（环境科学专业论文）胶州湾大沽河口湿地n2o、ch4排放规律研究.pdf

与5 c m 地温、1 0 c m 地温无显著的相关关系，而杂草湿地n 2 0 排放量与1 0 c m 地温 和箱温线性相关( p 春季 夏季，杂草湿地n 2 0 季节排放通量大小为夏季 秋季 冬季 春季。 甲烷排放通量均夏季最高，秋季和冬季其次，而冬季c h 4 排放通量则相对较小。 ( 5 ) 芦苇湿地n 2 0 、c h 4 排放量明显高于杂草湿地，主要是两类湿地不同的水文特 征和不同的植被种类造成的。芦苇湿地春、夏、秋、冬季的n 2 0 排放通量分别为4 3 8 4 、 3 6 5 4 、5 6 3 2 、6 3 3 8 m g m 一，杂草湿地春、夏、秋、冬季的n 2 0 排放通量分别为7 1 3 、 1 1 0 7 、1 0 4 5 、3 0 8 m g m ；芦苇湿地春、夏、秋、冬季c h 4 的排放通量分别为3 9 2 9 1 、 1 0 2 0 8 3 、8 2 1 7 0 、1 4 0 6 2 m g m - 2 ，杂草湿地春、夏、秋、冬季c h 4 的排放通量分别 为1 5 6 9 4 、4 1 7 2 4 、1 5 9 4 6 、1 9 1 0 m g m 2 。春、夏、秋、冬四季两种湿地都表现为 n 2 0 、c h 4 的排放“源”。 ( 6 ) 芦苇湿地和杂草湿地n 2 0 、c h 4 月变化与土壤p h 、含水率和电导率的相关性 不显著。 关键词：大沽河口湿地；n 2 0 ；c h 4 ；排放特征；影响因素 ab s t r a c t c l i m a t ew a r m i n gh a sb e e no n eo ft h el a r g e s tg l o b a le n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si nt h e w o r l d a f t e rt h ec o p e n h a g e nm e e t i n g ，g r e e n h o u s eg a se m i s s i o n sr e d u c t i o ni su n i v e r s a l c o n c e m e db yi n t e r n a t i o n a lc o m m u n i t y a si m p o r t a n tg r e e n h o u s eg a s e s ，t h er a d i a t i v e f o r c i n gc a p a c i t i e so fn 2 0a n dc h 4a r el e s st h a nc 0 2 ，b u tt h e i rg r e e n h o u s ee f f e c ta r e3 0 0 t i m e sa n d2 0 - - 3 0t i m e so fc 0 2r e s p e c t i v e l y e s t u a r y w e t l a n di n f l u e n c e d s t r o n gb yp h y s i c a la n db i o l o g i c a lf a c t o r s ，o nt h e i n t e r s e c t i o na r e ao ft h es e aa n dl a n d ，w h o s em o s tb a s i ch a b i t a tc h a r a c t e r i s t i ci st h e j u n c t i o no fs a l ta n df l e s hw a t e ra n dd i r e c t l yo ri n d i r e c t l yt i d e si n f l u e n c e ，i sa ne c o l o g i c a l f r i n g ea r e ao fh i g hb i o d i v e r s i t y e s t u a r yw e t l a n d ，嬲t h en a t u r a lb a r r i e ro fa c c o m m o d a t i n g p u r i f i c a t i o nl a n d s o u r c e dp o l l u t a n t sa n dc u t t i n gt h e mi n t ot h es e a ，p l a y sav e r yi m p o r t a n t r o l ei nc o n t r o l l i n ge s t u a r i n ea n dc o a s t a lw a t e rn u t r i t i o n a ls t a t u sa n dg l o b a lc a r b o n 、 n i t r o g e nc y c l e i nr e c e n ty e a r s ，s t u d i e sh a v es h o w nt h a tn 2 0f l u x e sf r