氮沉降对新生滨海湿地甲烷排放的影响规律

Natural wetlands are one of the most important sources of the atmospheric methane (CH4). Atmospheric nitrogen deposition affects the carbon and nitrogen biogeochemical cycles in the wetland ecosystem, resulting in changed CH4 emissions from wetlands. However, the impacts of nitrogen deposition on CH4 emissions varied in various wetlands. There are two important defects in the previous studies, 1) the vast majority of the previous researches used NH4NO3 as nitrogen source, thus could not distinguish the effects of ammonium and nitrate deposition on CH4 emissions. 2) the previous researches were basically performed in freshwater wetlands and, there are very few reports on the impact of nitrogen deposition on CH4 emissions from coastal wetlands. This project intends to carry out in situ simulation experiment in the newborn coastal wetlands in the Yellow River Delta. The main objective is to reveal the impacts of different forms of nitrogen deposition on CH4 emissions from coastal wetlands. Our study is expected to provide the necessary support for accurate predictions of the future atmospheric CH4 sources and sinks, as well as their contributions to global climate change under the scenarios of increased nitrogen depositions.

自然湿地是大气甲烷(CH4)的重要排放源，大气氮沉降对湿地碳、氮循环过程产生一定影响，进而影响湿地CH4排放，然而，大气氮沉降对不同湿地CH4排放的影响并不一致。以往关于氮沉降影响湿地CH4排放的模拟研究中，存在两个重要不足，一是绝大多数研究以硝酸铵（NH4NO3）为氮源，因此无法区分铵态氮和硝态氮的影响效果；二是以往研究基本都是在淡水湿地开展，关于滨海湿地的相关报道非常少。本项目拟在黄河三角洲新生滨海湿地开展野外原位模拟实验，长期观测铵态氮、硝态氮不同施加量以及二者并存的处理下CH4排放通量、植被生长状况和土壤碳氮含量等因子的动态变化，研究铵态氮和硝态氮的大气沉降对滨海湿地CH4排放的影响效果和机制，旨在揭示不同形态氮沉降对滨海湿地CH4排放的影响规律，为准确预测未来大气氮沉降增加情景下全球大气CH4源汇过程及其对气候变化的贡献提供支持。

大气氮沉降增加及其引起的环境问题是全球变化研究的热点。大气氮沉降能改变湿地系统碳氮循环过程，进而影响湿地甲烷的产生、氧化和排放。目前关于氮沉降影响自然湿地甲烷排放的研究，一般在淡水湿地进行，绝大多数采用硝酸铵作为氮源，因而无法区分铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-）这两种主要的氮沉降形态各自对湿地甲烷排放的影响。基于此，本项目在黄河三角洲选取生长典型植物群落（芦苇和盐地碱蓬）的湿地，人为添加硝酸铵、氯化铵和硝酸钾以模拟铵态氮和硝态氮的大气沉降，开展铵态氮和硝态氮沉降影响湿地甲烷排放的模拟研究。（1）几年的野外原位观测研究发现，黄河三角洲湿地是大气甲烷的吸收汇（‒0.13 ~ ‒1.25 kg C / (ha*yr）。盐地碱蓬湿地吸收大气甲烷的能力高于芦苇湿地。（2）大气氮沉降抑制了芦苇湿地和盐地碱蓬湿地对大气甲烷的吸收，或使其转变为大气甲烷的排放源。对于芦苇湿地系统，铵态氮和硝态氮的大气沉降都促进了芦苇湿地向大气中排放甲烷，但其影响程度不同，其中硝态氮的影响更大。硝酸铵处理（硝态氮和铵态氮用量1:1）甲烷排放的增量分别为硝态氮处理和铵态氮处理的30%和86%。（3）对于盐地碱蓬湿地系统，大气氮沉降抑制其对大气甲烷的吸收或使其转变为大气甲烷的排放源，其影响程度以硝态氮处理最强（154%），铵态氮处理最弱（52%）。（4）本项目还设置了一个生长季的盐地碱蓬盆栽试验，其结果与野外原位试验结果有所不同，三个处理均促进了盆栽盐地碱蓬湿地系统的甲烷排放，其影响程度以硝酸铵处理最强（123%），硝酸钾处理最低（38%）。（5）另外，大气氮沉降对滨海湿地甲烷吸收或排放通量的影响随着氮量的增加而增强。（6）本项目的研究结果说明，在评估大气氮沉降对滨海湿地温室气体排放的影响时，需要区分不同土壤-植被系统，并区分氮的不同形态（如铵态氮和硝态氮）。