè)過程都是產(chǎn)生N2O氣體的重要過程[4-6].此外,河口潮間帶是直接接納沉積物和養(yǎng)分的區(qū)域,特別是N素的輸入直接參與了硝化反硝化作用[7-8],使其成為 N2O產(chǎn)生的重要源區(qū)[9].有研究表明,全球人為排放的N2O有1/3來自河流河口和近岸等環(huán)境[10].河口地區(qū)地形、土壤、氣候和水文條件優(yōu)越,適宜于多種生物生存,是一個(gè)多樣性較高的生態(tài)系統(tǒng)[11],但由于環(huán)境的生存限制因素少,易受外來物種入侵,使其成為最易受到外界干擾的脆弱生態(tài)系統(tǒng)類型之一[12].河口潮間帶是受到人為干擾最為嚴(yán)重的地區(qū)之一.因此,河口濕地生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū)[13].

國(guó)外關(guān)于河口濕地N2O排放研究較早,而國(guó)內(nèi)相對(duì)較晚[14].目前國(guó)內(nèi)在膠州灣河口[15],黃河口[16],長(zhǎng)江口[17],珠江口[18]等河口開展了相關(guān)研究,而作為典型的亞熱帶河口-閩江河口還是研究空白.近幾年閩江河口受外來種互花米草(Spartina alterniflora Loisel)入侵嚴(yán)重,而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展閩江河口海域水體呈富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)[19],此外,當(dāng)?shù)貪O民捕捉螃蟹和濕地放牧等踩踏行為也造成了部分濕地植被死亡形成裸地.基于這些現(xiàn)狀,本研究選取具有代表性的閩江河口潮間帶鱔魚灘短葉茳芏(Cyperus malaccensis var.brevifolius)濕地為研究對(duì)象,探討外來種互花米草入侵、養(yǎng)分輸入和踩踏等人為干擾對(duì)河口潮間帶短葉茳芏濕地N2O排放的影響,對(duì)揭示N循環(huán)規(guī)律和準(zhǔn)確評(píng)估河口濕地生態(tài)系統(tǒng)N2O排放具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義,也為更全面估測(cè)我國(guó)溫室氣體的排放提供科學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

閩江河口潮間帶鱔魚灘濕地(26°00′36″～26°03′42″ N, 119°34′ 12″～119°40′40″ E),位于閩江口南部梅花水道南岸,瑯歧島東南部(圖 1),主要是由河水從上游攜帶泥沙淤積而成的天然洲灘濕地,面積約 3120hm2.該區(qū)屬中亞熱帶與南亞熱帶過渡的濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫19.3,℃年降水量約1346mm,降水多發(fā)生在3～9月,潮汐屬正規(guī)半日潮[20].據(jù)多年觀測(cè),夏秋季潮位高(9月最高,大潮日到小潮日高潮時(shí)實(shí)驗(yàn)地皆可淹水),冬春季潮位低(3、4月最低,僅大潮日高潮時(shí)實(shí)驗(yàn)地才可淹水).建群種主要有短葉茳芏、蘆葦(Phragmites australis)、藨草(Scirpus triqueter L.)和互花米草等挺水植物.實(shí)驗(yàn)樣地選擇在鱔魚灘濕地中部(119°37′31″E,26°01′46″N),位于高潮與中潮帶過渡區(qū),植被主要由蘆葦、咸草和互花米草入侵斑塊組成.本研究選擇的各實(shí)驗(yàn)樣點(diǎn)距離較近,自然環(huán)境基本一致.

