濕地生態(tài)系統中氧化亞氮(N2O)的排放具有重要的全球意義，最近受到了越來(lái)越多的關(guān)注。然而較少的研究報道值直接關(guān)于沉積物生態(tài)系統中水深度變化對于氧化亞氮排放的影響。本論文主要研究了南方生長(cháng)的蘆葦中溶解的無(wú)機氮分布的差異與深度相關(guān)性。通過(guò)研究蘆葦的根際和非根際沉積物可以確定它們是否加速了N2O的釋放和無(wú)機氮的釋放。同時(shí)應用氧化亞氮微電極監測在在深水中和淺水中蘆葦根系中氧化亞氮的排放情況，研究水深深度變化對于蘆葦根際釋放的氧化亞氮濃度的變化，從而為淡水沉積物生態(tài)系統中的無(wú)機氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)提供了新的見(jiàn)解。

Unisense微電極系統的應用

基于N2O濃度微剖面的Fick擴散定量實(shí)現了對沉積物中N2O的排放進(jìn)行了定量分析。沉積物測量N2O測試是采用重力式取心器(內徑為8.40 cm，芯長(cháng)50 cm)，采集了蘆葦根系附件完整的沉積物巖心。然后將采集到的沉積物巖心被立即帶到船上，放在一個(gè)水浴中，使用N2O微電極并結合使用unisense自動(dòng)馬達驅動(dòng)測試沉積物中氧化亞氮的濃度獲得了高分辨率的氧化亞氮。所使用的Unisense氧化微電極尖端直徑為10um，只要體系中存在少于1%，氧化亞氮微電極10S內完成對體系中的氧化亞氮濃度的確定。其中氧化亞氮微電極的校正是通過(guò)稀釋飽和氧化亞氮純水獲取不同濃度的氧化亞氮制備成標準曲線(xiàn)。實(shí)驗過(guò)程中為了避免時(shí)間對于沉積物中氧化亞氮濃度的影響，所有的沉積物巖心都是在獲取到樣品后2小時(shí)內測試完成的。

實(shí)驗結果

本論文研究了南方生長(cháng)的蘆葦中溶解的無(wú)機氮分布的差異與深度相關(guān)性。通過(guò)研究根際和非根際沉積物可以確定它們是否加速了N2O的釋放和無(wú)機氮的釋放。研究發(fā)現靜水深度的變化和南方蘆葦的生長(cháng)都有可能破壞孔隙水中的溶解NH4+、NO3?、NO2-的剖面濃度分布，而NO3?會(huì )隨著(zhù)深度顯著(zhù)降低表現出很強的表面聚合傾向。與此相對應，在深水中和淺水中蘆葦根系中檢測到了最高濃度的NO2?成分。相比與NH4+、NO3?、NO2-，從根系釋放NO2-通量對水深的影響很敏感，尤其是水深深度超過(guò)1米，NO2-通量顯著(zhù)增加,而N2O的排放也隨著(zhù)水深深度的增加而明顯加快，然而來(lái)自根際的N2O排放更容易受蘆葦自身的控制。經(jīng)過(guò)皮爾森相關(guān)分析理論表明，一氧化二氮排放和NO2?通量與水深度顯著(zhù)相關(guān)，而一氧化二氮的排放也與NO2?通量息息相關(guān)。

圖1、“階梯法”設置的蘆葦生長(cháng)不同水深深度的野外實(shí)驗設計圖。其中靜水深度分布為20、60、100和120cm，分別代表了從水位到表層沉積物的距離。其中蘆葦種植了臺階上，在進(jìn)行田間試驗時(shí)，水池充滿(mǎn)了水。在最上面一層（D20）表示的是地表距離水面20厘米，每一步的深度增加幅度是20厘米;因此蘆葦是種植在階梯法田的最下面，也就是距離田邊的高度距離為120 cm，水深波動(dòng)的平均誤差限制在5厘米范圍內。

圖2、最大長(cháng)度和寬度蘆葦樹(shù)葉的生物量隨時(shí)間和水深變化的二維等高線(xiàn)圖,研究周期為105天.

圖3、研究周期為105天時(shí)間內，垂直水柱變化和孔隙水中NO3?、NO3?、NH4+濃度變化的二維等高線(xiàn)圖。其中水深度的負值代表了在再生根中的大塊土壤中生物群體，而為正值反映了蘆葦根系周?chē)纳锶后w。其中水的深度表示如上圖1描述所示。

圖4、使用乙炔塊心孵化實(shí)驗中關(guān)于N2O排放的的完整剖面濃度分析圖。這些剖面圖分別記錄在蘆葦根際(根袋)與非根際(根袋外圍)的沉積物中氧化亞氮的排放情況。其中氧化亞氮的測試是先將10%的乙炔加到上覆水中和通過(guò)側向注入口注入到孔隙水后中等待3小時(shí)后完成測試的。其中三角形代表的是根際周?chē)?，矩形代表的是非根際周?chē)?

圖5、底棲生物分子從蘆葦根際土壤到非根際土的擴散通量:圖A表示的是NH4+通量；圖B表示的是NO3?通量；圖C表示的是NO2?通量；圖D表示的是氧化亞氮通量；測試的值是三次測試后的平均值。在田間試驗中，根際周?chē)蛪K狀沉積物可以分別從蘆葦的根包內跟根包袋外的相對位置進(jìn)行區分。其中正值表明生物分子（NO3?、NO3?、NH4+、N2O）從沉淀物到水柱處的流入；負值表明生物分子（NO3?、NO3?、NH4+、N2O）從水柱流出到沉淀物中。

總結

濕地生態(tài)系統中氧化亞氮(N2O)的排放具有重要的全球意義，最近受到了越來(lái)越多的關(guān)注。然而較少的研究報道值直接關(guān)于沉積物生態(tài)系統中水深度變化對于氧化亞氮排放的影響。本論文主要就濕地系統中的蘆葦根際周?chē)难趸瘉喌呐欧胚M(jìn)行相關(guān)研究，應用了氧化亞氮微電極研究了不同水深深度的變化對于水生植物的蘆葦根際周?chē)浇趸醯臐舛鹊挠绊?，通過(guò)對蘆葦根際的氧化亞氮濃度剖面分析了解到該水生植物根際周?chē)腘2O的排放會(huì )隨著(zhù)水深深度的增加而明顯加快，這項研究結果開(kāi)展了對濕地沉積物生態(tài)系統中關(guān)于水深度變化對氧化亞氮排放影響的報道，也為今后研究淡水沉積物生態(tài)系統中的無(wú)機氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)提供了一種新的見(jiàn)解。從整篇論文研究中可以看出，氧化亞氮微電極測試濕地沉積物中的氧化亞氮濃度剖面分析很好的為作者提出水生植物中無(wú)機氮素的排放提供了重要的數據支持，提出的相關(guān)機理為今后研究濕地環(huán)境中的沉積物生態(tài)系統提供了潛在的應用理論支撐。