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地下水-地表水交换驱动红树林-盐沼共生湿地系统营养盐循环与输出

发布时间:2022-01-07

近日,实验室陈能汪教授团队在滨海湿地营养盐循环的水文-生物地球化学耦合调控机制研究方面取得进展,相关成果以“Porewater exchange drives nutrient cycling and export in a mangrove-salt marsh ecotone”为题,在线发表于国际期刊Journal of Hydrology上。

团队依托实验室及福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站,在红树林、盐沼(互花米草)潮沟边坡开展地下水和地表水定点时序观测,综合运用原位水文和水化学同步观测策略,开展学科交叉合作研究。该研究初步揭示了地下水-地表水交换驱动的滨海湿地系统营养盐的源汇特征,为下一步深入研究盐沼入侵所形成的红树林-盐沼共生系统氮与碳耦合转化过程和蓝碳机制提供了基础,也为滨海湿地生态修复提供有益的理论参考。


研究背景

红树林是海岸带重要的“蓝碳”生态系统之一。2016年我院黄邦钦教授发起组建厦门大学“蓝碳”研究团队,开展滨海湿地生态环境学科交叉研究。与红树林入侵美国盐沼湿地不同,我国南方滨海湿地普遍存在互花米草入侵现象。由于互花米草具有较高的耐盐和耐厌氧环境特性,表现出强的繁殖和竞争力,可与原生红树林共存,形成典型的红树林-盐沼生态共生现象。然而该共生系统对海陆界面物质循环和生态环境有何影响尚不清楚。河口湿地是陆海气跨圈层作用的关键界面,调节着地表物质循环过程和通量,进而影响全球气候变化和区域生态环境。受潮水与径流相互作用,滨海湿地的地下水与地表水交换这一水文过程如何驱动营养物质和碳的循环转化是国际前沿科学问题。对于广泛存在的红树林-盐沼共生系统,沉积物孔隙水交换在不同潮汐条件(大、小潮)下如何与生物地球化学过程耦合,湿地-河口营养元素的源-汇模式如何变化,缺乏清晰的认知。


研究成果

      本研究通过红树林、盐沼潮沟边坡代表性站点的全潮时间序列连续观测,采用水文-生地化多种学科方法综合研究,结果表明:(1)红树林区域总体表现为地下水向上排泄,盐沼区域表现为地表水向下渗入;(2)红树林沉积物中较强的矿化、反硝化和磷吸收过程,导致红树林地下水中NH4-N和DON向地表水输出,地表水中的NOx-N、DRP、DOP和TDP向地下水输入。盐沼区域地下水输出量小于地表水渗入量,导致不同形态的氮、磷均表现为从地表水向地下水输入;(3)红树林-盐沼共生系统通过地下水-地表水交换将红树林区域排出的NH4-N源转化为盐沼区域的汇,可潜在减少原生红树林湿地系统向河口的总氮输出通量。


     研究团队

      厦门大学环境与生态学院2019级博士生王芬芳为论文第一作者,陈能汪教授和南方科技大学肖凯副研究员为共同通讯作者,瑞典哥德堡大学Isaac R. Santos教授、美国欧道明大学Joseph Tamborski博士、环境与生态学院2018级博士生路则洋、2019级博士生王曜、2020级硕士生闫瑞峰为共同署名作者。

研究获得国家自然科学基金(41976138、41907162)、滨海湿地生态系统教育部重点实验室(WELRI201601)、近海海洋环境科学国家重点实验室(MELRI1603)、瑞典研究理事会(2020-00457)的资助,并得到漳江口红树林国家级自然保护区的大力支持。


漳江口红树林观测站位(a-c)及地表水-地下水采样(d)和观测(e)装置

 地下水-地表水交换驱动的红树林-盐沼共生系统营养盐循环和输出

        拓展阅读:

        陈能汪教授课题组长期从事流域-近海系统的环境过程研究。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营养盐与碳的形态、分布、转化和输运及其调控机制。课题组已于2019年4月和2021年3月在《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》和《Chemosphere》期刊上发表题为“Major processes shaping mangroves as inorganic nitrogen sources or sinks: Insights from a multidisciplinary study”和“Tidal driven nutrient exchange between mangroves and estuary reveals a dynamic source-sink pattern”的研究成果,逐步探明红树林-盐沼-河口之间营养盐的循环过程、交换通量以及水文-生地化耦合调控机制。

      论文来源:

        Wang, F., Xiao, K*., Santos, I. R., Lu, Z., Tamborski, J., Wang, Y., Yan, R., Chen, N*. (2022). Porewater exchange drives nutrient cycling and export in a mangrove-salt marsh ecotone. Journal of Hydrology, 606, 1-11. doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.127401.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169421014517


        Wang, F., Cheng, P., Chen, N*., Kuo, Y.-M. (2021). 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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