红树林沉积物硝酸盐的异化还原成铵等关键过程及其环境生态意义

The process of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) occurs widely in estuarine, coastal and wetland ecosystems. Under the right environmental conditions (anaeorobic/anoxic), DNRA can effectively transform nitrate to ammonium (NH4+). In China, most of the existing mangrove systems are severely affected by massive inputs of nutrients and sediment from river upstream, as well as local anthropogenic nutrient pollution. Therefore, mangrove systems, characterized by highly-enriched nitrogen (N) and carbon content, are selected in this study to investigate the N biogeochemical processes in mangrove sediments. Based on published data, field monitoring, along with incubation experiment at laboratory, the stable N isotope tracing technique will be adopted to analyze the intensity and the temporal-spatial distribution patterns of some key biogeochemical processes, including DNRA, nitrification, denitrication, anammox, and the coupled connections between these processes. In addition, the results from this study could further help to explain the feedbacks between DNRA in mangrove sediments and the net productivity in mangrove systems, and to assess the ecological implications of these interactions. There are critical in understanding the ecological function of mangrove systems in buffering eutrophication in coastal areas, along with the functioning of mangroves as carbon sinks in context of climate change.

硝酸盐异化还原成铵作用(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium, DNRA)广泛存在于河口、海岸带和湿地生态系统。在一定条件下，DNRA可以有效地将硝态氮还原成铵态氮而保留在系统内部。我国大多数红树林系统往往同时受上游河流携带大量营养元素和沉积物以及人类经济活动污染物排放的强烈影响。因此，该项目以相对高氮素、高有机碳含量的红树林系统为研究对象，通过已发表数据搜集、现场定位实验和室内培养实验，利用氮稳定同位素示踪技术，研究氮素在红树林沉积物中的关键生物地球化学过程，分析DNRA、反硝化、硝化、厌氧氨氧化等关键生态过程的强度和时空分布，揭示上述不同生态过程之间的耦合联系；进一步说明DNRA作用与红树林净生产力之间的反馈机制以及环境生态意义。该研究对于发挥红树林系统在近岸海域富营养化的净化缓冲作用以及气候变化条件下红树林碳汇作用的分析存在重要意义。

DNRA广泛存在于河口、海岸带和湿地生态系统。在一定条件下，DNRA可以有效地将硝态氮还原成铵态氮而保留在系统内部。本研究分析了DNRA、反硝化、硝化、厌氧氨氧化等关键生态过程的强度和时空分布，揭示上述不同生态过程之间的耦合联系；进一步说明DNRA作用与红树林净生产力之间的反馈机制以及环境生态意义。该研究对于发挥红树林系统在近岸海域富营养化的净化缓冲作用以及气候变化条件下红树林碳汇作用的分析存在重要意义。主要研究结论如下：.反硝化作用是红树林沉积物主要的氮素还原过程反硝化速率占NO3--N还原速率的80.43-98.92%，说明红树林系统的氮素主要通过反硝化作用移出系统。而当N成为限制因素时，缓冲系统通过固氮作用或强化DNRA途径进而将N保留在系统中。.铁介导的硝酸盐还原（Feammox）过程占TN流失量的6.4%和6.7%，与反硝化相比，其贡献率较低。表明在红树林沉积物中，Feammox过程是一种有效的氮流失途径，石墨烯能够作为导电物质以直接电子转移的方式促进Feammox反应，对深入理解红树林生态系统氮循环具有重要的意义。.红树林中硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化强度显著高于大部分生态系统的响应强度，个别高出数十倍。红树林主要氮循环过程（反硝化、厌氧氨氧化和DNRA）受温度变化影响较为显著，不同氮循环过程存在最适温度，温度变化使各氮循环过程的相对重要性和红树林沉积物生态系统氮库的去除与保留趋势发生变化，总体来说，随温度升高，红树林沉积物DNRA反应贡献率增加，沉积物氮趋向以铵形态保留。但同一体系中硝化作用、反硝化作用、厌氧氨氧化、铁介导的厌氧氨氧化、硝酸盐异化还原成铵等过程的协同与竞争内在转化及影响机制需要进一步探究。