应用案例
点击蓝字
关注我们FOLLOW US
华东师范大学唐剑武教授和陈雪初教授团队,基于Picarro G2508 多组分温室气体分析仪同步监测CO2、CH4、N2O浓度变化、湿地反硝化速率,揭示“富营养化条件下滨海湿地中CH4参与反硝化过程,进而实现同步降氮固碳”,研究成果于2021年12月13日在线发表在“Journal of Cleaner Production”期刊上(IF=9.297),杨华蕾副研究员为第一作者,陈雪初教授和唐剑武教授为通讯作者,张春松、赵明明、赵鑫盟同学参与本研究。本研究得到了国家自然科学基金(32101338, 42141016)、自然资源部海洋生态监测与修复技术重点实验室开放研究基金(MEMRT202119)、华师大幸福之花“生态+”等项目资助。
原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130082
研究成果
滨海湿地是陆地生态系统和海洋生态系统之间的生态缓冲区域,在全球碳氮循环中起着重要作用。近年来,由于人类活动加剧,导致近岸水体中氮负荷呈现逐年上升趋势,大量氮素随潮汐进入盐沼湿地后,盐沼湿地通过硝化-反硝化微生物作用、沉积物吸附、植物吸收等过程实现对污染水体的高效净化。同时,盐沼湿地由于较高的光合能力和较低的分解速率,具备很高的初级生产力和固碳能力,被认为是海岸带蓝碳生态系统的重要组成部分。
然而,富营养化盐沼湿地土壤中具有丰富的有机物并容易形成缺氧环境,为CH4的产生创造了适宜的条件,被认为是重要的CH4排放源。因此,过多的CH4排放则会抵消其CO2吸收作用。最近研究发现,盐沼湿地存在反硝化型甲烷厌氧氧化(denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)过程,即在厌氧条件下,CH4可以作为以NO3-/NO2-为电子受体的反硝化过程的唯一碳源,生成N2和CO2,进而实现盐沼湿地去氮。但CH4排放与反硝化速率之间的原位相关性及其耦合机制仍不清楚。本文以杭州湾北岸盐沼湿地为研究对象,研究了富营养化滨海湿地整个潮汐过程中的氮去除模式;使用高精度温室气体分析仪(Picarro-G2508,Picarro Inc.,USA)测量原位CH4通量,量化了 CH4 排放与反硝化速率之间的原位相关性,并探索了其相关微生物机制。
研究结果表明,潮汐过程中,盐沼湿地对外源氮的去除模式为“先物理扩散为主,后反硝化作用为主”。在反硝化阶段, CH4排放通量与NOX去除率和反硝化率均呈显着正相关(图1),这表明CH4排放可以增强反硝化作用,从而提升盐沼湿地的降氮能力。水动力调控CH4排放的试验结果也表明CH4排放能有效提高盐沼湿地的氮去除能力。
图1:CH4排放与脱氮率的相关性以及CH4排放与反硝化率之间的关系。
图2:流动组中NOX-浓度和CH4通量的变化(流速为0.03m/s)和外加氮后的静态组(无水文交换)(NOX-浓度约为1mg/L)。此处BA表示“加氮前”,0h、4h、8h、24h表示“加氮后停留时间”
微生物样品分析结果表明,盐沼湿地存在DAMO细菌与DAMO古菌,且高CH4排放可以通过促进DAMO功能基因活性,从而提高反硝化速率,这表明CH4驱动的DAMO是一种可能的反硝化过程,并在盐沼湿地降氮过程中起重要作用。在全球气候变化和富营养化的背景下,这些结果可以更好地了解潮汐中无机氮的动态去除过程,有助于深入认识富营养化河口盐沼湿地碳氮循环机制。
核心仪器介绍
Picarro G2508 气体浓度分析仪通过同时测量五种气体(N2O、CH4、CO2、NH3 和 H2O),从根本上简化了温室气体通量研究,且描绘了温室气体排放的全貌。G2508 可以与多种呼吸室兼容,无需组装或同步不同的气体分析仪,就可以实现所有主要温室气体的行为观测。为多种环境下的温室气体观测、碳氮循环过程研究提供有力支持。
如需了解欢迎联系:
韩工:hyx@cen-sun.com
陈工:chenxf@cen-sun.com
高工:gaoch@cen-sun.com