盐水入侵对河口潮汐淡水沼泽湿地温室气体排放的影响及机制

In recent years, effects of saltwater intrusion on carbon and nitrogen dynamics in estuarine tidal freshwater marshes had been paid attention. However to our knowledge, little research has explored mechanism of saltwater intrusion/ salinity gradient on the greenhouse gases production and emissions in the estuarine tidal marsh ecosystems.Typhoons is among the most extreme episodic weather events affecting coastal wetlands in the southeast China, however, no published research has explored the influence and mechanism of typhoons on the greenhouse gases emissions from the estuarine freshwater tidal marshes.The objectives of our project are to quantify saltwater intrusion/salinity gradient effects on greenhouse gases productions and emissions, and explore their process and mechanism in tidal marshes. Emphatically in the tidal freshwater C. malaccensis marsh in the Min River estuarine area, we carry out seasonally the situ measurement of greenhouse gases emissions., we carry out the situ and the laboratory manipulation experiment of saltwater intrusion to examine the effects on greenhouse gases productions and emissions, in addition, we also collect gas and soil samples before and after the saltwater intrusion caused by typhoons. Using chemical analysis, 15N isotopic dilution method and molecular method, methane production substrates (acetate, H2/CO2, dimethyl sulfide, trimethylamine), and electron acceptors (SO42?, Fe3+, NO3-,NO2-,Mn4+), abundance and community structure of methanogenesis and sulfate reduction bacteria, rates of gross N transformation, nitrate and denitrification were measured. These results complement our understanding on the effects of saltwater intrusion on greenhouse gases dynamics in estuarine tidal freshwater marshes.

近年来，海平面上升盐水入侵对河口潮汐淡水沼泽湿地温室气体排放的影响，日益引起科学家的关注，然而,以往的研究在探究影响的机制方面明显不足。台风是影响我国东南沿海极端的天气事件，台风风暴潮引发的咸水强潮入侵范围可达闽江河口区中游段。然而，目前未见关于台风引发的咸水强潮入侵对河口区潮汐淡水沼泽湿地温室气体排放影响的报道。本申请课题重点以闽江河口区中游段分布的短叶茳芏淡水潮汐沼泽为研究对象，采用原位模拟与室内模拟盐水入侵试验及台风强潮咸水入侵前后高频率采样，结合分子生物学技术及15N双标记技术，从影响CH4产生的底物（乙酸和溶解性CO2等）和电子受体机制、微生物学机制（甲烷产生菌和硫酸盐还原菌的群落结构与数量），以及影响N2O产生的硝化作用和反硝化作用入手，全面揭示盐水入侵对于河口潮汐淡水沼泽湿地CH4和N2O排放的影响及机制，为科学评估盐水入侵对于河口区淡水沼泽湿地温室气体排放的影响提供依据。

1、闽江口感潮淡水短叶茳芏沼泽甲烷排放通量（14.75 ± 6.94 mg m-2 h-1）和氧化亚氮通量（48.8±9.0 µg m-2 h-1）均显著高于半咸水短叶茳芏沼泽（3.9 ±1.4 mg m-2 h-1和27.7±4.0 µg m-2 h-1），感潮淡水和半咸水短叶茳芏沼泽二氧化碳排放通量分别为1456.6 ± 593.3 和1435.2 ± 689.7 mg m-2 h-1，即使从淡水到半咸水盐度增加幅度仅为5 ppt的情况下，盐度增加仍显著降低河口沼泽甲烷和氧化亚氮排放通量，但对二氧化碳排放通量无影响。2、室内厌氧培养研究发现：当海水盐度为10‰及高于10‰，对甲烷产生潜力产生显著抑制效应；当盐度范围为5 ~ 7.5‰时，二氧化碳产生潜力增加，高于/等于15‰则受到抑制。纯NaCl溶液只有盐度高于15 ppt才显著抑制甲烷产生潜力，表明伴随着海水入侵发生的硫酸盐还原作用是造成甲烷排放下降的主要原因，氯离子胁迫作用对甲烷产生抑制效应只有盐度高于15 ppt才发生。3、淡水和半咸水短叶茳芏沼泽湿地产甲烷菌优势目为甲烷微菌目，产甲烷菌优势属是Methanoregula，在整个产甲烷菌群落中占比44.1%，其它主要产甲烷菌优势属还包括甲烷绳菌属，甲烷八叠球菌属和甲烷杆菌属。感潮淡水短叶茳芏沼泽土壤产甲烷菌数量显著高于半咸水沼泽，产甲烷菌mcrA基因克隆文库香农维纳指数和辛普森指数均随着盐度增加而减少。4、连续2年原位模拟盐水入侵、径流3价铁浓度增加以及盐水入侵＋3价铁增加实验表明：相对于对照组，盐水入侵、3价铁以及盐水入侵＋3价铁处理甲烷排放通量分别下降30.7%，24.7%和42.7%，盐水入侵及盐水入侵＋3价铁处理均显著降低甲烷排放通量, 3价铁浓度增加对甲烷排放通量无显著影响；各处理对二氧化碳排放通量均无显著影响。5、台风“杜鹃”登陆后5天内短叶茳芏湿地甲烷排放通量呈增加趋势，台风“杜鹃”登陆后2天，二氧化碳排放通量为1628.5 mg•m-2•h-1，是台风前两天的1.6倍，结果表明台风“杜鹃”登陆后，闽江口鳝鱼滩短叶茳芏沼泽湿地甲烷和二氧化碳排放通量均呈现1个短期的增加，台风可能增加滨海潮汐沼泽湿地碳释放，但是，在年尺度上这种影响可能具有一定的不确定性。