o ms e aa r e r e s p o n s i b l ef o r13 o ft h eg l o b a lt o t a l a l t h o u g he s t u a r i e sa n ds h o r ea r e a sa c c o u n tf o r o n l y2 0 o ft h em a r i n ea r e a s ，b u tp r o d u c em o r et h a nh a l fo fm a r i n en 2 0f l u x c h 4 e m i s s i o n sf r o mn a t u r a lw e t l a n d sa c c o u n tf o rm o r et h a n21 o ft h ew o r l d a st h e i n t e n s i f i c a t i o no fh u m a na c t i v i t i e s c a r b o na n dn i t r o g e nl o a dr i s eo fr i v e rs h o r ea n dl i t t o r a l e n v i r o n m e n te f f e c tn 2 0a n dc n 4e m i s s i o n sb ys t i m u l a t i n gm i c r o o r g a n i s ml i f ep r o c e s si n t h ee n v i r o n m e n t t h em a i nr e s e a r c h e st h a ts c h o l a r sh a v ea d v a n c e do nn 2 0a n dc i - 1 4e m i s s i o n si n w e t l a n de c o s y s t e m sh a v ef o c u s e do nl a r g ea r e ao fe s t u a r i n ew e t l a n d s ，h o w e v e r , m a n y s m a l la r e a , s a l ta n df l e s hw a t e rt i d a lw e t l a n do fs c a t t e r e dd i s t r i b u t i o nh a v e n tb e e ng i v e n m o r ea t t e n t i o n ，e s p e c i a l l yi nc u r r e n ti n t e m a t i o n a lt h el a c ko fn 2 0a n dc h 4t i d a lf l u xd a t a f r o mc o a s t a lw e t l a n do fc h i n a c u r r e n t l y , n 2 0a n dc i - 1 4e m i s s i o n sf r o me s t u a r i e sa n d l i t t o r a lw e t l a n de c o s y s t e ma r es h o r to f c o n t i n u o u s ，s y s t e m a t i c ，l o n g - t e r mo b s e r v a t i o nd a t a a n dt h em e c h a n i s m so fn 2 0a n dc i - he m i s s i o n sr e s e a r c ha r ei n s u f f i c i e n t s o ，t h e a s s e s s m e n ta b o u tn 2 0a n dc h 4e m i s s i o n so fe s t u a r i n ea n dc o a s t a lz o n e sm a yb e i n c r e d i b l e d a g u h ee s t u a r i n ew e t l a n do fj i a o z h o ub a yi st h eb i g g e s tw e t l a n do fq i n g d a o ，w h o s e v e g e t a t i o ni n c l u d e sp h r a g m i t e sa u s t r a l i s , z o y s i aj a p o n i c a , s p a r t i n aa n g l i c a , i m p e r a t a c y l i n d r i c a l , e t ，a 1 i ns e p t e m b e r2 0 0 9t oa u g u s t2 0 1 0p e r i o d ，w e ，c h o s i n gt w od i f f e r e n t t y p ew e t l a n d so fd a g u h ee s t u a r i n