圖1 閩江河口鱔魚灘濕地位置Fig.1 The location of Shanyutan wetland in Minjiang River estuary

1.2 研究方法

1.2.1 野外采樣設(shè)計(jì) 采用靜態(tài)暗箱(浮箱)-氣相色譜法,在互花米草入侵濕地、短葉茳芏濕地和踩踏形成的裸露濕地分別選取實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位并設(shè)置 4個(gè)重復(fù).由于互花米草和短葉茳芏生長(zhǎng)期植株多在 1.2m 以上,靜態(tài)箱設(shè)計(jì)為頂箱、中箱和底座 3個(gè)部分組成,由PVC材料制作.其規(guī)格分別為:中箱和頂箱長(zhǎng)、寬和高分別為 35,35,120cm和35,35,20cm;底座設(shè)計(jì)規(guī)格有2種:一種用于測(cè)定裸露濕地和互花米草入侵濕地, 其長(zhǎng)、寬和高分別為35,35,20cm,且每個(gè)側(cè)面中間部分由下緣向上挖去15cm,上緣留5cm寬,四個(gè)棱留5cm寬;一種用于測(cè)定養(yǎng)分輸入短葉茳芏濕地的干擾實(shí)驗(yàn)[以NH4NO3和(NH4)2HPO4混施表征氮磷輸入,參照閩江河口水體富營(yíng)養(yǎng)化實(shí)際狀況(N含量為0.414～0.55mg/L; P含量為0.017～ 0.086mg/L)[21-23],考慮實(shí)驗(yàn)地農(nóng)業(yè)廢水排入的影響和潮汐漲落對(duì)實(shí)驗(yàn)地的反復(fù)淹水等因素,按農(nóng)業(yè)施肥標(biāo)準(zhǔn):氮磷肥比例 3:2,一次輸入量分別為 165kg N/hm2和110kg P/hm2[24],春、秋季皆在第 1d和第4d首次觀測(cè)前,將稱量好的肥料倒入容器,以1000mL蒸餾水充分溶解,施入底座內(nèi)土壤],其長(zhǎng)、寬和高分別為35,35,50cm,以防止養(yǎng)分過快流失.底座在第1次采樣前10d左右埋入實(shí)驗(yàn)樣地(全部埋入,頂部與地面齊平),整個(gè)觀測(cè)期均固定在采樣點(diǎn),頂箱和中箱外覆絕熱材料,頂部安裝 1個(gè)小風(fēng)扇混合箱內(nèi)氣體.浮箱用 PVC管制作而成,高和垂直截面直徑分別為35,25cm.為防止測(cè)試過程中人為踩踏干擾,搭建棧橋使采樣時(shí)均在棧橋上進(jìn)行.

采樣時(shí)間選擇在大潮月2011年9月26日到10月2日(農(nóng)歷8月29到9月初6)和小潮月2012年3月23日到3月27日(農(nóng)歷3月初2到3月初6)大潮日到小潮日白天進(jìn)行(潮汐漲落及觀測(cè)時(shí)間見表 1).根據(jù)漲落潮時(shí)間及天氣變化情況,在淹水前2h內(nèi)、淹水過程中(用浮箱法在漲、落潮過程中各測(cè) 1次)和潮水排干后 3h內(nèi), 測(cè)定互花米草入侵斑塊N2O排放通量.無(wú)淹水情況下,高潮前2h、高潮時(shí)和高潮后2h測(cè)定.輸入養(yǎng)分的短葉茳芏濕地和裸露濕地在淹水前2h內(nèi)和潮水排干后3h內(nèi)(無(wú)淹水情況下,高潮前2h和高潮后2h)測(cè)定.靜態(tài)箱頂箱蓋上后,立刻用注射器抽取箱內(nèi)氣體,每隔15 min采集1次,共抽氣 3次,每次采樣量為 60mL;有淹水情況下,漲潮和落潮過程中,用浮箱在短葉茳芏和互花米草濕地測(cè)定水-氣界面N2O通量,漲潮和落潮過程中均選在淹水約30～70cm時(shí)段內(nèi)采集氣樣,以探討漲潮和落潮過程對(duì)氣體排放的影響.采集的氣樣裝入鋁箔采樣袋(大連德霖氣體包裝有限公司生產(chǎn))帶回實(shí)驗(yàn)室分析,同時(shí)采集地下水和潮水(距浮箱 50cm 范圍內(nèi))樣品,裝入100mL的乳白色塑料瓶密封帶回實(shí)驗(yàn)室分析.同步測(cè)定環(huán)境因子,其中土壤 (0～10cm) 的氧化還原電位(Eh)和pH值用IQ150便攜式pH/氧化還原電位/溫度計(jì)測(cè)得,鹽度和土溫由 2265FS便攜式電導(dǎo)鹽分/溫度計(jì)測(cè)得.

