土地利用变化下岩溶湿地氮的收支及迁移特征研究

Due to increasing anthropogenic disturbance, natural wetlands have been deteriorated greatly. The function of wetland to purify nutrients and pollutants has been weakened. It resulted in a series of environmental problems..In this study, we choose a Karst wetland which contains various land-use covers and has shown symptoms of eutrophication to conduct our study with the aim of exploring the impact of multiple land-use covers (and the related anthropogenic N input) on the nitrogen level, N transport and N input-output budget in the wetland. We plan 1) to carry out multiple research approaches such as investigation, observation and lab incubation to estimate the N input/output budget; 2) to apply the 15N & 18O of NO3- isotope natural abundance technique combining with Bayesian model for source partitioning of NO3- and reveal nitrogen transport characteristics; 3) study the impact of hydrological conditions on N distribution, transport and export. Based on these results, we can evaluate the N level and N removal capacity of the wetland; further reveal the impact of anthropogenic activities on wetland N cycles; provide scientific basis of evaluating the N leaching risk from the wetland.

由于人为活动干扰的日益增加，原生湿地退化严重，湿地调节净化功能被削弱，导致一系列的环境问题。本项目拟以包含多种土地利用类型的，已呈富营养化状态的岩溶湿地为研究对象，以探求土地利用方式（及与之相联系的人为氮输入）对湿地的氮营养水平、氮的迁移及收支的影响为目标，通过居民调查、野外观测、实验室培养等手段估算湿地氮的收支情况，并运用NO3-中15N和18O的同位素自然丰度技术结合贝叶斯模型对土壤中的进行源解析，揭示湿地NO3-的迁移特征。同时通过研究水文条件变化对湿地氮的分布、迁移及输出的影响，探讨湿地生态系统中氮的循环特征，综合评价评价湿地的氮营养水平和氮净化能力，深入认识湿地生态系统中氮的循环机理，进一步揭示人为活动对湿地氮循环的影响，并为湿地氮淋溶风险提供科学的判断依据。

会仙湿地是桂林地区重要的岩溶湿地。由于人为活动干扰的日益增加，原生湿地退化严重，湿地调节净化功能被削弱，污染加剧。本项目在水稻种植前期、种植中期和收获期间通过共计13次的水样采集分析，通过NO3-同位素15N和18O的自然丰度以及MIXSIAR贝叶斯模型对不同水文单元（土壤、地表水、地下水和底泥孔隙水）中NO3-主要来源进行了源解析，探讨了湿地不同土地利用方式对于湿地水体中NO3-含量的影响，以及NO3-在湿地土壤及水体中迁移的时空变化特征及在湿地中的空间异质性；同时通过调查结合清单等手段估算氮的输入；并综合评估湿地NO3-的迁移特征、营养水平及人为活动对水体NO3-污染的主要影响。同时，对NO3-中15N和18O的同位素自然丰度分析的反硝化细菌法进行了改进。结果表明：湿地土壤及河流底泥的无机氮含量变化与农业施肥时间相吻合。水稻种植前期、种植中期和收获期，不同水体中NH4+和NO3-含量存在较大差异。其中，河网的NH4+和NO3-浓度主要表现的是时间变化。而地下水中NO3-则表现出很强的时空差异，体现了岩溶湿地地下水连通性的空间异质性较大，NO3-是湿地中主要的氮迁移因子。渔业养殖极大的提高了池塘水中的NH4+和NO3-浓度。水稻田排水对于河流中NO3-的贡献较大，其它地表水、地下水及荒地土壤间隙水中NO3-则是多种污染来源共同作用的结果。在地下水和河流底泥间隙水中，反硝化作用强烈。模型模拟揭示：除降水对各水体中NO3-的贡献低于10%外，水稻田排水，养殖废水，居民生活废水均有较大贡献，且呈现明显的时间差异。水稻田排水是最主要的贡献者，在种植中期，其贡献率超过50%。各NO3-源对于地下水NO3-的贡献率呈现明显的空间差异。池塘水中各NO3-源的相对贡献比较接近，且时空差异较小。农业尿素、复合肥平均施用量分别为561.43 kg/hm2，159.60 kg/hm2。化肥施用导致的水体氮污染是最主要的污染源，而荒地对于湿地氮污染的消解有着重要的作用。会仙湿地大部分水体富营养化的程度均在极富营养与重富营养的等级。