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近岸海域富营养化和全球气候变化作为两大世界性问题,受到了国际社会的普遍关注。滨海盐沼湿地位于海陆交汇处,由于潮汐作用、地表径流等因素的影响,大量富氮水体周期性进入湿地。此外,由于独特的理化环境,湿地已成为自然界重要的CH4排放源。因此,探究滨海盐沼湿地的氮去除能力和CH4排放过程及其影响因素,可以更好地评估湿地对减缓近岸海域富营养化和全球气候变化的重要作用。本课题以杭州湾北岸奉贤盐沼湿地为研究对象,通过现场原位监测与室内控制实验,研究了滨海盐沼湿地在潮周期过程中对水体DIN的去除模式和温室气体CH4的排放通量,并分析了潮汐作用、盐度变化、植物以及不同季节下湿地氮去除和CH4排放的变化情况。在此基础上,进一步探究了湿地CH4排放通量与反硝化作用之间的耦合关系。本文主要结论如下:(1)通过在奉贤边滩湿地现场原位模拟潮汐过程,监测湿地上覆水与间隙水的氮浓度变化,并通过电石-乙炔抑制法结合Picarro便携式温室气体分析仪原位测定湿地沉积物的反硝化速率,分析发现湿地针对外源氮的去除模式为“先物理扩散为主,后反硝化作用为主”。具体而言,涨潮时,海水中的DIN(NO3?+NO2?+NH4+)随潮水进入湿地后被截留,通过扩散作用进入沉积物间隙水,造成间隙水NOX?(NO3?+NO2?)浓度由低于0.1 mg/L上升至0.25 mg/L;退潮后,间隙水中的NOX?主要通过反硝化作用进行去除,并最终下降至低于0.1 mg/L。总体而言,退潮后沉积物间隙水的NOX?浓度不断下降,直至涨潮过程中海水带来新的外源氮输入。(2)本实验针对杭州湾地区滨海盐沼湿地的盐度特点,设置了0、2‰、5‰和10‰等4个盐度梯度,分别开展了小试实验、温室模拟实验和野外现场模拟实验。实验结果显示在0-10‰范围内,盐度对DIN的去除具有明显抑制作用。在盐度为10‰,上覆水NOx?浓度为1.0 mg/L的情况下,12 h内NOx?的去除率分别为31%、43%和66%;盐度为0时,NOx?的去除率分别为44%、52%和81%,且小试实验、温室模拟实验和野外现场模拟实验中的NOx?的去除率均随盐度增加而降低。同时,湿地的反硝化速率与盐度呈负相关。不同盐度梯度下,反硝化速率测定结果显示盐度对湿地沉积物的反硝化作用具有明显抑制。在盐度为10‰、5‰、2‰和0的情况下,反硝化速率分别为61μmol/(m2﹒h)、72μmol/(m2﹒h)、79μmol/(m2﹒h)和98μmol/(m2﹒h)。(3)湿地CH4排放通量存在明显的季节差异,具体表现为夏季最高,冬季最低。对奉贤边滩湿地持续监测结果显示,CH4排放通量最高值出现在夏季8月份,平均为0.36μmol/(m2﹒s),最低的CH4排放通量出现在冬季1月份,平均为0.11μmol(m2﹒s)。为期1年的监测结果显示,CH4排放通量表现为夏季>秋季>春季>冬季,具体表现为在冬季和初春最低,自3月份开始显著上升,在6-9月份维持在较高水平,10月份后开始下降。同时,湿地CH4排放通量存在明显的空间差异性。对比奉贤边滩湿地中裸地与植被带的CH4排放通量,发现当温度较高(沉积物温度高于25.1℃)时,裸地CH4排放通量略高于植被带;而温度较低(低于19.7℃)时,裸地CH4排放通量则显著低于植被带。(4)通过原位实时监测奉贤湿地潮汐过程中的CH4排放通量,发现其在潮汐过程中具有明显的变化特征。涨潮前,湿地CH4排放通量较高(0.32μmol(m2﹒s));涨潮时,CH4排放通量迅速下降,浓度低于0.10μmol/(m2﹒s),随着湿地内水位不断变化,CH4排放通量出现小幅度波动;退潮后,湿地CH4排放迅速回升,接近涨潮前的排放水平。(5)通过室内控制实验以及野外数据对比,发现CH4排放通量与反硝化速率存在明显的耦合关系,结合宏基因组测序,确定了反硝化型甲烷厌氧氧化过程(DAMO)在奉贤边滩湿地的存在。本研究结果为揭示湿地CH4促进反硝化去氮过程提供了新的解释,将有助于拓展对盐沼湿地碳氮循环机制的认识。