模拟海平面上升与氮负荷增强对闽江河口湿地土壤有机碳矿化速率和途径的影响

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为揭示河口潮汐湿地土壤碳矿化速率和途径对氮增强和海平面上升两大全球变化的响应,本研究以福建省闽江河口鳝鱼滩半咸水短叶茳芏(Cyperus malaccensis)沼泽湿地为研究对象,设置对照(CK)、施氮(+N)、淹水增强(+W)以及淹水增强和施氮交互(+W+N)4种处理,并于系统设置后240天(生长期)、420天(非生长期)和630天(生长期)测定土壤有机碳矿化速率、铁异化还原速率、硫酸盐还原速率、硝酸盐还原速率和产甲烷速率的变化。研究结果表明:(1)相较于CK处理,+N处理提高土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、NO3–和Fe(III)含量;同时,也增加微生物有机碳(MBC)和微生物有机氮(MBN)、β-葡萄糖苷酶、纤维素水解酶和β-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性以及微生物总细菌(bacteria)、铁异化还原菌(Geobacter)和硫酸盐还原菌(dsr A)数量;+W处理和+W+N处理显著提高土壤DOC含量,对微生物总细菌丰度和含量没有显著性。(2)在CK处理中微生物群落结构以变形菌门Proteobacteria、拟杆菌门Bacteroidetes和绿弯菌门Chloroflexi为优势菌种;+N和+W处理均降低拟杆菌门Bacteroidetes所占比重,分别提高酸杆菌门Acidobacteria和厚壁菌门Firmicutes所占比重;+W+N处理优势菌种与CK处理没有差别。(3)CK处理中碳矿化以铁异化还原和硫酸盐还原为主,产甲烷途径次之,硝酸盐还原途径贡献率最小;+N处理提高铁异化还原速率、硫酸盐还原速率、硝酸盐还原速率和总有机碳矿化速率;+W处理对产甲烷速率有促进作用。+W+N处理对总有机碳矿化速率有抑制作用,但并不影响各矿化途径对总碳矿化速率的占比。(4)生长期(240天和630天)总有机碳矿化速率和四种矿化途径速率高于非生长期(420天)。生长期铁异化还原途径占主导地位,非生长期则是以硫酸盐还原途径为主。根据上述研究结果,未来氮增强能增加河口湿地土壤SOC含量,提高有机碳矿化速率,而海平面上升能提高河口湿地土壤产甲烷速率,但对土壤SOC含量和有机碳矿化速率的影响有限。当未来河口湿地氮增加和海平面上升同时发生时,土壤SOC含量、有机碳矿化速率和矿化途径均不会发生显著变化,说明这两种全球变化交互时,对河口湿地矿碳分解的影响具有相互消减的作用。
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