【摘 要】
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潮滩湿地是陆地与海洋之间的关键过渡地带,在生态系统中发挥着重要的功能。由于滨海地区经济的快速发展和人口的不断增加,人地矛盾日益激烈。作为缓解滨海地区人地矛盾的重要举措,过去几十年大量潮滩湿地被转变为农田、养殖塘和建设用地,且从上世纪80年代开始围垦的速度逐渐加快。大面积的潮滩湿地围垦不仅破坏了生态功能的发挥,还对滨海湿地氮素污染造成极大的影响。因此,全面的认识潮滩湿地围垦对土壤氮素转化过程、N2O
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潮滩湿地是陆地与海洋之间的关键过渡地带,在生态系统中发挥着重要的功能。由于滨海地区经济的快速发展和人口的不断增加,人地矛盾日益激烈。作为缓解滨海地区人地矛盾的重要举措,过去几十年大量潮滩湿地被转变为农田、养殖塘和建设用地,且从上世纪80年代开始围垦的速度逐渐加快。大面积的潮滩湿地围垦不仅破坏了生态功能的发挥,还对滨海湿地氮素污染造成极大的影响。因此,全面的认识潮滩湿地围垦对土壤氮素转化过程、N2O释放及其来源过程的影响,并揭示其主导因子对于缓解滨海湿地氮素污染和减少N2O排放具有重要意义。本论文以我国不同气候带潮滩湿地及1984年至2020年间潮滩湿地围垦区为研究对象,分析了河口潮滩湿地沉积物及潮滩湿地围垦区土壤氮素转化过程、N2O释放通量及其来源途径变化,揭示了影响氮素转化过程和N2O来源途径的关键环境因子及其作用机理。本论文取得的主要研究结果如下:（1）我国潮滩湿地沉积物氨化速率、厌氧氨氧化速率和反硝化速率呈现亚热带气候区显著高于温带气候区的空间格局,而硝化速率和硝酸盐异化还原为铵（DNRA）速率不存在显著的空间分布差异。潮滩湿地围垦后,土壤氮素转化速率在不同气候区之间不存在显著差异。围垦区土壤氨化速率、反硝化速率和DNRA速率在水稻田和养殖塘用地都显著高于潮滩湿地,土壤厌氧氨氧化速率和硝化速率在水稻田用地显著高于潮滩湿地沉积物,且随着围垦年限的增加而显著增加,而养殖塘土壤硝化速率显著受到土壤孔隙含水量（WFPS）影响。潮滩湿地围垦由于显著的增加了土壤Fe2+、TOC、硫化物、NH4+和NO2-含量,且随着围垦年限的增加而显著增加,这深刻的改变了氮转化过程功能基因丰度,从而主导了氮素转化过程的变化。（2）我国潮滩湿地沉积物N2O释放在亚热带气候区显著高于温带气候区（p＜0.01）,其释放通量分别为0.47-8.42 ng g-1h-1和0.37-2.35 ng g-1h-1。围垦区水稻田和养殖塘土壤在200%的WFPS条件下,N2O排放量分别为0.89-2.18 ng g-1h-1和0.19-1.49 ng g-1h-1,在90%的WFPS条件下,N2O排放量分别为2.13-3.60 ng g-1h-1和1.02-3.65 ng g-1h-1。在大尺度上,水稻田土壤N2O释放通量随着围垦年限的增加而显著增加,而养殖塘土壤在90%的WFPS条件下N2O释放随着围垦年限的增加而显著增加,在200%的WFPS条件下N2O释放和潮滩湿地沉积物无显著差别。（3）我国不同气候区由于沉积物理化性质的差异,沉积物异养反硝化途径对N2O释放的贡献比例在亚热带气候区显著高于温带气候区,硝化细菌反硝化途径和耦合硝化反硝化途径对N2O释放的贡献比例在温带气候区显著高于亚热带气候区。潮滩湿地围垦后,土壤异养反硝化途径对N2O产生的贡献比例在水稻田和养殖塘都随着围垦年限的增加而增加,其中在200%的WFPS条件下增加更为显著。硝化细菌反硝化途径和耦合硝化反硝化途径对N2O产生的贡献比例在水稻田和养殖塘在90%的WFPS条件下都显著高于潮滩湿地,且随着围垦年限的增加而显著增加。围垦区内土壤硝化速率和反硝化速率变化是改变N2O释放通量和来源途径的关键因素。（4）典型农业管理措施中,化肥的使用显著促进了土壤硝化速率,因此土壤N2O释放在在化肥使用后的不同阶段呈指数型变化(7月、8月和10月分别为11.30 ng g-1h-1、4.73 ng g-1h-1,和1.78 ng g-1h-1)。由于化肥的使用显著增加了土壤硝化速率,硝化细菌硝化途径、硝化细菌反硝化途径和耦合硝化反硝化途径对N2O释放的贡献比例显著增加。由于90%的WFPS条件和200%的WFPS条件之间硝化速率和反硝化速率的差异,异养反硝化途径和耦合硝化反硝化途径对N2O释放的贡献比例在200%的WFPS条件下显著高于60%的WFPS和90%的WFPS条件,而硝化细菌反硝化和硝化细菌硝化途径对N2O释放的贡献比例呈相反结果。（5）自上世纪80年代以来,我国潮滩湿地围垦新增面积的总量为1.5×10~6公顷。围垦区内潜在活性氮素之流量在1995年、2007年和2020年分别为7.46×10~7t、1.63×10~8t和2.09×10~8t,而我国潮滩湿地沉积物在1984年、1995年、2007年和2020年之间的潜在脱氮量分别为1.15×10~7、1.07×10~7、9.69×10~6和8.52×10~6t yr-1,围垦区潜在活性氮滞留量显著高于潮滩湿地脱氮量。在惯性发展情景下2050年我国潮滩湿地潜在脱氮的总量将显著低于陆地向滨海湿地输送氮素总量,在减排发展情景下我国潮滩湿地潜在脱氮的总量与陆地向滨海湿地输送氮素总量接近。
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