ea so b j e c to fs t u d y , h a v es t u d yn 2 0a n dc i - 1 4e m i s s i o n s o fd a g u h ee s t u a r i n et w od i f f e r e n tt y p e so fw e t l a n d sb yu s i n gt h es t a t i c b o x g a s c h r o m a t o g r a p h ya n ds o m em a i ne n v i r o n m e n t a li n f l u e n c i n gf a c t o r s ( t e m p e r a t u r e ，s o i l t e m p e r a t u r e ，p h ，s a l td e g r e e ，e t c ) t h es t u d yh a sd e m o n s t r a t e dt h a td i f f e r e n tt y p e so f e s t u a r yw e t l a n de c o s y s t e mn 2 0a n dc h 4f l u xc h a r a c t e r i s t i c s ，d i u r n a l a n ds e a s o n a l v a r i a t i o nl a w sa n dk e yf a c t o r s ，e s t a b l i s h e das e to fj i a o z h o ub a ye s t u a r i n ew e t l a n d r e l a t i v ec o m p l e t ed a t ao nn 2 0a n dc h 4e m i s s i o n s ，a n dp r o v i d e ds c i e n t i f i cb a s i sf o r p e r f e c t i n go u re s t u a r yw e t l a n dg r e e n h o u s eg a se m i s s i o n sl i s t t h em a j o rf i n d i n g sa r ea s f o l l o w s ： 1 、t h et r e n d so fd i u r n a lv a r i a t i o nb e t w e e np h r a g m i t e sa u s t r a l i sa n dw e e d sw e t l a n dw e r e g e n e r a l l yi d e n t i c a la ta l ls e a s o n s n 2 0f l u x e sw e r el o wi nt h em o r n i n gt h e nb e g a nt o i n c r e a s e t h e r ew a sa l le m i s s i o n sp e a ka ta b o u tl2o c l o c ka n da f t e rt h a tn 2 0f l u x e s s t a r t e dt od e c l i n e a f t e rt h es e c o n dp e a ko c c u r r e da ta r o u n d2 1o c l o c k ，n 2 0f l u x e s g r a d u a l l yd e c r e a s e d o n c e a g a i n b e c a u s eo f t h e c o m p r e h e n s i v e e f f e c to fv a r i o u s e n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，t h ed a i l yv a r i a t i o nt r e n d so ft w od i f f e r e n tt y p e s w e t l a n d sw e r e r e s p e c t i v e l yd i f f e r e n ta ta l ls e a s o n s ，h o w e v e r , t h et r e n d so fd i u r n a lv a r i a t i o nb e t w e e nt w o d i f f e r e n tt y p e s w e t l a n d sw e r er e s e m b l ei nt h es a m es e a s o n 2 、n 2 0f l u x e si np h r a g r m i t e sa u s t r a l i sw e t l a n dh a dal a r g ef l u c t u a t i o n ，h o w e v e r , n z o e m i s s i o n sf r o mw e e d sw