袁俊吉，項(xiàng)劍，劉德燕，林永新，丁維新*

1. 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

互花米草入侵鹽沼濕地CH4和N2O排放日變化特征研究

袁俊吉1,2，項(xiàng)劍1,2，劉德燕1，林永新1,2，丁維新1*

1. 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）是導(dǎo)致全球氣候變暖的2種重要溫室氣體，探索其源匯及地域排放特征一直是全球變化研究領(lǐng)域的核心內(nèi)容。CH4和N2O通量的日變化研究是正確估算大時(shí)間尺度下CH4和N2O排放量的基礎(chǔ)。利用靜態(tài)箱法原位觀(guān)測(cè)了江蘇沿海蘆葦（Phragmites australis）、鹽蒿（Suada salsa）、光灘、水面以及互花米草（Spartina alterniflora）入侵濕地CH4和N2O排放的日變化特征。結(jié)果表明，1）互花米草濕地地上部生物量為1.70 kg·m-2，土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.55 g·kg-1；分別是蘆葦和鹽蒿濕地的2.50～3.43和2.15～4.15倍。2）互花米草和蘆葦濕地土壤10 cm處氧化還原電位（Eh）有明顯日變化，最低值出現(xiàn)在3:00，最高值出現(xiàn)在12:00；光灘和鹽蒿濕地沒(méi)有明顯的日變化。3）互花米草濕地CH4日平均排放通量為0.52 mg·m-2·h-1，是其他濕地的2.12～6.40倍；N2O日平均通量為-3.24 μg·m-2·h-1，顯著低于鹽蒿濕地、光灘和水面（P＜0.05）?；セ撞莺吞J葦濕地CH4排放通量最高值（0.73 mg·m-2·h-1和0.30 mg·m-2·h-1）出現(xiàn)在15:00，最低值（0.37 mg·m-2·h-1和0.17 mg·m-2·h-1）出現(xiàn)在3:00，均與土壤孔隙水中CH4濃度呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）?；セ撞轁竦谻H4排放通量與10 cm土溫、Eh和生態(tài)系統(tǒng)CO2凈交換量（NEE）顯著正相關(guān)（P＜0.05）?；セ撞莺吞J葦濕地N2O通量9:00-18:00為負(fù)值，21:00—6:00為正值，均與NEE呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。鹽蒿濕地、光灘和水面CH4和N2O排放通量沒(méi)有明顯日變化特征。互花米草入侵提高了沿海濕地CH4排放，但降低了N2O排放，植物對(duì)CH4傳輸作用以及向根際傳輸O2和易分解有機(jī)物是導(dǎo)致互花米草和蘆葦濕地CH4和N2O排放表現(xiàn)出日變化特征的原因。

溫室氣體；日變化；互花米草；入侵；沿海濕地

最近一個(gè)半世紀(jì)以來(lái)地球表面平均氣溫的快速增長(zhǎng)引發(fā)了國(guó)際間對(duì)溫室氣體排放及其潛在風(fēng)險(xiǎn)的廣泛關(guān)注。二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）是導(dǎo)致全球氣候變暖的3種最重要的長(zhǎng)生命期溫室氣體，探索其源匯及地域排放特征一直是全球變化研究領(lǐng)域的核心內(nèi)容。自工業(yè)革命以來(lái)，大氣中CO2、CH4和N2O濃度分別增長(zhǎng)了141%、260%和120%（WMO, 2013），這種增長(zhǎng)與人類(lèi)活動(dòng)密不可分（IPCC, 2007）。盡管CH4和N2O在大氣層中的濃度遠(yuǎn)低于CO2，但是百年尺度全球增溫潛勢(shì)分別是CO2的25和298倍，導(dǎo)致大氣層中CH4和N2O的輻照強(qiáng)度分別占溫室氣體總輻照強(qiáng)度的18%和6%。因此，土壤CH4和N2O排放的變化引起高度關(guān)注。

