红树林沉积物的硝化和反硝化过程研究

摘要

氮(N)是生态系统中营养盐的重要组分,也是防治全球水体污染和控制温室气体排放的关键因子。氮循环对全球气候、海洋初级生产力和海洋生态系统等都有重要的调节和控制作用。红树林湿地是地球上生产力水平最高的自然生态系统之一,其生产力水平和种群结构直接受到营养盐的影响。由于红树林湿地特殊的地理环境和系统特点,使其具有独特的生物地球化学特征,从而使其成为全球氮循环的一个重要场所和研究热点。同时,硝化、反硝化和氮矿化过程是氮循环的核心控制机制,因此研究红树林区域的硝化、反硝化和氮矿化作用对于弄清红树林系统对N的自净和全球气候变化都有重要的意义。
　　 本研究选取九龙江口浮宫红树林和沙埕湾巽城红树林为研究区域,采用乙炔抑制法测定了淹水时沉积物的硝化和反硝化作用及非淹水时沉积物的反硝化作用,通过原位培养实验测定了红树林沉积物氮的净矿化作用,并综合考虑淹水和非淹水条件,估计红树林系统的日平均反硝化强度。研究的主要结论如下:
　　 (1)在非淹水条件下,浮宫红树林系统反硝化作用速率范围为1.82～15.70μmolN m02 h-1,平均值为6.02μmol N m-2 h-1,巽城红树林反硝化速率为3.32μmolN m-2 h-1,表现出较大的差异。红树林沉积物反硝化速率高于其他非农业用地的地区,表明浮宫红树林具有较高的反硝化作用,是系统中削纳氮的重要机制之一。
　　 (2)浮宫红树林系统氮的净矿化速率在-0.92～0.76 mg N kg-1 d-1之间,净氨化速率-0.93～0.73 mg N kg-1 d-1,净硝化速率0.0052～0.0431 mg N kg-1 d-1,净氨化、硝化和矿化强度存在着较大的差异。林龄大的红树林沉积物净矿化作用更加强烈。净氨化和矿化速率与培养前后NH4+-N含量和NO3-N含量均有显著相关性,而净硝化速率仅与培养后NO3-N显著相关。Μ(3)研究区在涨潮淹水时沉积物硝化速率在116～587μmol N m-2 h-1之间,平均为328μmol N m-2 h-1,站点间的硝化速率在不同月份也存在着较大差异。红树林系统沉积物的硝化速率高于其他河口和湿地系统,但低于农业源头溪流,这是由于农业源头溪流周边土壤施肥的原因。硝化速率具有明显的季节性变化。Μ(4)涨潮淹水条件下,浮宫红树林沉积物的反硝化速率为0.49～5.83μmol Nm-2 h-1,平均值为2.45μmol N m-2 h-1。平均反硝化速率在林龄大的秋茄林相对较高,这与硝化速率呈现相同的趋势。本研究中的反硝化速率与其他系统相比较低,这可能是红树林沉积物中的硫化物含量高,会限制乙炔的抑制作用。此外,乙炔抑制法同时抑制硝化作用而造成红树林沉积物反硝化速率的低估。
　　 (5)红树林沉积物的反硝化作用主要发生在退潮非淹水条件下,其反硝化速率是淹水时的2.5倍。浮宫红树林系统在潮汐周期内的日平均反硝化速率为139μmol N m-2 d-1。九龙江口红树林保护区和核心区通过反硝化作用每年分别可去除约3.0 t和1.7 t的氮。