e t l a n dc h a n g e ds l i g h t l y n 2 0f l u x e si np h r a g r m i t e sa u s t r a l i s w e t l a n dw e r en o ts i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d 埘t l10 e r ag r o u n dt e m p e r a t u r e ，b o xt e m p e r a t u r e ， b u tt h er e l a t i o nb e t w e e nn 2 0f l u x e si nw e e d sw e t l a n da n d10 c mg r o u n dt e m p e r a t u r e , b o x t e m p e r a t u r ew a ss i g n i f i c a n t ( 氏o 0 5 ) ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sw e r e0 2 4 1 ，0 2 0 8 事 r e s p e c t i v e l y s i m i l a r l y , t h er e l a t i o nb e t w e e nc i - hf l u x e si np h r a g r m i t e sa u s t r a l i sw e t l a n d a n d5 c m ，10 c mg r o u n dt e m p e r a t u r e ，a i rt e m p e r a t u r e ，b o xt e m p e r a t u r ew a sn o ts i g n i f i c a n t , w h e r e a sc h 4f l u x e si nw e e d sw e t l a n dw e r eh i 曲l ys i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n 诚mt h e m ( p a u t u m n s p r i n g s u m m e r a n dn 2 0e m i s s i o n ss i z ei nw e e d sw e t l a n dw e r et h es u m m e r a u t u m n s p r i n g w i n t e ri n f o u rs e a s o n s h o w e v e r , t h em a x i m u mv a l u eo fm e t h a n ee m i s s i o n sw a si ns u m m e r , f o l l o w e db ya u t u m na n ds p r i n g ，a n dt h em i n i m u mw a si nw i n t e ri nt w od i f f e r e n tt y p e w e t l a n d s 5 、s e a s o n a ln 2 0a n dc h 4f l u x e sf r o mp h r a g r m i t e sa u s t r a l 括w e r em u c h m o r et h a nw e e d s w e t l a n dw h i c hc a u s e db yd i f f e r e n th y d r o l o g i cc h a r a c t e r i s t i c so fw e t l a n d sa n dt h ed i f f e r e n t t y p e so fv e g e t a t i o n s e a s o n a ln 2 0e m i s s i o n si ns p r i n g ，s u m m e r , a u t u m na n dw i n t e rw e r e 4 3 8 4 ，3 6 5 4 ，5 6 3 2 ，6 3 3 8m g m 2i n 纠f ，( 秽m i t e sa u s t r a l i sw e t l a n d ，a n d7 13 ，11 0 7 ， 1o 4 5 3 0 8m g m 之i nw e e d sw e t l a n dr e s p e c t i v e l y ；s e a s o n a lc h 4e m i s s i o n si ns p r i n g ， s u m m e r , a u t u m na n dw i n t e rw e r e3 9 2 9 1 ，1 0 2 0 8 3 ，8 2 1 7 0 ，1 4 0 6 2m g m 吐i np h r a g r m i t e s a u s t r a l i sw e t l a n d ，a n d1 5 6 9 4 ，4 1 7 2 4 ，1 5 9 4 6 ，1 9 1 0m g 。