濕地CH4和N2O通量的日變化研究是正確估算大時(shí)間尺度下CH4和N2O排放量（如平均年排放量和季節(jié)排放量）的基礎(chǔ)（葉勇等, 2000）。CH4和 N2O排放日變化特征受到多種生物和非生物因素的影響，包括溫度（Mikkela等, 1995）、光照強(qiáng)度（Whiting和 Chanton, 1996）、植物生長(zhǎng)狀況（J?rgensen等, 2012）和氣體傳輸機(jī)理等（Cheng等, 2007）。濕地植物根系分泌物為產(chǎn)甲烷菌提供底物，但是植物向根際傳輸O2也促進(jìn)了CH4氧化；濕地植物對(duì)氮素的吸收和對(duì)土壤氧化還原狀況的改變影響著硝化-反硝化過(guò)程。此外，植物通氣組織為氣體排放提供“通道”（Schutz等, 1991）。因此，濕地植被的結(jié)構(gòu)組成以及植物的光合特性在很大程度上影響著CH4和N2O通量的日變化特征。

北美土著植物互花米草（Spartina alterniflora）于 1979年引入我國(guó)東海岸，由于極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和繁殖力，迅速侵占了土著植物鹽蒿（Suaeda Salsa）和蘆葦（Phragmites australis）等的生存空間，成為優(yōu)勢(shì)物種。C4植物互花米草其光合速率和初級(jí)生產(chǎn)力高于土著植物，顯著提高了沿海濕地土壤有機(jī)碳（SOC）含量（Zhang等, 2010）。Cheng等（2006）發(fā)現(xiàn)互花米草入侵長(zhǎng)江九段沙濕地后顯著增加了土壤總碳氮庫(kù)、有機(jī)碳氮庫(kù)、易分解碳氮庫(kù)等。盆栽試驗(yàn)表明，互花米草濕地較高的生物量和SOC促進(jìn)了CH4和N2O排放（Cheng等, 2012; Zhang等, 2010; 項(xiàng)劍等, 2012）。本文選取江蘇省大豐市沿?；セ撞萑肭譂竦氐葹檠芯繉?duì)象，通過(guò)比較不同類(lèi)型濕地CH4和N2O通量的日變化特征，以期為準(zhǔn)確估算沿海濕地溫室氣體排放和評(píng)估互花米草入侵的環(huán)境效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)和研究方法

1.1 樣地概況

研究樣地設(shè)于江蘇省鹽城市國(guó)家級(jí)珍禽自然保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)（33°22'N，120°42'E）。該區(qū)域地處暖溫帶，主要受海洋性和大陸性氣候影響，年均氣溫為12.6 ℃，年均降水量1040 mm。研究區(qū)域受黃海潮汐影響，為正規(guī)半日潮，潮汐振幅2～3 m，潮水鹽度為30.0‰～32.0‰。本文選取5種典型的濕地類(lèi)型（圖 1），分別為開(kāi)放水面、光灘、互花米草濕地、鹽蒿濕地和蘆葦濕地，5種濕地海拔依次升高。開(kāi)放水面位于潮下帶，為采樣方便本文選擇一常年淹水的潮汐溝，光灘位于潮間帶的下部，互花米草濕地位于潮間帶的中下部，鹽蒿濕地位于潮間帶的中上部，蘆葦濕地位于潮上帶。不同濕地隨著海拔的升高，其被潮汐淹沒(méi)的頻率依次降低。

1.2 氣體樣品采集和分析

CH4和 N2O排放通量用靜態(tài)箱-氣相色譜法測(cè)定。2011年11月，在各濕地分別設(shè)立了3個(gè)固定采樣位點(diǎn)，每個(gè)采樣位點(diǎn)間隔3 m。采樣箱底座采用下沿帶孔的PVC槽架（50 cm×50 cm×20 cm，槽深5 cm）。在光灘、互花米草、鹽蒿和蘆葦濕地，將底座插入土壤20 cm使槽底與土壤表面齊平；開(kāi)放水面設(shè)置可調(diào)節(jié)高度的支架，采樣前1 d調(diào)節(jié)支架使槽底與水面齊平。采樣箱為透明有機(jī)玻璃箱（50 cm×50 cm×50 cm），互花米草和蘆葦濕地植被較高，采樣時(shí)另加一個(gè)帶槽透明中段（50 cm×50 cm×50 cm，槽深5 cm）。在每個(gè)固定采樣地點(diǎn)（開(kāi)放水面除外），距離采樣箱底座20 cm處分別埋設(shè)氧化還原電位參比電極和Rhizon MOM土壤水樣采集器。