1.2.2 室內(nèi)樣品測(cè)定與通量計(jì)算 將采集的氣樣在實(shí)驗(yàn)室用日本島津公司生產(chǎn)的氣相色譜儀(GC-2014)分析.N2O檢測(cè)器為ECD(電子捕獲檢測(cè)器),參數(shù)設(shè)置分別為檢測(cè)器溫度320,℃柱箱溫度70,℃載氣溫度70,℃載氣為高純氦氣,流速為30mL/min,用中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院生產(chǎn)的0.306×10-6, 0.353×10-6和0.414×10-6N2O標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn).N2O氣體通量的計(jì)算采用式(1).

式中:F為N2O排放通量[μg/(m2·h)];M為N2O氣體的摩爾質(zhì)量;V為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1摩爾氣體的體積;H為箱高;dc/dt為單位時(shí)間內(nèi)氣體濃度的變化率;T為箱內(nèi)溫度.

地下水和潮水在實(shí)驗(yàn)室用荷蘭SKALAR公司生產(chǎn)的SAN++連續(xù)流動(dòng)分析儀分析.

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法 運(yùn)用EXECL 2003數(shù)據(jù)分析中描述統(tǒng)計(jì)功能對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算N2O通量,其中,春、秋季和總觀測(cè)均值用每日觀測(cè)時(shí)間中,淹水時(shí)長(zhǎng)比和非淹水時(shí)長(zhǎng)比作為權(quán)重(表 1),求加權(quán)平均值.運(yùn)用圖表功能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖分析,運(yùn)用單因素方差分析功能對(duì)不同干擾方式下的濕地觀測(cè)數(shù)據(jù)與對(duì)照進(jìn)行差異性分析和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn).

表1 潮汐漲落和觀測(cè)時(shí)間Table 1 Tide fluctuation time and observation time

2 結(jié)果與分析

2.1 互花米草入侵對(duì)短葉茳芏濕地N2O排放的影響

2.1.1 互花米草入侵斑塊濕地N2O通量 秋季,互花米草入侵斑塊濕地在整個(gè)觀測(cè)期,高潮時(shí)皆被潮水淹沒(屬1年中的大潮月).漲潮前、漲潮過程、落潮過程和落潮后N2O通量分別為(-23.02±13.02),(9.68±2.1),(10.13±1.55) 和 (46.6±4.47)μg/(m2·h), 在秋季,大潮到小潮白天觀測(cè)的平均通量為10.79μg/(m2·h);從觀測(cè)日不同潮汐階段N2O排放變化趨勢(shì)看(圖2),除9月29日和10月2日漲潮前略高于漲落潮過程,其他各觀測(cè)日,互花米草入侵斑塊濕地N2O排放在不同潮汐階段變化趨勢(shì)相同.

春季,互花米草入侵斑塊濕地在大潮日被潮水淹沒,中小潮日無(wú)潮水淹沒.被潮水淹沒時(shí),漲潮前、漲潮過程、落潮過程和落潮后互花米草入侵斑塊濕地 N2O 通量分別為(10.65±2.30),(3.70±1.40), (0.27±3.36)和(15.73±0.33) μg/(m2·h),淹水時(shí)平均通量為 9.19μg/(m2·h);無(wú)潮水淹沒時(shí),高潮前、高潮時(shí)和高潮后,N2O通量分別為(31.5±4.90),(26.4±9.82)和 (32.63±28.6)μg/(m2·h),無(wú)淹水時(shí)平均通量為 30.18μg/(m2·h),在春季,大潮到小潮白天觀測(cè)的平均通量為21.78μg/(m2·h).從觀測(cè)日不同潮汐階段N2O排放變化趨勢(shì)看(圖3),有淹水的2個(gè)觀測(cè)日變化趨勢(shì)相同,即落潮后排放最高,漲潮前次之,漲落潮過程中較低.無(wú)淹水的3個(gè)觀測(cè)日,3月25日3次觀測(cè)呈上升趨勢(shì),3月26日和3月27日呈現(xiàn)下降趨勢(shì).

圖2 秋季互花米草入侵濕地N2O排放Fig.2 N2O flux from invasive Spartina alterniflora wetland in autumn

圖3 春季互花米草入侵濕地N2O排放Fig.3 N2O flux from invasive Spartina alterniflora wetland in spring

總體上,觀測(cè)期內(nèi),互花米草入侵斑塊濕地N2O通量均值為15.37μg/(m2·h),春季淹水時(shí)低于秋季淹水時(shí),但差別不大,而無(wú)淹水時(shí)明顯高于淹水時(shí),說明潮水浸淹降低了N2O排放.

