氮负荷增强对黄河口新生湿地氮生物循环过程与循环状况的影响

发布时间：2020-09-15 13:57

　　黄河口新生湿地作为渤海与黄河河口相互作用形成的重要湿地,其新生性和脆弱性在国际上备受关注。近年来,黄河口的氮沉降量及入海通量不断增加,并始终保持在较高水平,而这将对湿地生态系统产生重要影响。为了深入理解氮负荷增强对黄河口湿地氮生物循环特征及循环状况的影响,论文以黄河口滨岸潮滩的碱蓬湿地为研究对象,通过野外原位模拟氮负荷增强试验,采集土壤、植物(种子)及残体样品,并基于室内培养实验,探讨了氮负荷增强条件下(NO:无额外氮处理,6.0gN·m-2·a-1;N1:低氮处理,9.0 gN·m-2·a-1;N2:中氮处理,12.0 gN·m-2·a-1;N3:高氮处理,18.0gN·m-2·a-1)湿地土壤氮的时空分布与化学转化特征、植物氮的累积分配与分解释放特征,以及不同氮基质种子萌发与幼苗生长特征。在此基础上,构建了氮负荷增强条件下湿地植物-土壤系统氮循环分室模式,并对其氮循环状况进行了评估。主要结论如下:(1)尽管不同氮负荷处理并未改变湿地土壤中TN和NH4+-N含量的动态变化模式,但随氮负荷增强二者含量均呈增加趋势;不同氮负荷处理明显改变了土壤中SOC和NO3--N的动态变化模式,适量氮输入(N1和N2)明显提高了土壤中的NO3--N含量,过量氮输入(N3)则不利于NO3--N的累积;氮负荷持续增强可使土壤表层的SOC转化受到抑制,而这将有助于提升其土壤的储碳功能。(2)不同氮基质土壤中氮的矿化速率和累积矿化量与培养温度、土壤基质质量密切相关,较高的温度和较低的C/N有利于土壤氮的矿化;不同温度下各氮基质土壤矿化过程中pH值与累积矿化量的变化模式具有较好的一致性,且在一定范围内,pH值升高有利于土壤有机氮的矿化,但pH值过高又会抑制矿化进程。比较而言,N1土壤的矿化能力最低,N3土壤的矿化能力最高,而N2土壤在持续矿化过程中的矿化量较高且最为稳定。(3)不同氮负荷处理并未改变碱蓬地上生物量的季节变化模式,但改变了其地下生物量的季节变化特征;随着氮输入量的增加,碱蓬的地上生物量和地下生物量均呈增加趋势,且输氮延长了植物的生长高峰期(20 d左右);碱蓬各部分的TN含量亦随着氮输入量的增加而增加,且其在N2处理下调节自身养分供给和分配的能力最为明显;N2处理下碱蓬种子的发育时间相对于N0、N1和N3处理可能会提前约1个月,原因可能与N2氮输入水平可显著影响碱蓬体内的碳分配比以及碱蓬对适量氮养分输入环境的特殊适应对策有关。(4)氮输入量的增加提高了残体的TN含量,降低了其C/N,使得残体的基质质量得到改善,从而提高了其分解速率,但N2处理下残体的分解最快;不同氮负荷处理下的残体除在分解初期表现为氮净释放外,在其他时期均呈氮净累积状态,且累积量随氮负荷强度的增强而增加,说明残体在分解过程中可不断地从分解环境中固持氮。由于残体中固持的氮可不断被潮水带走,故实际上造成了碱蓬湿地系统处于一个氮亏缺状态,但这种亏缺在N2处理下最低。(5)不同氮负荷条件下碱蓬成熟种子的氮含量整体表现为S2S0S1S3(S0、S1、S2和S3分别代表在NO、N1、N2和N3处理下碱蓬所产生的成熟种子),适量氮输入(N2)更有利于种子中氮养分的累积,而高氮输入(N3)不利于种子中氮养分的累积;尽管不同盐分和氮浓度交互作用对4种氮基质种子的萌发率以及幼苗的鲜重、干重和不同器官的生长状况均无显著影响,但S2种子的萌发率整体较高,且其发育幼苗在不同盐分胁迫下对氮浓度增加的适应能力最强,而S3种子最差。(6)从氮的生物循环角度来说,N2处理不仅有利于土壤有机氮的矿化和持续供氮,而且还有利于植物的生长发育、种子的成熟、萌发以及幼苗生长,也更加有利于残体的分解和氮养分的归还,并且N2处理下碱蓬湿地植物-土壤系统中氮的循环和利用系数最高。因此,当未来黄河口的氮负荷量达到N2水平时,将更加有利于碱蓬湿地系统氮的循环及利用;当氮负荷量达到N3或者更高水平时,将不利于该生态系统的稳定。为此,建议加强新生湿地系统的氮养分动态监测和管理,以使湿地的氮养分始终处在一个相对稳定的水平,即本研究中所设定的N2处理水平。
【学位单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X171.1
【部分图文】：