于2012年8月16、17日進(jìn)行CH4和N2O排放通量的日變化研究，采樣日為晴天。采氣時(shí)，預(yù)先向采樣箱底座和中段的凹槽內(nèi)注水2～3 cm，然后輕輕蓋上采樣箱。在蓋箱后0、10、20和30 min，分別用50 mL注射器采集樣品，注入已抽真空的鋼化玻璃瓶（22 mL）中，同時(shí)記錄箱內(nèi)溫度，每隔3 h采樣一次，全天共采樣8次。樣品中CH4、N2O和CO2濃度用安捷倫氣相色譜儀分析，生態(tài)系統(tǒng)CO2凈交換量（NEE）為CO2通量的負(fù)值（Yu等, 2012）。每次氣體采集結(jié)束后，立刻測(cè)定土壤10 cm處溫度和氧化還原電位，同時(shí)采集土壤孔隙水。采樣時(shí)，把已抽真空并裝有一半體積 N2的玻璃瓶連接到Rhizon MOM水樣采集器，通過(guò)瓶?jī)?nèi)負(fù)壓讓土壤孔隙水自動(dòng)流入，采集的水樣保存于4 ℃保溫箱中，立即帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定氣體濃度。

CH4、N2O和CO2的通量計(jì)算公式為：

式中F為氣體通量，即FCH（4以CH4計(jì)，mg·m-2·h-1）、FN2O（以N2O計(jì)，μg·m-2·h-1）和FCO2（以CO2計(jì)，mg·m-2·h-1），ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 CH4、N2O和 CO2的密度（kg·m-3），V是密閉箱有效體積（m3），S為底座面積（m2），dC dt表示單位時(shí)間內(nèi)密閉箱內(nèi)CH4、N2O和CO2濃度變化量，T為密閉箱內(nèi)平均氣溫（℃）。

水中CH4濃度計(jì)算方法如下：

式中 C為水中 CH4濃度（μmol·L-1），Ch為瓶中CH4體積分?jǐn)?shù)（μL·L-1），β為水中CH4的Bunsen溶解系數(shù)（0.2742～0.3096 L·L-1，由鹽度決定）（Wiesenburg和Guinasso, 1979），R為氣體常數(shù)（0.0814），T為測(cè)定時(shí)室內(nèi)溫度（℃），Vh和Vp分別代表玻璃瓶上部空氣體積和瓶?jī)?nèi)水的體積（mL）。

1.3 土壤和植株樣品采集

圖1 江蘇沿海濕地?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)Fig. 1 Transect of coastal salt marsh in Jiangsu province, China

用不銹鋼采樣器在每種濕地采集0～20 cm土壤樣品，去除植物根系和枯落物后保存在4 ℃保溫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室。新鮮土樣中溶解態(tài)有機(jī)碳（DOC）提取時(shí)，以1∶2土水比25 ℃恒溫震蕩30 min，然后4 ℃下以4000 r·min-1離心25 min，上清液過(guò)0.45μm濾膜后用島津碳氮分析儀測(cè)定。土壤NH4+-N和NO3–-N由2 mol·L-1KCl提取后用SAN++流動(dòng)注射分析儀測(cè)定。風(fēng)干樣品中 SOC用重鉻酸鉀容量法測(cè)定。在蘆葦、鹽蒿和互花米草濕地臨近采樣點(diǎn)各劃定3個(gè)50 cm×50 cm樣方，分別測(cè)定樣方內(nèi)植株高度和密度，齊根割斷植物地上部帶回實(shí)驗(yàn)室，純水清洗后70 ℃烘干至恒質(zhì)量測(cè)定地上部生物量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的顯著性檢驗(yàn)采用SPSS 13.0軟件中的單因素方差分析（ANOVA）方法分析，不同處理之間多重比較采用LSD（Least Significant Different）方法，然后進(jìn)行t檢驗(yàn)。CH4和N2O排放通量與環(huán)境因子的關(guān)系由線(xiàn)性回歸和t檢驗(yàn)判斷。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濕地類(lèi)型的土壤性質(zhì)及地上生物量

互花米草入侵顯著提高了沿海濕地0～20 cm土層SOC濃度?；セ撞轁竦豐OC濃度是其他濕地的2.50～10.19倍，蘆葦和鹽蒿濕地SOC濃度也顯著高于光灘和開(kāi)放水面。互花米草入侵顯著提高了土壤中DOC濃度，達(dá)到1.07 g·kg-1?；セ撞轁竦赝寥?NH4+-N濃度顯著高于其他類(lèi)型濕地，但是NO3–-N濃度則顯著低于光灘、鹽蒿和蘆葦濕地。互花米草濕地地上部分生物量為1.70 kg·m-2，是蘆葦和鹽蒿濕地的2.15和4.15倍（表1）。

