河口潮滩湿地植被对沉积物反硝化过程影响初探

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近年来,伴随着工业、农业和畜牧养殖业的快速发展,人类活动强度不断增大,工农业污水以及生活废水的排放量逐年增多,河口地区水体富营养化、有害藻类频发的问题不断出现。反硝化作用是河口湿地氮去除的主要过程,是将活性态氮转化为惰性态氮的有效途径。前人关于河口湿地脱氮的研究主要集中于温室气体(N2O)的排放、硝化-反硝化耦合作用机制、植物吸收以及微生物同化作用等。但关于湿地植被参与下硫、活性铁、有机酸等环境因子与硝态氮相互作用所进行的反硝化过程的研究还有待进一步深入,就植被根系对反硝化影响机制的认识还不充分。本文以崇明东滩为研究对象,采用泥浆实验结合’5N03-同位素示踪技术,通过对比分析植被区与无植被区沉积物反硝化速率和理化环境因子的时空分布差异,初步探讨植被对反硝化脱氮过程的影响机制,以期能够深入了解盐沼湿地脱氮过程的主要影响机制;同时阐述了不同季节、不同类型沉积物反硝化过程对湿地脱氮的贡献情况,以期为河口生态系统修复提供科学参考依据。取得的结论主要如下:(1)对湿地表层沉积物的研究结果表明:温度是影响反硝化过程的主要因素之一,无植被区反硝化过程最适合温度约为22℃,植被区约为25℃;植被沉积物在淡水区内反硝化速率远高于过渡区和盐水区,均值分别为10.27±0.23μmolN·kg-1·h-1、2.51±0.24μmolN·kg-1、7.17±0.29μmolN. kg1·h-1,无植被沉积物在不同盐度区内的反硝化速率分布无显著性差异;(2)纵观不同类型沉积物反硝化速率的剖面分布特征,无植被区剖面沉积物反硝化速率时空变异明显强于植被区,具体表现为无植被区剖面沉积物反硝化速率随着深度的增加,多次出现极大值、极小值,其中以高潮滩剖面沉积物变化规律最为复杂,全年介于0.0008~1.81μmolN·kg-1·h1之间;中潮滩次之,全年介于0.009~6.33μmolN·kg-1·h-1之间;低潮滩剖面规律基本上随深度增加反硝化速率递减,介于0.13~10.38μmolN·kg-1·h-1之间;在植被区,沉积物反硝化速率在不同季节的剖面分布规律基本上随着深度的增加而递减,蔗草剖面全年反硝化速率介于0.03~11.83μmolN·kg-1·h1之间,互花米草剖面全年介于0.03~21.25μmolN·kg-1·h1之间,芦苇剖面全年介于0.007~4.32μmolN·kg-1·h1之间;(3)通过对比不同类型剖面沉积物环境因子与反硝化速率的相关性,发现主导植被区和无植被区沉积物反硝化速率的环境因子存在显著差异。无植被区沉积物反硝化速率与含水率(R=0.31,P<0.01)、交换性锰(R=0.30,P<0.01)、S2-(R=0.24, P<0.01)、TN(R=0.37, P<0.01)呈显著正相关,与pH(R=-0.50, P<0.01)、Eh (R=-0.38, P<0.01)、Fe3+/Fe2+(R=-0.25, P<0.01)、还原性锰(R=-0.27,P<0.01)呈显著负相关;植被区沉积物反硝化速率与含水率(R=0.25, P<0.01)、Fe2+(R=0.23, P<0.01)、TOC (R=0.31, P<0.01)、TN (R=0.22, P<0.01)、有机酸(R=0.26,P<0.01)呈显著正相关;(4)通过比较无植被区和植被区反硝化过程的脱氮效率,发现植被区剖面沉积物反硝化过程平均脱氮量明显高于无植被区,分别为3.86×103t/a、1.58×103t/a,反映了植被在湿地除氮过程中发挥了十分关键的作用。
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