表2 短葉茳芏濕地秋季N2O通量[μg/(m2·h)]Table 2 Flux from C.malaccensis wetland in autumn[μg/(m2·h)]

2.1.2 互花米草入侵對(duì)短葉茳芏濕地N2O排放影響分析 外來種互花米草入侵降低了短葉茳芏濕地N2O通量.在秋季,互花米草入侵斑塊濕地平均N2O通量低于短葉茳芏濕地,差異性極顯著(P＜0.01)(圖2、表2),而在潮汐的不同階段影響不同,漲潮前,互花米草入侵斑塊濕地極顯著低于短葉茳芏濕地 N2O 通量(P＜0.01),漲潮過程、落潮過程與落潮后也低于短葉茳芏濕地,但差異性均不顯著(P＞0.05);春季,互花米草入侵斑塊濕地N2O平均通量極顯著高于短葉茳芏濕地(P＜0.01)(圖3、表3).分別對(duì)高潮淹水和高潮無(wú)淹水的兩類潮日分析得出:高潮淹水時(shí),互花米草入侵斑塊濕地N2O通量低于短葉茳芏濕地,但差異性不顯著(P＞0.05),潮汐的各個(gè)階段,除漲潮階段互花米草入侵斑塊濕地N2O通量略高于短葉茳芏濕地,其他階段都低于短葉茳芏濕地,但各階段差異性皆不顯著(P＞0.05).高潮無(wú)淹水時(shí),互花米草入侵斑塊濕地 N2O通量極顯著高于短葉茳芏濕地(P＜0.01),潮汐各階段,前者都高于后者,高潮時(shí),二者差異性顯著(P＜0.05),其他階段二者差異性皆不顯著(P＞0.05).從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析來看,互花米草入侵對(duì)短葉茳芏濕地N2O通量的影響與潮汐作用密切相關(guān),與季節(jié)關(guān)系不明顯,但由于本研究?jī)H對(duì)春、秋季中一個(gè)大潮到小潮變化過程進(jìn)行觀測(cè),季節(jié)與互花米草入侵對(duì)短葉茳芏濕地N2O通量的影響的確切關(guān)系仍需進(jìn)一步觀測(cè)來證實(shí).

表3 短葉茳芏濕地春季N2O通量[μg/(m2·h)]Table 3 Flux from C.malaccensis wetland in spring[μg/(m2·h)]

2.2 養(yǎng)分輸入后短葉茳芏濕地N2O通量的變化特征

秋季,養(yǎng)分輸入后,觀測(cè)期內(nèi)短葉茳芏濕地N2O排放平均值為163.72μg/(m2·h),高于對(duì)照約5倍(圖4a);春季,養(yǎng)分輸入后,觀測(cè)期內(nèi)高潮淹水時(shí)和高潮無(wú)淹水時(shí),短葉茳芏濕地N2O排放平均值分別為 227.62μg/(m2·h)和 1178.64μg/(m2·h),遠(yuǎn)高于對(duì)照的 18.0 和-9.18μg/(m2·h)(圖 4b).從輸入養(yǎng)分后N2O通量變化看,高潮淹水時(shí),養(yǎng)分輸入后馬上觀測(cè),短葉茳芏濕地 N2O通量明顯高于對(duì)照,在秋季,排放峰值出現(xiàn)在施入當(dāng)天落潮后,在春季,排放峰值出現(xiàn)在施入后第2d落潮后,而高潮無(wú)淹水時(shí),養(yǎng)分輸入后馬上觀測(cè),N2O排放遠(yuǎn)高于對(duì)照,且隨著時(shí)間的推移迅速上升,養(yǎng)分輸入后第1d午后N2O排放迅速增加,第2d上午有所下降,午后再次上升,并達(dá)到觀測(cè)期最大值.總體上,養(yǎng)分輸入極顯著增加了短葉茳芏濕地短期N2O排放(高潮淹水時(shí),P＜0.01;高潮無(wú)淹水時(shí),P＜0.01),高潮淹水時(shí),N2O排放峰值出現(xiàn)較高潮無(wú)淹水時(shí)早,N2O排放通量遠(yuǎn)低于高潮無(wú)淹水時(shí).