2.2 10 cm處土溫、水溫和氧化還原電位日變化

光灘10 cm處土溫的日平均值顯著高于蘆葦、鹽蒿和互花米草濕地（表2）。所有濕地10 cm處土溫、水溫均表現(xiàn)出明顯的日變化，最高值出現(xiàn)在12:00，水面和光灘最低值出現(xiàn)在3:00，互花米草、鹽蒿和蘆葦濕地最低值出現(xiàn)在6:00（圖2）。

10 cm處氧化還原電位日平均值表現(xiàn)為：蘆葦濕地＞鹽蒿濕地＞光灘＞互花米草濕地?；セ撞莺吞J葦濕地土壤10 cm處氧化還原電位表現(xiàn)出明顯的日變化，最低值出現(xiàn)在3:00，最高值出現(xiàn)在12:00；光灘和鹽蒿濕地沒(méi)有明顯的日變化。

表1 沿海濕地土壤和植被性質(zhì)Table 1 Soil and plant characteristics measured from the coastal salt marsh

表2 濕地10 cm處土溫、水溫、土壤Eh、孔隙水中CH4濃度、CH4和N2O通量均值Table 2 Daily averages of soil and water temperature at 10 cm depth, soil Eh, porewater CH4concentration, CH4and N2O fluxes in the coastal salt marsh

2.3 土壤孔隙水中CH4濃度

土壤孔隙水中 CH4平均濃度為：互花米草濕地＞蘆葦濕地＞鹽蒿濕地＞光灘＞水面（表 2），互花米草濕地是其他濕地的3.71～14.02倍?；貧w分析表明，孔隙水中 CH4日平均濃度與 SOC（P=0.001, n=5）和DOC（P=0.003, n=5）呈極顯著相關(guān)?；セ撞莺吞J葦濕地土壤孔隙水中CH4濃度表現(xiàn)出明顯的日變化，最高值出現(xiàn)在3:00，互花米草濕地15:00時(shí)濃度最低，蘆葦濕地12:00時(shí)濃度最低（圖3）。

圖2 濕地10 cm處土溫、水溫和氧化還原電位的日變化Fig. 2 Diel variation in soil and water temperature and redox potential at 10 cm depth in the coastal salt marsh

圖3 沿海濕地土壤孔隙水中CH4濃度的日變化特征Fig. 3 Diel variation of CH4concentration in porewater in the coastal salt marsh

2.4 CH4和N2O排放通量

濕地CH4日平均排放通量為：互花米草濕地＞蘆葦濕地＞鹽蒿濕地＞光灘＞水面（表 2）?；セ撞轁竦厥瞧渌麧竦氐?2.12～6.40倍。蘆葦濕地也顯著高于鹽蒿、光灘和水面（P＜0.05）?；貧w分析表明，濕地CH4日平均排放通量與SOC（P＜0.001, n=5）和DOC（P=0.013, n=5）呈顯著正相關(guān)。

互花米草和蘆葦濕地CH4排放呈現(xiàn)明顯的日變化，最高值出現(xiàn)在15:00，最低值出現(xiàn)在3:00。CH4排放通量最大值與最小值的比值，互花米草和蘆葦濕地分別為1.95和1.70。鹽蒿、光灘和水面則沒(méi)有明顯的日變化（圖4）?；セ撞轁竦谻H4排放通量與土壤孔隙水中CH4濃度呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），而與10 cm土溫、土壤Eh和NEE呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），蘆葦濕地CH4排放通量與土壤孔隙水中CH4濃度呈顯著負(fù)相關(guān)（表3）、與NEE呈正相關(guān)（P＜0.05）。

互花米草和蘆葦濕地 N2O日平均排放通量為負(fù)值，表明該兩種濕地存在對(duì)大氣中 N2O的凈吸收。鹽蒿、光灘和水面N2O日平均排放通量為正，是 N2O的排放源（表 2）?；セ撞莺吞J葦濕地N2O通量呈現(xiàn)明顯的日變化特征，表現(xiàn)為9:00～18:00時(shí)為負(fù)值，21:00～6:00時(shí)為正值（圖4）?；貧w分析表明，互花米草和蘆葦濕地N2O排放通量與NEE呈顯著負(fù)相關(guān)（圖5）（P＜0.05）。

