天津三大芦苇湿地碳、氮稳定同位素特征及其对环境变化的响应

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芦苇湿地作为陆地生态系统重要的组成部分,具有源和汇的转化功能,在全球碳、氮循环系统中扮演着重要的角色。随着天津城市化进程加快,天津芦苇湿地受到人类活动严重干扰,水体富营养化如氮污染以及土地利用方式转变显著影响湿地碳、氮元素的循环过程。研究天津湿地碳、氮稳定同位素特征及其对氮负荷和土地利用方式变化的响应,可以深入理解当前环境变化对天津湿地的负面影响的机制。本文1.研究天津芦苇湿地(七里海湿地、大黄堡湿地、北大港湿地)碳、氮稳定同位素(δ13C,δ15N)特征,初步分析了天津湿地底泥有机质来源和底泥碳、氮周转特征;2.研究了七里海湿地不同土地利用方式下(芦苇沼泽、公园、河道、鱼塘、农田)的芦苇和土壤稳定碳、氮同位素(δ13C,δ15N)特征。3.采集了七里海和大黄堡两个湿地含有芦苇根茎的PVC原状土柱进行实验室培养,设6个氮素水平随灌溉水施入(总氮素投入量为0、4、8、16、24、32g N/m2(NH4)2SO4)。研究不同梯度氮负荷对湿地植物和土壤的碳、氮稳定同位素特征的影响。主要研究结果如下:
  1)天津沼泽湿地有机质来源受海洋端元(藻类植物和浮游生物)与陆地端元(C3植物芦苇以及人类活动影响)共同作用影响,天津湿地底泥有机碳分解程度低,氮分解程度高,湿地呈有机碳累积和氮分解的趋势。
  2)天津七里海湿地总氮(TN)、总有机碳(SOC)和和氮稳定同位素(δ15N)显著高于北大港和大黄堡湿地。
  3)天津七里海湿地不同土地利用方式底泥δ15N分布的范围在-0.45~5.07‰之间,平均值为2.60‰。河道δ15N值显著高于芦苇沼泽、公园和鱼塘,潮白新河河道附近高的δ15N值可能主要由于潮白新河上游畜禽粪便及污水排放。
  4)天津七里海湿地芦苇沼泽变为鱼塘、公园、农田后,底泥有机碳、总氮含量减少一半,δ13C值明显增加,沼泽湿地土地利用方式改变明显促进湿地有机碳的分解。
  5)随着氮投入量的增加,七里海和大黄堡湿地芦苇叶片氮含量呈现先增加后平稳变化的趋势。不同氮处理间七里海和大黄堡湿地底泥氮含量没有显著变化;与没有氮素添加的处理相比,32g N/m2氮素添加显著降低七里海湿地有机碳。
  6)将不同氮处理样点合并做回归,七里海和大黄堡湿地底泥δ13C与SOC/TN的呈正相关关系,随着氮素投入的增加,七里海和大黄堡湿地底泥表现出有机碳分解的过程。沼泽湿地土地利用方式的转变以及高水平(32g N/m2)外源氮素的投入,均会降低天津芦苇湿地有机碳的含量,促进湿地有机碳的分解。
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