2.3 踩踏干擾對(duì)短葉茳芏濕地N2O排放影響

2.3.1 踩踏形成的裸露濕地N2O通量 由圖5可知,在秋季,踩踏形成的裸露濕地,在漲潮前和落潮后,7個(gè)觀測(cè)日中各有排放和吸收.漲潮前,10月2日的N2O通量最小[-28.8μg/(m2·h)],9月30日的最大[128.91μg/(m2·h)],平均通量為 27.25 μg/(m2·h),變異系數(shù)為 2.09.落潮后,10月 2日的N2O通量最小[-68.81μg/(m2·h)],9月30日的最大[62.86μg/(m2·h)],平均通量為 0.28μg/(m2·h),變異系數(shù)為 53.16,在秋季大潮到小潮白天觀測(cè)的總平均通量為 14.06μg/(m2·h);在春季,五個(gè)觀測(cè)日中踩踏而成的裸露濕地對(duì)N2O皆為吸收.高潮淹水時(shí),漲潮前和落潮后,均成弱吸收狀態(tài),此時(shí)N2O平均通量為-4.43μg/(m2·h);高潮無(wú)淹水時(shí),高潮前和高潮后N2O通量呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律變化,3月25日高潮前N2O通量高于高潮后,而3月26日和3月27日高潮前低于高潮后,高潮無(wú)淹水時(shí)N2O平均通量為-32.87μg/(m2·h),在春季大潮到小潮白天觀測(cè)的平均通量為-21.31μg/(m2·h).在春秋季,踩踏形成的裸露濕地 N2O總平均通量為-0.76μg/(m2·h).

圖4 輸入養(yǎng)分的短葉茳芏濕地N2O排放Fig.4 N2O emission from C.malaccensis wetland after adding nutrient

總體上,閩江河口鱔魚灘潮間帶短葉茳芏濕地在踩踏干擾下,秋季的觀測(cè)值高于春季,秋季一個(gè)大潮到小潮白天為N2O的弱源,春季為N2O的匯;高潮有潮水淹沒時(shí),踩踏形成的裸露濕地N2O通量高于無(wú)潮水淹沒時(shí).

2.3.2 踩踏干擾對(duì)短葉茳芏濕地N2O排放影響分析 方差分析表明,在秋季,觀測(cè)期內(nèi)踩踏形成的裸露濕地平均N2O通量低于短葉茳芏濕地,差異性顯著(P＜0.05)(圖5a、表2).從不同潮汐階段看,漲潮前,裸露濕地N2O通量低于短葉茳芏濕地,但差異性不顯著(P＞0.05),落潮后仍低于短葉茳芏濕地,差異性極顯著(P＜0.01);春季,觀測(cè)期內(nèi)裸露濕地 N2O平均通量顯著低于短葉茳芏濕地(P＜0.05)(圖5b、表3),分別對(duì)高潮淹水和高潮無(wú)淹水的兩類潮日分析得出:高潮淹水時(shí),裸露濕地N2O 通量顯著低于短葉茳芏濕地(P＜0.05),高潮無(wú)淹水時(shí),也低于短葉茳芏濕地,但差異性不顯著(P＞0.05).綜合而言,踩踏降低短葉茳芏濕地 N2O通量,但是因植物的生長(zhǎng)季節(jié)和潮汐環(huán)境的差異而影響程度不同.