3 討論

3.1 濕地CH4排放通量的日變化特征

圖4 濕地CH4和N2O排放通量的日變化Fig. 4 Diel variation of CH4and N2O flux in the coastal salt marsh

表3 CH4排放通量與10 cm處土溫、水溫、土壤Eh、孔隙水中CH4濃度和NEE的關(guān)系Table 3 Relationships between CH4flux and soil and water temperature at 10 cm depth, soil Eh, porewater CH4concentration and NEE in the coastal salt marsh

圖5 互花米草和蘆葦濕地N2O通量與NEE的關(guān)系Fig. 5 Relationship between N2O flux and NEE in S. alterniflora marsh and P. australis marsh

不同類(lèi)型濕地CH4日平均排放通量存在著明顯差異，互花米草濕地CH4日平均排放通量顯著高于其他濕地。將不同類(lèi)型濕地?cái)?shù)據(jù)匯總分析，發(fā)現(xiàn)CH4排放通量與SOC和DOC呈顯著正相關(guān)，表明互花米草入侵導(dǎo)致SOC積累顯著提高了沿海濕地 CH4通量。CH4是濕地SOC厭氧分解的最后一步，SOC含量影響產(chǎn)甲烷底物的供應(yīng)，從而影響CH4產(chǎn)生和排放。徐華等（2008）對(duì)我國(guó) 15種水稻土產(chǎn)甲烷潛力研究表明，無(wú)論在厭氧和好氧條件下，土壤產(chǎn)甲烷潛力與SOC含量顯著相關(guān)。Shang等（2011）對(duì)雙季稻區(qū)長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)田測(cè)定結(jié)果表明，不同施肥處理之間CH4排放量與SOC含量呈顯著的線(xiàn)性關(guān)系。項(xiàng)劍等（2012）的研究表明，互花米草濕地CH4排放量的差異主要是由土壤 SOC含量不同引起。我們先前的研究發(fā)現(xiàn)（Yuan等, 2014），互花米草入侵導(dǎo)致 SOC積累提高了產(chǎn)甲烷底物三甲胺的含量，從而提高了產(chǎn)甲烷潛力。在本研究中，土壤孔隙水中CH4濃度與SOC和DOC呈極顯著正相關(guān)，表明互花米草入侵導(dǎo)致的 SOC累積促進(jìn)了沿海濕地CH4產(chǎn)生和排放。

在互花米草和蘆葦濕地中，CH4排放通量表現(xiàn)出明顯的日變化，最高值出現(xiàn)在 15:00，最低值出現(xiàn)在3:00。維管植物可以通過(guò)兩種機(jī)理傳輸CH4：分子擴(kuò)散和對(duì)流傳輸。一般而言，對(duì)流傳輸?shù)腃H4排放量遠(yuǎn)高于擴(kuò)散方式的排放量（Whiting和Chanton, 1996）。Van der Nat等（1998）和 Kaki等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，黑暗條件下蘆葦以擴(kuò)散方式進(jìn)行傳輸CH4，而在光照條件下則以對(duì)流傳輸方式，導(dǎo)致CH4排放通量出現(xiàn)較大的日變化。但是只以擴(kuò)散方式傳輸CH4的植物，其日變化較小。Ding等（2004）發(fā)現(xiàn)，毛果苔草濕地 CH4排放通量日最高值與最低值之比僅為1.44～1.86。此外，對(duì)流傳輸為主的植物由于在黑暗條件下氣體傳輸受限，所以在上午光照強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)出現(xiàn)一個(gè)CH4排放峰值，一般出現(xiàn)在上午 9:00左右。但是互花米草和蘆葦濕地CH4排放最大值與最小值之比分別為1.95和1.70，顯著低于淡水蘆葦?shù)谋戎?4～26（Van der Nat等, 1998），而且在上午也未出現(xiàn)CH4排放峰值，表明互花米草和蘆葦濕地CH4傳輸以擴(kuò)散為主（Zhang和Ding, 2011）。鹽蒿濕地孔隙水中CH4濃度和CH4排放沒(méi)有明顯的日變化，表明鹽蒿傳輸CH4能力較弱。鹽蒿植株缺少發(fā)達(dá)的通氣組織且葉面長(zhǎng)有蠟質(zhì)層，可能會(huì)抑制CH4向大氣中排放。植物光合過(guò)程中產(chǎn)生的O2子可以釋放到根際，促進(jìn)CH4氧化，降低 CH4排放量。但是互花米草和蘆葦濕地 CH4排放通量與Eh呈正相關(guān)，我們推測(cè)植物光合作用對(duì)CH4傳輸?shù)呢暙I(xiàn)遠(yuǎn)高于對(duì)CH4氧化的貢獻(xiàn)。這與Ding等（2004）對(duì)毛果苔草濕地CH4排放日變化研究所發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素不同。

