闽江河口短叶茳芏湿地围垦成养殖塘后对甲烷排放通量的影响

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河口湿地围垦转化为水产养殖塘已成沿海地区一个重要的区域性问题,并深刻影响着河口地区的甲烷(CH4)生物地球化学循环。本文选取闽江河口鳝鱼滩短叶茳芏湿地及其围垦成的养殖塘作为研究对象,在2019年6月~2020年1月分别运用静态箱/悬浮箱-气相色谱法野外原位测定短叶茳芏湿地和养殖塘CH4排放通量时间变化特征,并原位同步测定短叶茳芏湿地和养殖塘水体和沉积物、间隙水等各项理化因子;通过厌氧培养法测定沉积物CH4的产生速率,并结合微生物技术手段探究产甲烷功能微生物群落的结构变化;分析CH4进入大气库的途径变化和贡献率;以此深入理解河口潮汐湿地转化成养殖塘后对CH4生物地球化学循环的影响。主要研究结果如下:(1)养殖塘水体主要理化性质随时间变化显著(P<0.05),受养殖阶段影响剧烈。整体上,养殖中期和末期养殖水体盐度、EC、DOC、Cl-、SO42-浓度等显著高于养殖初期(P<0.05);但在垂直方向上变化不显著(P>0.05)。(2)短叶茳芏湿地沉积物理化性质存在显著时间特征(P<0.05)。研究期间短叶茳芏湿地沉积物SOC和TN含量(16.01±2.07和2.27±0.76 g·kg-1)均显著大于养殖塘(5.56±1.18和1.17±0.63 g·kg-1)(P<0.05)。短叶茳芏湿地围垦成养殖塘后沉积物有机质含量降低。(3)短叶茳芏湿地和养殖塘沉积物中甲烷杆菌属(Methanobacterium)的相对丰度分别为59.72%和41.09%,为其产甲烷菌优势类群。通过对沉积物产甲烷菌的主要类群分析,短叶茳芏湿地和养殖塘沉积物甲烷产生途径以氢营养型为主。(4)短叶茳芏湿地和养殖塘沉积物CH4产生速率存在显著月变化特征(P<0.05),较高的沉积物CH4产生速率分别出现在6月~9月和8月~10月。研究期间,短叶茳芏湿地和养殖塘沉积物CH4产生速率的变化范围分别介于3.34±0.66~134.16±28.35 ng·g-1·d-1和6.76±1.73~52.74±11.40 ng·g-1·d-1,均值分别为51.86±14.87 ng·g-1·d-1和24.03±6.27 ng·g-1·d-1。整体上,呈现出短叶茳芏湿地沉积物CH4产生速率高于养殖塘沉积物CH4产生速率的特征(P<0.05)。以上研究结果表明,短叶茳芏湿地转化成养殖塘后在一定程度上会降低沉积物CH4产生速率。(5)研究期间,短叶茳芏湿地CH4排放通量变化范围介于0.25±0.07mg·m-2·h-1~3.26±0.56 mg·m-2·h-1,最大值和最小值分别出现在6月和次年1月。养殖塘CH4排放通量变化范围介于0.01±0.01 mg·m-2·h-1~27.25±2.84 mg·m-2·h-1,最大值和最小值分别出现在8月和次年1月。短叶茳芏湿地与养殖塘CH4排放通量的月变化特征存在较大差异。以上研究结果表明,短叶茳芏湿地转化成养殖塘后在一定程度上会改变CH4排放通量的时间变化特征。(6)整个研究期间,短叶茳芏湿地和养殖塘CH4排放通量的均值分别为1.17±0.20和4.80±2.05 mg·m-2·h-1。统计分析结果显示,养殖塘CH4排放通量显著高于短叶茳芏湿地(P<0.01),表明河口湿地围垦成养殖塘后可显著增加CH4的排放强度。河口潮汐湿地围垦成养殖塘后CH4排放通量增强主要受水淹环境、传输CH4主要途径的改变及丰富的有机物供给影响。
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