圖5 裸露濕地N2O通量Fig.5 N2O flux from bare wetland

3 討論

3.1 互花米草入侵對(duì)短葉茳芏濕地N2O通量的影響

在不同的環(huán)境及植物生長(zhǎng)期條件下,互花米草入侵對(duì)短葉茳芏濕地 N2O通量的影響不同.9月末互花米草和短葉茳芏皆處于生長(zhǎng)季,植株高度高,同時(shí)此月份閩江河口恰處大潮月,濕地每日皆受潮汐漲落而淹水排干交替.這一時(shí)期互花米草入侵導(dǎo)致N2O通量降低,可能是因?yàn)榛セ撞萆锪窟h(yuǎn)大于短葉茳芏[25],其生長(zhǎng)需要更多的 N素,減少了硝化反硝化的 N 源.同時(shí),互花米草斑塊濕地pH(6.00)低于短葉茳芏濕地(6.11),也不利于 N2O的排放[26-28].3月末,互花米草處于分蘗期[29],而此時(shí)短葉茳芏剛剛進(jìn)入生長(zhǎng)期,植株的高度和密度遠(yuǎn)低于互花米草,因此,互花米草植株的N2O傳輸能力和產(chǎn)生能力皆高于后者[30-31],土壤微生物活性也可能高于后者[32].其次,淹水時(shí)潮水中及非淹水時(shí)的土壤水中,互花米草濕地還原態(tài) N(銨態(tài) N均值分別為 0.5975,0.3731mg/L)高于短葉茳芏濕地(均值分別為 0.2492,0.2933mg/L),而氧化態(tài) N 離子(硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮均值分別為 0.9111,0.0661mg/L)低于短葉茳芏濕地(均值分別為 1.0553,0.2670mg/L),同時(shí),土壤氧化還原電位也低于短葉茳芏濕地(均值分別為58.26,67.79mV)[33],這些環(huán)境條件導(dǎo)致 3月末互花米草濕地N2O通量高于短葉茳芏濕地.

3.2 養(yǎng)分輸入對(duì)短葉茳芏濕地N2O通量的影響

本研究表明,養(yǎng)分輸入極顯著增加了短葉茳芏濕地短期N2O排放,這一結(jié)果與Serena等[34]在美國(guó)羅利河河口潮間帶及張麗華等[35]在中國(guó)三江平源淡水沼澤濕地 N添加研究結(jié)果一致.對(duì)比高潮淹水時(shí)與高潮無(wú)淹水時(shí)養(yǎng)分添加后短葉茳芏濕地N2O排放情況,可以得出,潮水對(duì)養(yǎng)分輸入增加短葉茳芏 N2O排放具有明顯的削弱作用.形成以上規(guī)律的原因可能是:首先,河口濕地是N、P受限的生境[36],N2O的產(chǎn)生受到N源量的限制,養(yǎng)分輸入使土壤中硝化或反硝化過程獲得充足的N源,為 N2O 的產(chǎn)生創(chuàng)造根本條件[37].同時(shí)適當(dāng)?shù)腘/P比適合植物的吸收,且可能激發(fā)土壤微生物的活性,使硝化和反硝化速率提高.其次,在高潮有潮水淹沒時(shí),由于潮水的漲落,使養(yǎng)分快速進(jìn)入土壤參與反應(yīng),所以在養(yǎng)分輸入當(dāng)天退潮后 N2O排放達(dá)到最大值,每次潮汐過程潮水帶走一部養(yǎng)分,使得在隨后幾天觀測(cè)中 N2O通量迅速下降并回到對(duì)照水平.而高潮無(wú)潮水淹沒時(shí),養(yǎng)分輸入后,沒有潮水的稀釋削減作用,有效N源多,加之在土壤溫度(圖6)等環(huán)境因子的綜合影響下,N2O通量呈波動(dòng)上升的趨勢(shì).可見,養(yǎng)分輸入明顯增加了N2O排放,可以認(rèn)為河水富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)在一定程度上增加N2O 排放,加強(qiáng)水質(zhì)管理,防治水體富營(yíng)養(yǎng)化,具有重要環(huán)境意義.本研究?jī)H對(duì)養(yǎng)分輸入對(duì)河口潮間帶環(huán)境下短葉茳芏濕地 N2O通量短期影響作了探討,長(zhǎng)期影響是否與人工濕地[35]和淡水沼澤濕地[38]影響相同,需進(jìn)一步研究.

