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不同生物源汇对卤代甲烷总趋势贡献的不确定性是估算其全球通量的主要瓶颈问题。2004年3月到2005年12之间,在我国东部的苏北海岸带盐沼湿地中利用静态箱法测定了卤代甲烷的气体通量。为确定高等植物对通量的贡献,在不同滩面上进行了高等植物地上部分去除实验,并着重于封冻前的非生长季内的气体通量研究。同时以互花米草滩涂为例,研究CH3Cl在植物不同生长周期时的通量,并利用野外原位实验和室内培养控制实验研究了与CH3Cl代谢有关的卤化物—转甲基酶。试图从生物途径推测盐生植物在气体源汇中的作用及不同生物有机体在源汇过程中的可能机制。
主要研究结果如下:
1.沿海岸带盐沼梯度,在生长旺盛的7月,三个有植被覆盖的米草滩、碱蓬滩和獐毛滩均表现为CH3Cl3的强汇,无植被覆盖的光滩表现为强源;在植物干枯且土壤封冻的1月,三个植被滩涂带均表现为气体的弱源,而光滩则表现为弱汇。从四个滩涂带的气体净通量看,CH3Cl在1月的通量明显小于7月的气体通量。植物地上部分生物量直接影响气体通量。
2.在土壤封冻前的非生长季内,米草滩土壤中有机质(OM)、全氮(TN)、速效磷和速效钾含量均是研究地点中最高的,而光滩与之相反,含量最低。碱蓬滩相对光滩和米草滩,含有较高的盐分和氯离子。三个滩涂带均明显表现为氯代甲烷和溴代甲烷的汇,但对DMS来说却均表现为源;未进行生物量处理的对照实验中,米草滩和碱蓬滩净释放温室气体CO2、N2O和CH,而无植被覆盖的光滩却表现为温室气体的汇。与米草滩土壤中高含量的有机质和全氮相对应,米草滩中释放的三种温室气体的净通量最高。卤代甲烷通量的变化趋势与温室气体相反,在米草滩和碱蓬滩上收获地上部分植物生物量后,卤代甲烷被吸收的净通量明显下降,但这种去除生物量的处理却增加了两滩涂释放温室气体的通量。这有可能是因为当植物地上部分开始衰老凋亡时会吸收卤代甲烷而引起的。
3.实验中去除了地上部分植物生物量,结果表明,三种植物地上部分在7月和1月基本都净释放CH3Cl,而地下土壤—根系—微系统在去除地上部分生物量后仍表现为净吸收CH3Cl,因此生长季的植物是释放卤代甲烷的一个源。除了11月外,米草地上部分在其它五个月份(1、4、6、7和9月)均净释放CH3Cl,但未收获植物前的米草滩涂和收获地上部分后的地下系统仍表现为CH3Cl的汇。6月和1月植物地上部分的净通量非常小,可能与此时的温度不在酶促最适反应范围内有关。从不同植被滩涂带土壤环境中提取并测定转甲基酶,结果米草滩涂明显比其它滩涂带土壤根系周围土壤的酶活高。对整株互花米草来说,地下的根部比地上茎叶等其它器官的酶活高出许多。一定程度说明土壤中的生物体可直接影响源汇趋势方向。
4.实验中对互花米草进行四种不同生境控制的实验结果表明:淡水浇灌的米草比其它盐水浇灌、盐水淹没和淡水淹没的酶活更高。互花米草叶片中的转甲基酶的催化反应动力学特征符合Michaelis—Menten动力学规律。在22℃室温和pH6.8的反应条件下,对底物SAM来说,米氏常数Km为7.25 lumol/L,最大反应速度Vmax为61.06 umol/min。从互花米草酶促反应速度来看,最适pH值应在6.5~7.5之间,最适温度应该是20~35℃。在实验中的浓度范围内,Ag+和Mg2+都对酶的激活有抑制作用,而Cu2+则是当浓度达到一定范围才对酶促反应有抑制作用。加入不稳定的二价铁离子,在10~100mmol/L 浓度范围内,酶活性却随着离子浓度的增加而上升,当浓度超过100mmol/L时,随着Fe2+浓度的增加,酶活呈下降趋势。金属离子对酶活的影响反映了湿地的人为污染对植物生物机制产生卤代甲烷的可能干扰。