前人研究認(rèn)為，在無(wú)植物生長(zhǎng)的濕地，土壤溫度調(diào)控 CH4的產(chǎn)生，從而影響 CH4排放的日變化（Van der Nat等, 1998）。在本研究中，光灘和水面CH4排放沒(méi)有明顯的日變化且與10 cm處土溫、水溫?zé)o顯著關(guān)系（表 3）。在無(wú)植物生長(zhǎng)的濕地，擴(kuò)散和冒泡是CH4傳輸?shù)闹饕绞?，盡管普遍認(rèn)為冒泡排放的 CH4主要受土溫影響（Fechner-Levy和Hemond, 1996），但是本試驗(yàn)中土溫和水溫的變化幅度很小，這可能導(dǎo)致無(wú)明顯晝夜變化的原因。

3.2 濕地N2O排放通量的日變化特征

本試驗(yàn)中沿海濕地 N2O日平均通量為-3.14～12.58 μg·m-2·h-1，接近于Hirota等（2007）報(bào)道的日本潟湖鹽沼濕地（-6～13 μg·m-2·h-1）以及Smith等（1983）報(bào)道美國(guó)的 Louisiana鹽沼濕地（5.56 μg·m-2·h-1），但遠(yuǎn)低于 Bange（2006）獲得的歐洲河口濕地（224.17～459.83 μg·m-2·h-1）。特別值得關(guān)注的是，互花米草和蘆葦濕地N2O日平均通量為負(fù)值，表明存在對(duì)大氣N2O吸收的現(xiàn)象。鹽沼被認(rèn)為是“氮限制”生態(tài)系統(tǒng)，濕地微生物和植被通常會(huì)受到低氮脅迫，有限的無(wú)機(jī)氮被高效利用而較少轉(zhuǎn)化為N2O。當(dāng)土壤中NO3–含量很低時(shí)，大氣或土壤孔隙中的 N2O將成為反硝化過(guò)程中唯一的電子受體（Rosenkranz等, 2006）。Ryden（1983）認(rèn)為當(dāng)土壤中 NO3–濃度低于 1 mg·kg-1時(shí)就會(huì)產(chǎn)生N2O吸收現(xiàn)象。在本試驗(yàn)中沿海濕地土壤中 NH4+和NO3–含量很低。特別是互花米草和蘆葦濕地由于生物量較大，其植物初級(jí)生產(chǎn)需要更多的氮素，可能會(huì)加劇這2種濕地中氮素的缺乏，從而導(dǎo)致N2O的吸收。

互花米草和蘆葦濕地 N2O通量存在明顯的日變化，表現(xiàn)為9:00—18:00時(shí)為凈吸收，21:00—6:00為凈排放?；貧w分析表明，N2O通量與NEE存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖5）。Yu等（2012）認(rèn)為，植物生長(zhǎng)對(duì)氮素的需求加劇了根際氮素的缺乏，從而導(dǎo)致N2O吸收。植物向根際傳輸O2和分泌易分解有機(jī)物也可能促進(jìn)N2O的吸收。由于氮素缺乏，硝化耦合反硝化是沿海濕地氮循環(huán)的主要形式，因此濕地中硝化過(guò)程在很大程度上控制著反硝化的進(jìn)行（Rivera-Monroy和Twilley, 1996）。植物通氣組織傳輸?shù)礁H的 O2促進(jìn)了硝化反應(yīng)，從而為反硝化細(xì)菌提供NO3–，促進(jìn)反硝化。反硝化細(xì)菌被激活后，NO3–的缺乏會(huì)刺激消耗土壤中的N2O，從而導(dǎo)致大氣N2O向土壤擴(kuò)散。植物光合作用產(chǎn)生并釋放到根際的分泌物，可以促進(jìn)反硝化細(xì)菌生長(zhǎng)，促進(jìn)硝化耦合反硝化過(guò)程，導(dǎo)致N2O吸收。J?rgensen等（2012）報(bào)道，Phalaris arundinacea濕地根際土壤吸收的N2O量是非根際土壤的5～6倍。

