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科研动态 | 有污水输入的盐沼沉积物比红树林释放更多的碳温室气体和较少的N₂O

发布时间:2022-03-14

近日,实验室陈能汪教授团队最新研究进展以“Saltmarsh sediments with wastewater input emit more carbon greenhouse gases but less N2O than mangrove sediments”为题,在线发表于国际期刊Catena上。该研究依托福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站(台海站),综合运用同位素示踪技术、分子生物学技术和多学科方法,揭示污水输入与互花米草入侵对红树林湿地温室气体排放的叠加影响。

研究背景

红树林是海岸带重要的“蓝碳”生态系统之一。2016年时任实验室主任的黄邦钦教授发起组建厦门大学“蓝碳”研究团队,通过实验室自主课题的资助,支持开展滨海湿地生态与环境生物地球化学学科交叉研究。与红树林入侵美国、澳大利亚等盐沼湿地不同,我国南方滨海湿地普遍存在互花米草入侵现象,形成典型的红树林-盐沼生态共生系统。随着人口增长和经济发展,水产养殖和生活废水排放不断增加,河口富营养化加剧,已显著改变滨海湿地生态系统结构与功能(如水质净化和碳汇)。目前为止,污水排入和互花米草入侵如何影响湿地温室气体排放和湿地碳汇功能缺乏清晰的认识。

研究成果

本研究通过在红树林和互花米草区域采集柱状沉积物,于室内开展时间序列连续培养实验,综合运用同位素示踪技术、分子生物学技术和多学科方法进行分析,结果表明:(1)污水(生活污水和养殖废水)输入能显著增加红树林和盐沼湿地温室气体排放和温室潜能;(2)与红树林沉积物相比,污水输入情况下互花米草沉积物能释放更多的碳温室气体(CO2和CH4)和较少的氮温室气体(N2O);(3)沉积物中碳组成成分、底物浓度和基因丰度是控制不同生境中CO2和CH4排放的主要因素;硝化-反硝化耦合是N2O产生的主要过程,较高的反硝化速率和反硝化基因丰度是红树林沉积物排放N2O较高的主要原因;(4)情景模拟结果表明,如果互花米草面积增加,将会导致CO2和CH4排放量增加,湿地储碳量呈减少趋势;由于N2O释放量会相对减少,湿地系统总的温室潜能可能会降低(考虑到情景分析未考虑其他环境因子的同步变化,该结论有一定的不确定性)。该研究初步揭示了污水输入和互花米草入侵对滨海湿地温室气体排放的影响,为下一步深入研究全球气候变化下湿地系统氮碳耦合转化过程和蓝碳机制奠定基础,也为自然保护区污染控制、湿地生态修复等实践提供科学依据。

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漳江口红树林-盐沼采样站位分布


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污水输入情况下红树林-盐沼沉积物温室气体排放及其温室效应概念图


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,陈能汪教授为通讯作者,中国海洋大学林贤彪副教授、厦门大学环境与生态学院2020级本科生宋安格、张嫄、2020级硕士生闫瑞峰、2019级博士生王曜为共同署名作者。

本研究获得国家自然科学基金(41976138)和中央高校基本科研业务费的资助(202110384143),并得到漳江口红树林国家级自然保护区的大力支持。


论文来源

Wang, F., Song, A., Zhang, Y., Lin, X., Yan, R., Wang., Chen, N*. (2022). Saltmarsh sediments with wastewater input emit more carbon greenhouse gases but less N2O than mangrove sediments. Catena, 213, 106205.

https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106205

拓展阅读

陈能汪教授课题组长期从事海陆界面环境生物地球化学过程研究。基于长期观测、机理实验和模型评估,主攻全球变化背景下流域-近海系统的营养盐与碳的跨界面过程、通量与调控机制。课题组已于2019年4月、2021年3月和2021年12月在《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》、《Chemosphere》和《Journal of Hydrology》期刊上发表题为“Major processes shaping mangroves as inorganic nitrogen sources or sinks: Insights from a multidisciplinary study”、“Tidal driven nutrient exchange between mangroves and estuary reveals a dynamic source-sink pattern”和“Porewater exchange drives nutrient cycling and export in a mangrove-salt marsh ecotone”的研究成果,逐步探明红树林-盐沼-河口系统营养盐和碳的生物地球化学过程和碳汇调控机制。



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