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科研进展:潮汐泵驱动的红树林-河口系统营养盐横向交换与源汇格局

发布时间:2021-03-11

2021年3月5日,《Chemosphere》期刊在线刊登了陈能汪教授为通讯作者题为“Tidal driven nutrient exchange between mangroves and estuary reveals a dynamic source-sink pattern”的研究成果。该研究基于潮周期观测及模型,量化红树林潮沟-河口界面营养盐交换通量,探明滨海湿地红树林营养盐氮磷横向输出的潮汐驱动泵作用以及污水排放对湿地源-汇格局的影响。本研究获得国家自然科学基金的资助。厦门大学环境与生态学院2019级环境科学专业博士生王芬芳为论文第一作者,厦门大学海洋与地球学院程鹏教授为主要合作者。

红树林是重要海岸带蓝碳生态系统之一,通过固碳储碳过程减缓人为二氧化碳过量排放引起的气候变化效应,而氮和磷通过控制红树林初级生产力调节着它的蓝碳功能。其中,红树林-河口系统界面营养盐的横向交换与循环转化对蓝碳功能和海洋生态系统健康均起着重要的调节作用。目前人们对这一跨界面的营养盐交换过程、源汇关系及驱动机制还缺乏认知。此外,红树林受多种人为活动干扰,周边污水排放对红树林及邻近水域的影响也缺乏研究。

陈能汪教授课题组长期从事流域-近海复杂系统的环境过程研究。2016年我实验室启动“滨海湿地-河口系统多界面碳循环过程与通量”团队项目,以位于福建省漳州市云霄县的漳江口红树林国家级自然保护区(现为台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站)为研究地点,基于长期观测、机理实验和定量模型,系统研究全球变化背景下滨海湿地系统营养盐碳氮磷的形态、分布、转化和输运及其调控机制。本研究综合应用精细生物地球化学观测、同位素示踪和分子生物学技术,获取多学科数据集,重点关注红树林-河口系统营养盐源汇格局及其主控过程。

课题组已于2019年4月在《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》期刊上发表题为“Major processes shaping mangroves as inorganic nitrogen sources or sinks: Insights from a multidisciplinary study”的研究成果,初步探明了红树林-河口之间氮的交换规律以及沉积物氮循环的主控过程,提出红树林-河口系统氮的源汇过程概念模型。

在此基础上,本研究通过多个全潮高频观测,建立潮汐交换通量和源汇模型。主要研究结果包括:(1)相对河口而言,红树林是氨氮和活性磷酸盐的源,是硝氮的汇。夏季提高了红树林对氮的利用,氨氮净输出(源)但量级较少,硝氮为净输入(汇)但量级增加;(2)红树林氮磷的输入量与消耗量之间的平衡存在季节性差异,导致溶解性有机氮、有机磷在春季向河口输出(源),夏季则转变为河口向红树林输入(汇);(3)红树林系统整体降低了河口无机氮、总氮和总磷的负荷,对富营养化河口有水质净化(汇)作用;(4)红树林垦殖形成渔塘,其养殖尾水以及周边的生活污水在退潮期间通过闸门排放,通过红树林界面向河口输出,一定程度上抵消了红树林“汇”的生态功能。

通过上述研究,我们对于红树林-河口系统营养盐循环有了更加清晰的认识,发现氮磷的源汇关系存在形态差异和季节变化,红树林总体表现为氮磷的汇(因为碳与氮磷耦合,同时也是碳汇)。同时,发现污水排放可将这一湿地系统从“汇”变为“源”,意味着如果减少污水排放并增加红树林覆盖,可提高红树林的“汇”和蓝碳功能,有助于缓解近海富营养化趋势。研究结论强调了污水治理与湿地生态保护的意义,为我国陆海统筹战略和生态保护修复工作(如退塘还湿)提供科学参考。

红树林-河口界面营养盐交换与源汇格局示意图


论文来源:

Wang, F., Cheng, P., Chen, N*., Kuo, Y.-M. (2020). Tidal driven nutrient exchange between mangroves and estuary reveals a dynamic source-sink pattern. Chemosphere, 128665. doi:10.1016/j.chemosphere.2020.128665. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653520328605

Wang, F., Chen, N*., Yan, J., Lin, J., Guo, W., Cheng, P., Liu, Q., Huang, B., Tian, Y. (2019). Major processes shaping mangroves as inorganic nitrogen sources or sinks: Insights from a multidisciplinary study. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 124(5), 1194-1208. doi:10.1029/2018jg004875. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018JG004875


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