海平面上升对闽江口微咸水沼泽湿地土壤有机碳厌氧代谢不同途径的影响及机制

Sea-level rise had become one of main global environmental issues to estuary, and affected the carbon cycle in estuatine tidal wetlands. Though in situ sea-level rise manipulation experiment, and the combanition of artificial tidal tanks and marsh organs, and by using methods of measuring the pathways of anaerobic organic carbon mineralization, molecular biology technology, stable isotopic fractionation, and the integration of static and floating gas sampling chamber, we determine the rates of contributions of different pathways of anaerobic organic carbon mineralization, main mictobes, the contents of substrats and electron acceptor, the main path of methane production, and the emissions of methane and carbon dioxide. The aim is to reveal the effects of the effects of the sea-level rise on pathways of anaerobic organic carbon mineralization and carbon gases emissions in brackish marshes of the Min River estuary and its mechanmism, especially for methane production, to determine the community structure and abanduce of the active methanogens by using isotopic tracing.The results complement our understanding on the effects of sea-level rise on pathways of anaerobic organic carbon mineralization and carbon gases emission in subtropical estuarine tidal marshes, and are benefit for deal with the influence of sea-level rise in estuarine marsh ecosystem.

海平面上升是全球河口湿地面临的主要环境问题之一，深刻影响河口湿地碳循环。以福建闽江口潮滩沼泽湿地为研究对象，通过原位操作海平面上升及模拟潮汐池与研究海平面上升的常用装置marsh organs相结合的方法，运用土壤有机碳厌氧代谢不同途径测定方法、分子生物学技术、稳定性碳同位素分馏技术及“静态箱-悬浮箱一体化采样装置”，从土壤有机碳厌氧代谢不同途径的速率和贡献率、介导各代谢途径的主要微生物、底物和电子受体浓度、甲烷产生主要途径，以及甲烷和二氧化碳排放通量的角度，明晰海平面上升引发的水文和盐度变化对河口微咸水沼泽湿地土壤有机碳代谢及含碳气体排放的影响及机制，特别是对于甲烷产生，运用稳定性同位素示踪技术揭示海平面上升对活跃产甲烷菌群落结构和丰度的影响。研究结果为揭示海平面上升对河口微咸水湿地土壤有机碳厌氧代谢途径及含碳气体排放的影响提供科学数据，对于应对海平面上升的影响具有重要的理论与实践价值。

海平面上升已成为全球河口湿地面临的主要环境问题之一，深刻影响河口湿地碳循环过程。本项目主要以闽江河口感潮沼泽湿地为研究对象，运用本项目改进后的可原位操作海平面上升的围堰装置，很好地模拟了海平面上升-水淹增加的效果，同时结合施氮处理，利用透明静态箱+遮光布+红外气体分析仪结相合的方法，揭示了海平面上升-水淹增加以及水淹增加和施氮共同作用对河口半咸水短叶茳芏沼泽生态系统NEE，ER，CH4和N2O通量、辐射平衡、以及土壤有机碳矿化总速率和各途径速率的影响，水淹增加和施氮均显著地促进年尺度NEE和ER，水淹增加以及水淹增加和施氮共同作用对土壤总矿化速率无显著影响。运用模拟潮汐池与marsh organs中型生态系相结合的方法，采集闽江河口感潮淡水沼泽湿地土芯，设置3个盐度和3个淹水高度的交互处理，研究结果发现：寡盐水处理增加土壤有机碳铁异化还原速率，其贡献率增加至56%，半咸水处理降低铁异化还原速率，其贡献率下降至25%；随着盐度的增加，硫酸盐还原速率显著增加，甲烷生成速率显著降低；淹水和盐度的交互作用对主要产甲烷菌属影响显著；盐度对碳分解的影响比淹水更大，盐度增加通过影响植物根系铁膜浓度从而影响碳矿化速率，未来海平面上升影响下的碳分解预测模型可考虑纳入土壤根系铁膜含量作为预测指标。脉冲式盐水入侵显著降低河口感潮淡水沼泽CH4排放通量，但未对CO2排放通量产生显著的影响。闽江河口感潮淡水沼泽湿地土壤以铁异化还原和甲烷产生2个有机碳厌氧矿化过程为主，表层铁异化还原占优势，亚表层甲烷产生占优势，短期的盐水入侵未显著改变表层土壤产甲烷菌各属的相对丰度，但显著降低脱硫弧菌属相对丰度。研究结果为揭示海平面上升对河口感潮沼泽湿地含碳气体排放及土壤有机碳厌氧代谢途径和速率的影响提供科学数据，对于应对海平面上升的影响具有重要的理论与实践价值。