典型岩溶湿地生态系统中氮的来源及其迁移转化过程研究：以贵州草海为例

Nitrogen is a major nutrient that is essential to all life on earth, but the available nitrogen in most terrestrial ecosystems is often deficient in relation to the growth of plants, and nitrogen limits the continued accumulation of carbon in terrestrial ecosystems. The Caohai wetland is located in the northwest of Guizhou province, and is the largest natural karst wetland in China, the wetland ecosystem play an important role in maintaining the stability of carbon sink effect related to carbonate rock dissolution, but the stable supply of nitrogen source is the key to ensure the sustainable use of aquatic photosynthesis through converting dissolved inorganic carbon into organic carbon. In this study, the Caohai wetland catchment has been selected as the study area, to identify the sources and transformation of inorganic and organic nitrogen in the wetland through hydrochemistry and stable isotope. The main objectives of this study are: (1) to clarify the spatial and temporal variability of nitrogen in wetland; (2) to elucidate the sources and transformation of nitrogen using stable isotopes for karstic settings; and (3) to analyze original data using statistic methods to illustrate the behavior of nitrogen in the typical karst-dominated wetland. Results will provide important information on karst-dominated wetland ecosystem response to nitrogen, the baseline data to understand the influence of biological behavior on karst carbon sink, and provide the utility for protection and remediation planning in wetland ecosystems.

氮是构成一切生命体的重要元素，但大多数陆地生态系统土壤中的可利用氮素相对于植物的生长需要往往不足，因而氮限制着陆地生态系统碳的持续积累。草海位于贵州西北部，是我国最大的天然岩溶湿地，该湿地内水生植物对稳定区域岩溶碳汇效应具有十分重要的作用，而稳定的氮源供给则是保障该湿地内生物过程利用岩溶作用产生的无机碳向有机碳持续转化的关键。本项目以草海岩溶湿地流域为研究对象，利用地球化学及稳定同位素等解析手段，揭示草海岩溶湿地生态系统氮素的时空分布规律，并阐明该湿地生态系统中氮的来源，及迁移转化过程。研究结果将是对喀斯特生态系统氮循环研究的一个重要补充，同时可进一步深化对生物参与下岩溶碳汇稳定性的认识，也为草海湿地的保护提供借鉴和指导。

湿地是岩溶生态系统重要组成部分，而氮元素对提高湿地系统的生产力、维持湿地生物多样性具有重要作用，也是保障湿地内生物过程利用岩溶作用产生的无机碳向有机碳持续转化的关键。本项目以贵州威宁草海岩溶湿地为研究对象，综合利用水化学、三维荧光光谱及稳定同位素等解析手段，揭示了草海岩溶湿地生态系统氮素的时空分布规律，阐明了草海岩溶湿地中氮的来源，及迁移转化过程。研究结果显示，草海水中氮污染较为严重，不同水文期草海水体和沉积物中氮形态组成差异显著，且各形态氮呈现明显时空分布特征，丰水期水体中氮含量整体高于枯水期，丰水期水体中氮形态以无机氮为主，主要受外源输入的影响，其中粪便和污水的输入对湿地水体中硝酸盐氮贡献较大，颗粒有机氮主要来源于陆源有机质；而枯水期水体主要以溶解性有机氮为主，与颗粒有机氮一起共同受湿地内源的释放转化影响。草海湿地表层沉积物有机质来自内源的有机质贡献大于外源，同时沉积物中溶解性有机氮主要由类酪氨酸蛋白物质、类色氨酸蛋白物质、陆源类腐殖质组成。此外，氮污染影响下的草海水体二氧化碳分压时空分布特征及其扩散通量时间变化规律明显，其空间分布均呈东侧区域和靠近河流入湖口处偏高的特征。本研究结果是对喀斯特生态系统氮循环研究的一个补充，也为草海湿地水环境保护提供了科学依据。