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    大亚湾红树林湿地海水-地下水交换对氮转化的影响

    发表日期:2018-07-03 04:52:00    阅读次数:355   来源:海湾生态环境973项目

            潮间带湿地是陆-海边界营养物质循环的重要场所。由于潮间带湿地异常复杂的环境,如土壤沉积环境的空间差异性,周期性的海水淹没,地下淡水排泄,植被和微生物影响等,人们对潮间带湿地海水-地下水相互交换对氮循环影响的认知还十分有限。基于此,项目科研人员在大亚湾惠东红树林自然保护区开展了为期15天的现场取样工作,评估了红树林潮间带海水-地下水交换对无机氮转化和去除的影响。

            在选取的典型红树林潮间带断面中,潮沟区的沉积物渗透系数最高,红树区的渗透系数和溶解氧浓度均最低(图1)。海水-地下水交换速率方面,潮沟区> 光滩区 > 红树林区(图2)。海水-地下水的交换速率与地下水无机氮(DIN)浓度存在显著的正相关性。从不同氮形态之间的转化速率来看,潮沟区的硝化速率最高,而红树区的厌氧氨氧化速率最高。主要原因是潮沟区更强的水交换使得富含更多氧气的海水更快的入渗到沉积物中,促进了氮的硝化作用。而水交换很弱的红树林区则限制了海水中氧气的进入,加上红树区沉积物中存在丰富的有机物,这使得红树区成为了适合反硝化和厌氧氨氧化微生物生长的区域。氮相关的微生物基因丰度也验证了上述的结论。在红树林湿地潮间带中,反硝化和厌氧氨氧化是脱氮的两个主要过程,对脱氮的贡献率分别为90%和10%,其相应的脱氮速率分别为1.84 g d-1m-3和0.23 g d-1m-3(图3)。

            该研究综合了海岸水文,环境化学和环境微生物的相关知识,表明了周期性海水-地下水的交互作用控制了沉积物的水化学环境,影响了氮相关微生物的种类和活性,进而影响整个微生物的脱氮过程。该研究也进一步展示了多学科交叉在基础研究工作中的重要性。


    图1 (a) 潮间带地下水中溶解氧和pH的空间分布;在一个大小潮周期内,潮间带断面地下水的(b)平均温度和(c)平均盐度分布等值线图。其中,紫色的圆圈代表CTD-Diver感应器的探头的位置;黑色实线线表示地表高程

    图2 潮间带断面海水-地下水交换速率的空间分布

    图3 潮间带断面沉积物中潜在的反硝化速率(DNF)和厌氧氨氧化速率(ANA)的空间分布。图的上部表示各反应速率对脱氮过程的相对贡献率。其中W1, W3和W6为潮间带三个子区的表层沉积物, SCS, SCM和SCB分别为红树区沉积柱的表层,中层和底层

     

    文章链接

    Xiao,K., Wu, J., Li, H., Hong, Y., Wilson, A.M., Jiao, J.J., and Shananan, M., 2018.Nitrogen fate in a subtropical mangrove swamp: Potential association withseawater-groundwater exchange. Science of the Total Environment, 635, 586-597.

    http://www.china-973bay.com/index.php?c=download&id=885&

     



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