圖6 高潮無(wú)淹水時(shí)溫度與N2O通量關(guān)系Fig.6 Relation between temperature and N2O flux at exposed in high tide date

3.3 踏踩干擾對(duì)短葉茳芏濕地N2O通量的影響

N2O產(chǎn)生主要源于濕地土壤的硝化、反硝化作用[39],踏踩干擾造成短葉茳芏濕地硝化、反硝化作用的環(huán)境發(fā)生變化[40],從而改變了短葉茳芏濕地N2O排放的規(guī)律.本研究結(jié)果表明,踏踩降低了短葉茳芏濕地N2O排放,其原因可能有以下幾個(gè)方面:植物對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境具有改造作用,植物根系對(duì)土壤中N等營(yíng)養(yǎng)元素除具有吸收,同時(shí)通過分泌各物質(zhì),形成特定理化性質(zhì)和微生物過程,營(yíng)造穩(wěn)定的土壤環(huán)境[41-42],而當(dāng)踩踏致使植物消失后,這一穩(wěn)定環(huán)境遭到破壞,營(yíng)養(yǎng)元素含量和性質(zhì)在潮水漲落影響下波動(dòng)較大,從而導(dǎo)致N2O排放波動(dòng)也較大,這一現(xiàn)象在植物生長(zhǎng)季表現(xiàn)尤其明顯(秋季裸露濕地N2O排放變異系數(shù)為3.67,短葉茳芏濕地為 0.45),而在高潮無(wú)潮水淹沒時(shí)期,則無(wú)明顯差別.踩踏造成短葉茳芏濕地土壤的理化性質(zhì)發(fā)生變化.踩踏干擾形成的裸露濕地電導(dǎo)率(4.25mS/cm)低于短葉茳芏濕地(3.14mS/cm),氧化還原電位(44.33mV)略低于短葉茳芏濕地(52.65mV),而 pH 值(6.34)高于短葉茳芏濕地(6.05),這些理化性質(zhì)的變化減少了 N2O排放[26-28],此外,濕地因踩踏而壓實(shí)也可導(dǎo)致 N2O排放減少[43].踩踏導(dǎo)致地表植株死亡分解,而植物體消失切斷了土壤中產(chǎn)生的N2O向大氣中傳輸?shù)闹匾ǖ繹44],也可導(dǎo)致 N2O 通量降低.高潮淹水時(shí),裸露濕地N2O通量高于無(wú)淹水時(shí),可能因?yàn)檠退畷r(shí),潮水帶來大量的養(yǎng)分,為硝化反硝化提供較多的 N 源,而無(wú)淹水缺少來源,所以,無(wú)淹水時(shí)總是處于 N2O 的吸收狀態(tài).此外,觀測(cè)發(fā)現(xiàn),裸露濕地有大量的螃蟹和其他動(dòng)物的洞穴,而有植被濕地的洞穴數(shù)量較少,已有研究表明,濱海生態(tài)系統(tǒng)中,大型動(dòng)物打的洞穴的穴壁促進(jìn) N2O排放[45],而閩江河口濕地生態(tài)系統(tǒng),動(dòng)物洞穴是否促進(jìn)N2O排放,有待進(jìn)一步研究.

4 結(jié)論

4.1 觀測(cè)期內(nèi),互花米草入侵斑塊濕地 N2O 通量,均值為 15.37μg/(m2·h),低于短葉茳芏濕地的18.77μg/(m2·h).秋季,互花米草入侵斑塊濕地平均N2O通量極顯著低于短葉茳芏濕地;春季,互花米草入侵斑塊濕地N2O平均通量極顯著高于短葉茳芏濕地,春季高潮淹水時(shí),互花米草入侵斑塊濕地N2O通量低于短葉茳芏濕地,但不顯著,高潮無(wú)淹水時(shí),互花米草入侵斑塊濕地N2O通量極顯著高于短葉茳芏濕地.

4.2 養(yǎng)分輸入極顯著增加了短葉茳芏濕地 N2O通量.秋季,輸入養(yǎng)分的短葉茳芏濕地N2O通量平均值為 163.72μg/(m2·h),春季,高潮淹水時(shí)和高潮無(wú)淹水時(shí),分別為 227.62μg/(m2·h)和 1178.64μg/(m2·h),高潮淹水時(shí),N2O 排放峰值出現(xiàn)較高潮無(wú)淹水時(shí)早,N2O排放通量遠(yuǎn)低于高潮無(wú)淹水時(shí).

4.3 踩踏形成的裸露濕地 N2O平均通量為-0.76μg/(m2·h),踩踏降低了短葉茳芏濕地N2O通量,秋季和春季高潮淹水時(shí),降低幅度顯著,春季高潮無(wú)淹水時(shí)降低幅度不顯著.

4.4 潮汐在不同種干擾方式對(duì)短葉茳芏濕地N2O通量影響程度中起重要作用.

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