示意图,氮循环,湿地生态系统,示意图

包括矿化作用、硝化作用、反硝化作用、氮的垂直淋失与水平迁移、植逡逑物吸收和枯落物分解等：（３）氮输出过程。包括反硝化作用导致的气态损失（如逡逑Ｎ２、ＮＯｘ）、ＮＨ３挥发、径流及人为氮输出、侵蚀和植物收获等（图１－１）。实逡逑际上这三个子过程是有机结合在一起交叉进行的，它们之间存在着复杂的耦合关逡逑系（孙志高，２０１４）。而外源氮的输入则加大了生态系统氮输入量，改变了相对逡逑封闭的氮循环过程。由于生态系统氮循环过程的复杂性，也使得氮输入对氮过程逡逑的影响较为复杂（卢蒙，２００９），涉及土壤氮的化学转化、植物对氮的吸收和累逡逑积、植物生态特征变化以及温室气体（Ｎ２０）排放等多个方面。本研究主要探讨逡逑氮负荷增强条件下氮在植物－土壤系统间的生物循环过程。逡逑ｉ径流及纟逦久径流及纟：逡逑！人为氮＼大气软库植物孰储库逦人为l#＼邋｜逡逑ｉ输人＼逦｜邋Ｊ逦输出＼邋；逡逑ｉｒ＾Ｖ＾ｐＵ逦￣￣￣ｒ＾＼ｉ逡逑！逦／邋Ｍ邋ｎｒＶ邋ｓ邋￣邋＾邋＼逡逑：逦ｉ邋／逦脱

黄河三角洲,地理位置

．１研宄区域概况逡逑．１．１地理位置逡逑黄河三角洲是中国三大河口三角洲之一，是由黄河携带泥沙冲淤而形成的，逡逑我国暖温带地区最完整、最广阔和最年轻的新生湿地生态系统，其新生性和脆逡逑性在国际上备受关注。论文的研宄区位于山东黄河三角洲国家级然保护，保护区（３７°３５’Ｎ￣３８°１２’Ｎ，邋１１８°３３’Ｅ￣１１９°２０’Ｅ）位于山东省东营市的黄河逡逑海口处，北临渤海，东靠莱州湾，介于东北亚内陆和江淮平原之间，包括黄海口和１９７６年以前引洪的黄河故道两部分，是全国最大的河口三角洲自然区。总面积１５．３万ｈｍ２，其中核心区５．８万ｈｍ２，缓冲区１．３万ｈｍ２，实验区逡逑．２万ｈｍ２。黄河三角洲自然保护区可分为南北两个区域，南部Ｋ域位于现行１Ｉ８０２０，Ｅ逦丨邋１８ｏ４０，Ｅ逦ＩＷＷ．逦ＩＩ９０２０＊Ｒ逦丨邋１９０４（ＴＥ逡逑

月气温,鸟类,月份

洲自然保护区共有鸟类１７目４７科２７２种，约占中国鸟类总种数的２２．８７％，占逡逑山东省鸟类种数的７０％邋（陈军林，２０１１）。是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁逡逑徙的重要中转站、越冬栖息地和繁殖地（曹铭昌等，２０１０），对于保护当地野生逡逑动物资源具有重要意义。逡逑２．１．２气候特征逡逑研宄区属于暖温带季风性气候区，具有明显的大陆性季风气候特点，雨热同逡逑期，四季分明，冷热干湿交替极为明显。春季干旱多风，常有春旱，夏季炎热多逡逑雨，高温高湿，时有台风侵袭。该区多年平均气温１２．１邋°Ｃ，７、８月份最热，１、逡逑２月份最冷，无霜期１９６ｄ，彡１０邋°Ｃ的积温月４３００邋°Ｃ。年均蒸发量１９６２ｍｍ，年逡逑平均降水量为５５１．６邋ｍｍ，７０％的降水集中于７、８月份。论文研宄期间，研宄区逡逑的气温和降水量如图２－２所示，最高温度和降水均出现在７月份，最低温和最小逡逑降水量均出现在冬季，月平均气温１６．２邋°Ｃ，月平均降水量７１．３４邋ｍｍ。逡逑

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