4 結(jié)論

（1）互花米草入侵顯著提高了沿海濕地CH4排放，但降低了N2O排放。

（2）互花米草和蘆葦濕地CH4和N2O排放表現(xiàn)出明顯的日變化特征，CH4排放通量白天大于夜間，N2O在白天為凈吸收，夜間為凈排放。鹽蒿、光灘和水面均為CH4和N2O排放源，通量無(wú)明顯日變化。

（3）植物對(duì) CH4傳輸作用以及向根際傳輸 O2和易分解有機(jī)物是導(dǎo)致互花米草和蘆葦濕地CH4和N2O排放表現(xiàn)出日變化特征的原因。

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Diel Variation of CH4and N2O Emissions in the Salt Marsh with Spartina alterniflora Invasion

YUAN Junji1,2, XIANG Jian1,2, LIU Deyan1, LIN Yongxin1,2, DING Weixin1*

1. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Atmospheric CH4and N2O are two most potent long-lived greenhouse gases that contribution to global warming. Sources and sinks of CH4and N2O and the processes driving their spatio-temporal heterogeneity are critically important to global change. Understanding the diel variation in CH4and N2O emissions is of importance to estimating CH4and N2O budgets in large spatial and time scales. In this study, diel variations of CH4and N2O fluxes in coastal salt marsh that invaded by Spartina alterniflora and vegetated with or without native Phragmites australis and Suaeda salsa were measured in site by using static chamber technique. Our results showed that aboveground biomass in S. alterniflora marsh was 1.70 kg·m-2and SOC concentration was 13.55 g·kg-1, which were 2.50～3.43 and 2.15～4.15 times, respectively, those of P. australis and S. salsa marshes. Soil radox potential at 10-cm depth showed apparent diel variations in S. alterniflora and P. australis marshes, which were both highest at 12:00 am and lowest at 3:00 am. However, no significant diel variations of radox potential were found in S. salsa marsh, bare tidal flat and open water. Mean CH4flux was 0.52 mg·m-2·h-1in S. alterniflora marsh, which was 2.14～6.40 times those in other sites. Mean N2O flux was -3.24 μg·m-2·h-1in S. alterniflora marsh and was significantly lower than those in S. salsa marsh, tidal flat and open water. CH4fluxes peaked at 0.73 and 0.30 mg·m-2·h-1at 15:00 and showed the lowest of 0.37 and 0.17 mg·m-2·h-1at 3:00 in S. alterniflora and P. australis marshes, respectively. CH4fluxes were negatively (P＜0.05) correlated with porewater CH4concentrations in S. alterniflora and P. australis marshes and it was positively (P＜0.05) correlated with soil temperature and redox potential at 10 cm and net ecosystem CO2exchange (NEE) in S. alterniflora marsh. N2O fluxes were negative at 9:00-18:00 and positive at 21:00～6:00 and were negatively correlated with NEE in S. alterniflora and P. australis marshes. No discernible diel variations were observed in the CH4and N2O fluxes in S. salsa marsh, tidal flat and open water. Our results suggest that S. alternniflora invasion stimulates CH4emissions but decreases N2O emissions from Chinese coastal salt marsh, and the extent of diel variations in CH4flux depend on the gas transport capacity of plants, and capacity of transport O2and organic substrate supply down to the rhizosphere by plants may drive the diel variations in N2O exchanges.

greenhouse gas; diel variation; Spartina alterniflora; invasion; salt marsh

X144；S153.6+21

：A

：1674-5906（2014）08-1251-07

袁俊吉，項(xiàng)劍，劉德燕，林永新，丁維新. 互花米草入侵鹽沼濕地CH4和N2O排放日變化特征研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(8): 1251-1257.

YUAN Junji, XIANG Jian, LIU Deyan, LIN Yongxin, DING Weixin. Diel Variation of CH4and N2O Emissions in the Salt Marsh with Spartina alterniflora Invasion [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(8): 1251-1257.

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)(XDA05020500）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41001045、41171190）

袁俊吉(1985年生），男，博士研究生，主要從事土壤碳氮循環(huán)和濕地溫室氣體排放研究。E-mail: jjyuan@issas.ac.cn *通訊作者：E-mail: wxding@issas.ac.cn

2014-06-19