2002年以来每年通过引黄补水实施的黄河口生态恢复工程不但为湿地补充了充沛淡水,而且也为其输入了大量氮营养。为了评估黄河口生态恢复工程(水文情势改变和氮输入增加)对湿地氮循环关键生物地球化学过程的影响,选择生态恢复工程实施前后的退化湿地区与恢复湿地区的芦苇湿地和碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位观测、微区实验和室内培养实验,应用15N示踪、C2H2抑制和静态箱-气相色谱等技术,探讨生态恢复工程对湿地系统氮时空分布特征的影响,揭示不同水文情势下外源氮输入对湿地植物-土壤(水)系统氮转化关键过程的影响,阐明湿地恢复前后N2O的排放规律、生成机制与"源/汇"功能,评估生态恢复工程对湿地氮循环状况的影响,预测基于当前氮输入与水文情势影响下恢复湿地的演化趋势,提出维持黄河口恢复湿地稳定的调控措施与优化模式。研究结果不但可揭示黄河口退化湿地恢复的关键过程与机制,而且还为湿地恢复区的生态保育提供科学依据。
Restoration wetland;Nitrogen cycling;Compartment model;Ecological restoration project;Yellow River estuary
为深入理解黄河口生态恢复工程对湿地氮循环关键过程的影响,项目探讨了恢复工程对湿地土壤(水)系统氮时空分布以及植物氮累积与释放的影响,揭示了湿地恢复前后N2O排放规律与生成机制,评估了恢复工程对湿地氮循环平衡状况的影响。研究表明(1)不同恢复阶段湿地土壤和水体氮含量均具有明显季节变化和年际差异,与恢复工程补水方式和补水水质差异有关;不同恢复湿地的芦苇生态特征差异明显,不同年份不同恢复阶段芦苇生物量均表现为2002年恢复区(R2002)>2007年恢复区(R2007)>未恢复区(R0)。水文情势和养分输入是导致种群生态特征和生物量差异的重要因素。(2)R0、R2002和R2007的芦苇生长均受N限制,且R2002受N限制的程度最高;不同水文情势下R2007芦苇残体的分解速率要高于R2002,补水方式和养分输入是影响其分解速率的重要因素;养分状况和水文情势是影响残体氮库的重要因素,C/N对分解过程氮养分的调控作用更为重要。(3)不同恢复阶段湿地水体N2O溶存浓度表现为R2002>R2007,水温和风速是影响二者水-气界面N2O交换通量的重要因素;不同恢复阶段湿地N2O通量整体表现为R2007>R0>R2002,R2007和R0表现为N2O的源,R2002表现为N2O的汇。夏秋季不同恢复阶段湿地N2O日通量均表现为R2007>R0>R2002,光照和水体溶存N2O浓度是影响其变化的重要因素。(4)恢复区湿地土壤的N2O产生量明显高于未恢复区,硝化和硝化细菌反硝化是不同恢复阶段湿地土壤N2O产生的主要过程,非生物作用对其产生的贡献亦较大,与黄河口湿地为高活性铁区的还原作用有关。(5)氮输入水平和类型对不同恢复阶段湿地土壤N2O产生具有重要影响,NO3--N 输入对N2O产生的影响远远大于NH4+-N。不同NH4+-N水平下,不同恢复阶段湿地土壤的N2O产生以硝化、硝化细菌反硝化和非生物作用为主;不同NO3--N条件下,R2002的N2O产生以反硝化和硝化细菌反硝化为主,而对R0和R2007N2O产生过程的影响不明显。(6)建立了不同恢复阶段湿地的氮循环模式,定量确定了各分室氮储量及氮流通量,并从氮循环角度指出R2007采取的全年一次补水方式不利于维持湿地的稳定,建议下一步恢复工程应重点采取R2002恢复的补水方式,补水时应尽量采取少量多次连续补水方式且应避开水质较差时。