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硝酸盐污染己成为全球主要的环境问题。近几年,河岸湿地被认为是潜在的水质净化系统。随着人为和自然硝酸盐负荷的增加,河岸湿地的CO2、CH4、N2O的通量会发生变化,进而影响温室气体平衡。本研究从有富氮径流汇入的河岸湿地采集了不同的土壤样本,研究了不同样本硝酸盐去除以及温室气体排放的差异,探讨了土壤理化因子对受纳水体硝酸盐的去除以及向大气排放温室气体的影响。
具体而言,本研究旨在(ⅰ)确定含氮河岸湿地不同植被类型场地采集的原状土壤柱硝酸盐去除和N20排放的空间变化和过程,(ⅱ)测定连续输入硝酸盐溶液的完整河岸湿地土壤柱的温室气体排放,以及(ⅲ)评估水位波动和硝酸盐浓度水平对土壤表面和河岸淡水湿地CO2和CH4气体排放的影响。在实验室条件下,以不同植物种类采集的原状土壤柱(小叶章、芦苇、鼓囊苔草和漂统苔草),进行富硝酸盐水处理,模拟地表水和地下水通过土壤,土柱被置于不同的水位(高于土壤表面5cm,低于土壤水面10cm,低于土壤水面-20cm)和不同的硝酸盐浓度水平。同时收集水和气体样本,分别用于硝酸盐、镇根离子、CO2、CH4和N2O的分析。
本研究发现,土壤柱从入口到出口的浓度显著降低。近98%的硝酸盐随着水流通过土壤柱而消失,表明湿地土壤具有有效的硝酸盐去除能力。沿土壤剖面的去除率有明显的垂直梯度,最高的去除率在土壤柱上层。这一结果归因于土壤剖面有机碳含量有机碳含量的差异。在0和10cm深处,以芦苇和鼓囊苔草覆盖为主的土壤硝酸盐去除率显著高于以小叶章为主的土壤硝酸盐去除率。这种硝酸盐的空间变化是造成土壤有机碳含量的pH值变化的主要原因。从以小叶章为主要覆盖植被的湿地采集的土壤是CO2和N2O的净来源。而从芦苇和鼓囊苔草覆盖的地点采集的土壤是CO2和N2O的净固化源。土壤水分中有机碳含量和硝酸盐浓度对温室气体通量有很大影响。土壤水硝酸盐浓度越高,CO2和N2O通量越快。另一方面,高浓度硝酸盐土壤水有利于CH4气体氧化,从而降低CH4的排量。研究结果表明,人类活动引起的湿地土壤硝酸盐浓度提高会增加土壤CO2和N2O的排放。因此,控制硝酸盐淋溶在减少人为CO2和N2O排放方面的具有重要作用。
硝酸盐浓度与水位对CO2和CH4通量有显著的交互作用。水位波动对CO2通量影响显著,对CH4气体通量影响不显著。水位处于土壤表层以上5cm处的CO2总平均排放量分别是水位位于土壤表层以下-10cm和土壤水面层以下-20cm处的2倍和5倍。在土柱中加入高浓度硝酸盐时,优势种小叶章中的的CO2平均通量显著高于芦苇和漂径苔草。硝酸盐浓度水平对CH4通量有显著影响,当加入低浓度硝酸盐时,CH4的平均通量值最高。逐步多元线性回归分析表明,小叶章土壤的CO2通量与硝酸根离子与有机碳含量呈正相关(p<0.05),与银离子呈负相关(p<0.05)。在芦苇和漂筏草中,CO2通量分别与总有机碳正相关和馁离子负相关。我们的研究表明,由于湿地排水引起的水位下降,CO2和CH4通量可能会有相当大的变化。添加高浓度的硝酸根离子导致(ⅰ)小叶章的CO2通量增加,可能是由于营养效应,和(ⅱ)漂筏苔草和芦苇的CO2通量减少,可能是由于诱导碳限制,从而限制土壤呼吸。
具体而言,本研究旨在(ⅰ)确定含氮河岸湿地不同植被类型场地采集的原状土壤柱硝酸盐去除和N20排放的空间变化和过程,(ⅱ)测定连续输入硝酸盐溶液的完整河岸湿地土壤柱的温室气体排放,以及(ⅲ)评估水位波动和硝酸盐浓度水平对土壤表面和河岸淡水湿地CO2和CH4气体排放的影响。在实验室条件下,以不同植物种类采集的原状土壤柱(小叶章、芦苇、鼓囊苔草和漂统苔草),进行富硝酸盐水处理,模拟地表水和地下水通过土壤,土柱被置于不同的水位(高于土壤表面5cm,低于土壤水面10cm,低于土壤水面-20cm)和不同的硝酸盐浓度水平。同时收集水和气体样本,分别用于硝酸盐、镇根离子、CO2、CH4和N2O的分析。
本研究发现,土壤柱从入口到出口的浓度显著降低。近98%的硝酸盐随着水流通过土壤柱而消失,表明湿地土壤具有有效的硝酸盐去除能力。沿土壤剖面的去除率有明显的垂直梯度,最高的去除率在土壤柱上层。这一结果归因于土壤剖面有机碳含量有机碳含量的差异。在0和10cm深处,以芦苇和鼓囊苔草覆盖为主的土壤硝酸盐去除率显著高于以小叶章为主的土壤硝酸盐去除率。这种硝酸盐的空间变化是造成土壤有机碳含量的pH值变化的主要原因。从以小叶章为主要覆盖植被的湿地采集的土壤是CO2和N2O的净来源。而从芦苇和鼓囊苔草覆盖的地点采集的土壤是CO2和N2O的净固化源。土壤水分中有机碳含量和硝酸盐浓度对温室气体通量有很大影响。土壤水硝酸盐浓度越高,CO2和N2O通量越快。另一方面,高浓度硝酸盐土壤水有利于CH4气体氧化,从而降低CH4的排量。研究结果表明,人类活动引起的湿地土壤硝酸盐浓度提高会增加土壤CO2和N2O的排放。因此,控制硝酸盐淋溶在减少人为CO2和N2O排放方面的具有重要作用。
硝酸盐浓度与水位对CO2和CH4通量有显著的交互作用。水位波动对CO2通量影响显著,对CH4气体通量影响不显著。水位处于土壤表层以上5cm处的CO2总平均排放量分别是水位位于土壤表层以下-10cm和土壤水面层以下-20cm处的2倍和5倍。在土柱中加入高浓度硝酸盐时,优势种小叶章中的的CO2平均通量显著高于芦苇和漂径苔草。硝酸盐浓度水平对CH4通量有显著影响,当加入低浓度硝酸盐时,CH4的平均通量值最高。逐步多元线性回归分析表明,小叶章土壤的CO2通量与硝酸根离子与有机碳含量呈正相关(p<0.05),与银离子呈负相关(p<0.05)。在芦苇和漂筏草中,CO2通量分别与总有机碳正相关和馁离子负相关。我们的研究表明,由于湿地排水引起的水位下降,CO2和CH4通量可能会有相当大的变化。添加高浓度的硝酸根离子导致(ⅰ)小叶章的CO2通量增加,可能是由于营养效应,和(ⅱ)漂筏苔草和芦苇的CO2通量减少,可能是由于诱导碳限制,从而限制土壤呼吸。