m 心i nw e e d sw e t l a n d r e s p e c t i v e l y p h r a g r m i t e sa u s t r a l i sw e t l a n da n dw e e d s w e t l a n di nt h ed a g ur i v e re s t u a r y o fj i a o z h o ub a yw e r et h e s o u r c e o fa t m o s p h e r i cn 2 0a n dc h 4 i nf o u rs e a s o n s 6 、t h e r ew a sn oc o r r e l a t i o nb e t w e e nn 2 0a n dc h 4f l u x e sa n dt h ep hv a l u eo ft h es o i l ， m o i s t u r ec o n t e n ta n dc o n d u c t i v i t y k e yw o r d s ：d a g u h ee s t u a r y w e t l a n d ；n i t r o u so x i d e ；m e t h a n e ；e m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s ；a f f e c tf a c t o r s 第一章文献综述 1 1 研究背景 第一章文献综述 全球变暖已成为当今世界普遍关注的环境问题之一，导致全球变暖的主要原因 是大气中温室气体浓度的增加。n 2 0 和c h 4 是重要的温室气体，在全球大气环境中 的辐射强迫能力仅次于c 0 2 ，但其温室效应分别为c 0 2 的3 0 0 倍和2 0 3 0 倍，且 它们在大气中具有较强的化学活性，能参与大气中许多重要的大气化学反应，从而 间接引起全球气候变化。世界各国政府间气候变化委员会( i p c c ) 在2 0 0 7 年发表的评 估报告中指出大气中n 2 0 的平均浓度已从工业革命前的2 7 0 x 1 0 - 9 增加至2 0 0 5 年的 3 1 9 x 1 0 。9 ，c h 4 的浓度也已从1 7 5 0 年的7 1 5 x 1 0 。9 开始逐年升高，2 0 0 5 年其浓度增长 到1 7 7 4 x 1 0 - 9 1 2 1 。由于n 2 0 和c h 4 在全球变暖和大气化学方面的重要作用，因此关于 n 2 0 和c h 4 的研究备受关注。 湿地是地球上水陆相互作用而形成的独特生态系统，它在洪水抵御、径流调节、 气候改善、污染控制、环境美化和区域生态平衡维持等方面发挥着重要的作用。湿 地具有很高的生产力及氧化还原能力，是生物地球化学作用非常活跃的场所。虽然 它只占地球陆地表面的很小部分，但其在陆地循环中却有显著的份额，在碳、氮的 储存方面扮演着极其重要的角色，是温室气体排放的一个重要的潜在源1 3 j 。我国是 世界上湿地类型多，面积大，分布广的国家之一，湿地面积达6 5 9 4 x 1 0 5 k m 2 ，占国 土面积的6 5 ，居亚洲第一位、世界第四位【4 孔，其中天然湿地约为2 5 9 4 x 1 0 m 2 ， 人工湿地约4 x1 0 m 2 。 湿地被认为是重要的温室气体排放源，湿地类型的多样性致使其排放的温室气 体也呈现多样化。湿地中c 0 2 、c h 4 、0 3 、c f c s 、n 2 0 等气体的排放对于全球环境变 化贡献较为突出。n 2 0 和c h 4 作为典型的湿地温室气体，他们在大气中浓度的不断增 加。湿地n 2 0 和c h 4 排放量分别占目前全球年排放总量的2 0 和2 5 抄。因此，湿地 生态系统n 2 0 、c h 4 向大气的排放已成为当前科学研究的热点。 目前，国外已经在湿地n 2 0 、c h 4 的排放规律、排放量估算、影响因素以及环境 效应等研究领域开展了大量研究【8 9 1 ，并取得了许多重要成果。与国外相比，国内也 在该领域开展了许多研究，但这些研究主要集中在人工湿地水稻田生态系统的n 2 0 、 c h 4 排放【l o q4 1 ，对天然湿地n 2 0 、c h 4 的观测研究仅见少量的报道，并且主要集中在 对三江平原淡水沼泽湿地n 2 0 和c h 4 的排放研列1 5 。17 。关于河口湿地n 2 0 和c h 4 的排 放研究还不多见。 河口湿地是融淡水生态系统、咸淡水生态系统、潮滩湿地生态系统等为一体的 复杂生态系统，处于江河入海的海陆交界处，受直接或间接的潮汐影响。独特的地 青岛大学硕士学位论文 形地貌、水文情势和剧变的湿地底质盐度梯度导致了河口湿地生态系统与其它生态 系统的显著差异，使其成为具有较高的生物多样性、环境调节功能和环境效益的生 态过渡带。随着人类活动的加剧，河口、滨岸环境氮负荷的上升更是刺激了环境中 微生物的生命过程，其土壤有机质含量一般都比较高，为n 2 0 、c h 4 的产生提供了很 好的物质基础，因此，关于河口湿地n 2 0 、c h 4 排放的研究势在必行。 胶州湾是青岛的“母亲湾”、“财富之湾”和“希望之湾”，是青岛赖以生存、发 展的重要海湾。胶州湾沿岸具有独特的地理优势和环境优势，孕育了一个优良的亿 吨大港，形成了环胶州湾产业集聚带，拉动了青岛经济、社会、文化等各项事业的 发展。大沽河作为青岛的母亲河，是注入胶州湾流程最长、流域面积最广的河流， 是青岛地区最重要的水资源之一。大沽河河口湿地是青岛市最大的一片湿地，具有 巨大的服务功能，其功能和效益主要体现在4 个方面。( 1 ) 水文调蓄功能：大沽河口 湿地是大沽河下游地区的天然蓄水池，在抵御洪水、减缓径流等方面发挥着巨大的 作用，大沽河口各类型湿地中河流湿地所占比重较大，且大沽河河口下游的河口段 具有宽浅的河床和大面积的滩地。大沽河水量大且流速快，每年雨季经常发生洪涝 灾害，而大沽河口湿地可以有效地排泄大沽河下游的洪水。丰水期间大沽河口湿地 可以将大沽河流域中丰沛的水量泄入大海，这时大沽河河道及其周边各类滩地在洪 水均化、洪峰消减以及洪水流速减缓等方面扮演着重要的角色，从而达到调蓄洪水 的功能。( 2 ) 水源供应功能：大沽河口湿地是青岛地区工业用水、农业用水和城市 生活用水的主要来源。( 3 ) 水体净化功能：大沽河河口迂缓蜿蜒的河道、独特的河 口动力条件和数量庞大的各类水生生物群落对排入大沽河的污水起到净化功能，大 沽河口湿地凭借丰富的水量能够直接稀释排入水体中的城镇污水和农村各类污水， 以减轻对胶州湾的环境影响。( 4 ) 维持生物多样性功能：大沽河口湿地生长大片芦 苇、盐地碱蓬、怪柳、大米草、樟茅等植物。大沽河河口和胶州湾湿地是亚太地区 迁徙候鸟的线路上十分重要的必经驿站。丰富的湿地水资源为每年数百万的水鸟和 其他生物提供了栖息之地。国际鸟类保护联盟在其发表的“全球生态区2 0 0 0 年规划 中已经将胶州湾湿地列为国际重要鸟区l l 引，所以大沽河河口和胶州湾湿地的水健康 决定了湿地生态系统的健康，决定着青岛市生态安全，并且目前，青岛市政府规划 要求严格保护胶州湾国家级湿地生态保护区的生态资源，并将大沽河口区划为湿地 自然保护区。 因此，研究胶州湾大沽河口湿地n 2 0 、c h 4 排放通量随时间变化的特性和影响因 子，可以为今后控制大沽河口湿地n 2 0 、c h 4 的排放提供参考数据，为正确评价我国 湿地生态系统在全球气候变化中的贡献提供相关的科学依据。 1 2 湿地氧化亚氮的研究现状及进展 2 第一章文献综述 目前国内外关于河口、滨岸湿地生态系统n 2 0 排放的研究进展和趋势主要集中 在两方面，一方面是关于n 2 0 的排放机制；另一方面是关于n 2 0 的排放规律及其主要 影响因素。 1 2 1 湿地n 2 0 生成、排放机理 湿地土壤是大气n 2 0 的一个重要排放源或汇。土壤中n 2 0 的产生一个非常复杂 的物理、化学和生物学过程，是多种因素综合作用的结果。n 2 0 的产生主要是在微 生物的参与下，通过硝化和反硝化作用完成的。除此之外，其它生物学过程和非生 物学过程也可产生n 2 0 。b o u w m a n 1 9 l 研究表明土壤微生物主导的硝化和反硝化过程 所产生的n 2 0 占全球大气n 2 0 总量的9 0 。m a l j a n e n 等1 2 0 j 也认为湿地n 2 0 的主要 来源是土壤的硝化和反硝化作用，且影响这两个过程的因素都会影响湿地生态系统 n 2 0 形成和排放。l a w 等【2 1 1 研究表明英国西南部t a m a r 河1 3 潮间带不同地点沉积物 产生的n 2 0 在很大程度上取决于反硝化作用，部分取决于硝化作用或硝化与反硝化 的共同作用。英国的r o b i n s o n 掣2 2 j 研究发现n 2 0 主要产生于底部沉积物表层，在 这一层中硝态氮由上覆水进入沉积物使得沉积物中的硝态氮得以迅速补充，而由水 体中硝化作用产生的n 2 0 量则很小。b a r n e s 等1 2 3 1 认为h u m b e r 河i ：i 沉积物产生的 n 2 0 主要来源于反硝化作用，而水体中产生的n 2 0 则主要来自硝化作用。a l l e n 等1 2 4 1 研究表明，澳大利亚b r i s b a n e 河口红树林湿地沉积物的反硝化作用是n 转化的主要 过程，其对n 2 0 产生可能有重要影响。w a n g 等1 2 5 1 通过对夏季长江1 3 潮问带沉积物 n 2 0 交换通量的研究发现，沉积物的大部分n 2 0 并不是来自反硝化作用，而是来自 其它n 循环过程。 1 2 。1 1 反硝化作用 反硝化作用是在环境中氧气浓度极低的情况下反硝化细菌以n 0 3 一作为最终的 电子受体转化为n 2 的多步反应，每一步都是反硝化细菌利用相应的酶来完成的，n 2 0 是反硝化作用的中间产物。反硝化被认为是大气中n 2 0 的主要来源【2 6 。2 7 】。在有氧条 件下，反硝化细菌不发生反硝化作用，以氧为最终电子受体。但在缺氧条件下，则 以n 0 3 一为最终电子受体，并：糕 n 0 3 - 还原为n 0 2 一，最终还原为n 2 。r y d b n 等t 2 8 1 发现 微生物在嫌气条件或局部还原条件下可进行反硝化作用。反硝化过程虽然是还原过 程，但并非只在完全嫌气的条件下才发生。在结构良好的好气土壤中也可发生反硝 化【2 9 1 。 1 2 1 2 硝化作用 土壤中的微生物硝化作用包括自养硝化作用和异养硝化作用，二者的本质区别 3 青岛大学硕士学位论文 是自养硝化作用微生物以n h 4 + 氧化所释放的化学能为能源，而异养硝化作用微生物 则是以有机碳为能源【3 们。b o c k 等 3 1 1 得出硝化作用分两步进行，首先由氨氧化成亚硝 酸，然后亚硝酸再氧化成硝酸，期间生成n 2 0 。 自养硝化作用是土壤中的好气微生物n 8 4 + - n ( 或n h 3 ) 氧化为硝酸盐的微生物过 程。其反应过程为n 1 - 1 4 + - - , - n h 2 0 h 一 n o h 】一n o n 0 2 - - - - - n 0 3 一。其中n h 4 + 氧化到 n 0 3 。的过程中会产生两种或更多的中间产物。自养硝化作用需要通过亚硝化细菌和 硝化细菌共同作用才能完成。首先由亚硝化单胞菌属( n i t r o s o m o n a s ) 和亚硝化螺旋 菌属( n i t o r s p i r a ) 等化能自养亚硝酸菌将n h 4 + 氧化成n 0 2 一，再由硝化杆菌属 ( n i t r o b a c t e r ) 等化能自养硝化菌将n 0 2 氧化成n 0 3 。 异养硝化作用是在有机碳存在的通气环境中，微生物将n 时、n h 3 或含氮有机 物氧化成n 0 2 和n 0 3 - 的过程。只有当c n 超过微生物正常生长所必需的氮量时，异 养硝化作用才发生【3 2 】。 1 2 1 3 其它生物学过程 s t o u t h a m e r l 3 3 】和s m i t h l 3 4 1 认为土壤中非反硝化细菌通过硝酸盐呼吸作用将n 0 3 一 还原成n h 4 + 过程中会产生n 2 0 。由于要区分开此过程产生的n 2 0 同反硝化生成的 n 2 0 要求较高，目前的实验方法还无法达到，因此非反硝化n 2 0 源对环境的重要性 还有待研究。 1 2 1 4 非生物学过程 非生物学过程中n 2 0 形成的化学转化过程通常与n 2 0 生物学形成过程相伴而 生，它是在没有微生物参与的情况下发生的。例如n 2 0 在氨氧化阶段通过n i - h + 和 n 0 2 一之间的中间产物如n h 2 0 h 和n 0 2 一的化学分解而产生，具体的过程如下1 3 5 1 ： n 0 2 一一硝基苯酚类一醌肟化合物一n 2 、n 2 0 、n o 、n 0 2 等有机质。 1 2 2 湿地n 2 0 排放特征及影响因子研究 1 2 2 1 湿地n 2 0 排放特征 s c h i l l e 等【3 6 1 研究发现，加拿大哈德逊湾滨海湿地n 2 0 排放具有明显的脉冲式排 放特征。b a u z a 等1 3 7 】对波多黎各红树林湿地n 2 0 的排放研究发现n 2 0 排放具有明显的 日变化规律，日出前后最高，近中午时最低，且该处n 2 0 主要来自硝化反应。a l o n g i 等f 3 8 】对福建九龙江河i z l 海岸k a n d e l i ac a n d e l 红树林湿地不同地点n 2 0 排放研究表 明，不同地点n 2 0 排放通量的空间差异明显。g a m i e r 等【3 9 】利用多年的野外监测数据， 推算出s e i n e 河口n 2 0 的日排放量。z h u 等h 0 1 对南极东部沿岸w o l o n g 沼泽和t 岫画i e 沼 泽的n 2 0 通量的观测表明两种沼泽不同地点的n 2 0 通量均存在明显的空间差异。国内 4 第一章文献综述 有关河口滨岸湿地生态系统n 2 0 的排放研究主要集中在长江口崇明东滩湿地和珠江 口湿地。王东启等对长江口崇明东滩沉积物反硝化作用以及n 2 0 排放和吸收进行 了研究。徐继荣等【4 2 1 认为珠江口入海河段硝化、反硝化作用之间存在着耦合关系， 反硝化所需的n 0 3 一，主要来自于n h 4 + 的硝化。胶州湾关于n 2 0 的研究主要集中在水 体中氧化亚氮分布以及海气通量【4 3 】。 1 2 2 2 湿地l n 2 0 影响因子 ( 1 ) 湿地土壤理化性质 湿地土壤理化性质对n 2 0 排放的影响因素主要包括土壤温度、p h 、e h 、土壤质 地、有机质等。 土壤温度在n 2 0 产生的生物学过程中扮演着十分重要的角色，它主要是通过影 响硝化、反硝化细菌活性而影响n 2 0 释放。土壤温度的升高可以加速土壤中有机质 分解和微生物活性，从而增加土壤中温室气体的排放。在适宜的温度条件下，n 2 0 排放会随着温度的升高而增加。硝化微生物所要求的适宜温度范围是1 5 - - 3 5 ，在 适宜的土壤湿度范围内，6 7 的n 2 0 排放量集中在1 5 2 5 范围内，低于5 c 或高于 4 0 。c 抑制硝化作用；反硝化微生物活动的适宜温度一般为5 - 7 5 * c 1 4 4 1 。黄树辉等研 究表明，在土壤湿度适宜和一定温度范围内，n 2 0 排放通量对温度的依赖性可用指 数函数f = 彳来描述4 5 1 。宋长春等1 4 6 1 对三江平原沼泽湿地的研究表明冬季三江平 原沼泽湿地是n 2 0 的汇，而随着土壤温度的升高逐渐成为n 2 0 的源。z h u 掣4 0 j 对南 极东部沿岸w o l o n g 沼泽和t u a n j i e 沼泽n 2 0 排放量研究还发现，随沉积物土壤的 升温变化n 2 0 排放量表现为季节变化特征，说明地温变化对于n 2 0 的释放具有重要 影响。w a n g 等【2 5 l 的研究还表明，5 c m 和1 0 c m 地温是控制夏季长江口中潮滩沼泽 n 2 0 排放通量的重要因素。t s u r u t a 等7 】的研究结果表明，日本藓类沼泽湿地n 2 0 最大释放量与o 1o c m 地温密切相关。 土壤p h 对n 2 0 的排放影响非常复杂，一般认为，硝化作用与反硝化作用的最适 p h 为7 - 9 。硝化反应的最适p h i 8 5 左右，反硝化作用的最适p h 的值为7 o 8 5 。 n a g e l e 等1 4 8 】指出反硝化过程产生的n 2 0 随土壤p h 值的下降而递增。当土壤为中性时， n 2 是反硝化作用的主要产物，p h 降低则反硝化作用产生n 2 0 的比例增大一j 。在p h 7 1 0 范围内，n 2 0 排放随着p h 下降呈递增趋势【5 0 l 。黄耀纠5 1 1 研究发现，p h 在5 6 - - 8 6 范围内n 2 0 排放与土壤p h 呈显著正相关关系，且p h i 8 0 土壤n 2 0 排放量 t p h 6 5 的高2 2 倍。s h i n g o 等【5 2 】的研究发现，泰国滨海湿地的n 2 0 排放与水体p h 和0 2 浓度密 切相关。 e h 也与n 2 0 生成速率密切相关。研究发现，稻田土壤中e h = 4 0 0 m v 时，硝化作用 具有最大n 2 0 生成速率；当e h 2 0 0 m v ，反硝化作用开始产生n 2 0 ；当e h 降低至0 m v 5 青岛人学硕士学位论文 时，反硝化作用产生的n 2 0 最多r 5 3 ) 。a l l e n 等【2 4 l 研究表明，澳大利亚b r i s b a n e 河口红 树林湿地沉积物的n 2 0 释放速率一般随着沉积物e h 的降低而增加。b a u z a 等i j ，j 研究还 表明，m a g u e y e s 岛8 1 树林湿地沉积物的n 2 0 浓度与e h 密切相关。 土壤质地通过影响土壤通透性和含水量进而影响硝化反硝化的强弱、n 2 0 的产 生及其在土壤中的扩散速率。有研究表明，旱地壤土排放的n 2 0 高于砂质和粘质土 壤【5 4 j 。土壤的硝化和反硝化作用与硝化和反硝化菌数量无明显的相关性，但与土壤 质地和p h 明显相判5 5 j 。 土壤有机质本身不仅为参与硝化、反硝化过程的微生物提供能源，而且其矿化 产物为反硝化过程提供反应底物。土壤中的硝化作用和反硝化作用是n 2 0 产生的主 要过程。而硝化一反硝化作用是微生物过程，所以r o b e r t s o n l 5 6 1 认为凡影响微生物活动 的因素均对其产生影响。一般土壤微生物适宜的有机质c n 比为2 5 - - - - 3 0 ：l ，若c n 比大于2 5 - 3 0 ：l ，会引起作物和土壤对有效氮的竞争，土壤中异养型微生物繁殖 快，使土壤中有效氮减少，有机质转化慢，n 2 0 排放受抑制，若c n 比小于2 5 - 3 0 ： l ，则微生物活性强，氮可被矿化并产生n 2 0 ，促进n 2 0 的排放旧。b a g g s 等1 5 8 j 通 过对农田土壤施入作物残渣后n 2 0 排放观测发现c n 低的作物残渣增加n 2 0 排放。 ( 2 ) 水文状况 湿地水文状况直接或间接影响着土壤或水体中的硝化一反硝化作用过程。影响湿 地n 2 0 释放的水文过程主要包括湿地淹水状况、湿地排干、水位波动等。土壤的干 湿交替使得硝化作用和反硝化作用交替成为n 2 0 的主要产生机制。m e n t z e r 等p 州认 为干湿交替会改变氮循环过程，湿地排干会促进硝化作用，湿地积水则促进反硝化 作用，进而影响n 2 0 排放。c h e n g 等【6 0 】通过对中国东部滨海湿地不同淹水状况对 n 2 0 排放的对比研究得出，非淹水土壤的n 2 0 释放速率要高于淹水土壤，说明盐沼 中的水分可能阻碍气体的扩散。h a w k i n s 等【6 1 1 通过模拟海平面上升对滨海湿地n 2 0 释放影响研究表明，淹水土壤的n 2 0 释放通量是未淹水土壤的6 6 倍。土壤湿润过 程促进有机质矿化，激发脉冲式的硝化作用，为反硝化作用提供反应底物，同时形 成适合反硝化作用的厌氧环境，使n 2 0 产生速率大于其被还原为n 2 的速率。h i r o t a 等1 6 2 】对只本滨海n a k a u m i 泻湖沙岸夏季n 2 0 释放通量的观测发现，由天文潮所引起 的水位波动在很大程度上控制n 2 0 通量的时空变异。土壤含水量随着湿地水文状况 的波动而变化。土壤含水量不仅影响土壤中n 2 0 的生成量，而且影响n 2 0 的传输。 土壤含水量较低时，硝化作用是产生n 2 0 的主要机理。土壤含水量较高时，反硝化 作用是产生n 2 0 的主要机理；在中等含水量( 4 5 - 7 5 w f p s ) 情况下，硝化和反硝 化作用产生的n 2 0 大约各占一半