濕地生態(tài)系統(tǒng)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(tǒng)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的蘆葦中溶解的無機(jī)氮分布的差異與深度相關(guān)性。通過研究蘆葦?shù)母H和非根際沉積物可以確定它們是否加速了N2O的釋放和無機(jī)氮的釋放。同時應(yīng)用氧化亞氮微電極監(jiān)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(tǒng)中的無機(jī)氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)提供了新的見解。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

基于N2O濃度微剖面的Fick擴(kuò)散定量實現(xiàn)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(nèi)徑為8.40 cm，芯長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，放在一個水浴中，使用N2O微電極并結(jié)合使用unisense自動馬達(dá)驅(qū)動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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)曲線。實驗過程中為了避免時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小時內(nèi)測試完成的。

實驗結(jié)果

本論文研究了南方生長的蘆葦中溶解的無機(jī)氮分布的差異與深度相關(guān)性。通過研究根際和非根際沉積物可以確定它們是否加速了N2O的釋放和無機(jī)氮的釋放。研究發(fā)現(xiàn)靜水深度的變化和南方蘆葦?shù)纳L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?會隨著深度顯著降低表現(xiàn)出很強(qiáng)的表面聚合傾向。與此相對應(yīng)，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1米，NO2-通量顯著增加,而N2O的排放也隨著水深深度的增加而明顯加快，然而來自根際的N2O排放更容易受蘆葦自身的控制。經(jīng)過皮爾森相關(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(shè)置的蘆葦生長不同水深深度的野外實驗設(shè)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，水池充滿了水。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，水深波動的平均誤差限制在5厘米范圍內(nèi)。

圖2、最大長度和寬度蘆葦樹葉的生物量隨時間和水深變化的二維等高線圖,研究周期為105天.

圖3、研究周期為105天時間內(nèi)，垂直水柱變化和孔隙水中NO3?、NO3?、NH4+濃度變化的二維等高線圖。其中水深度的負(fù)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圍的生物群體。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側(cè)向注入口注入到孔隙水后中等待3小時后完成測試的。其中三角形代表的是根際周圍，矩形代表的是非根際周圍。

圖5、底棲生物分子從蘆葦根際土壤到非根際土的擴(kuò)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，根際周圍和塊狀沉積物可以分別從蘆葦?shù)母鼉?nèi)跟根包袋外的相對位置進(jìn)行區(qū)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(fù)值表明生物分子（NO3?、NO3?、NH4+、N2O）從水柱流出到沉淀物中。

總結(jié)

濕地生態(tài)系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中的蘆葦根際周圍的氧化亞氮的排放進(jìn)行相關(guān)研究，應(yīng)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圍附近氧化氧氮的濃度的影響，通過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圍的N2O的排放會隨著水深深度的增加而明顯加快，這項研究結(jié)果開展了對濕地沉積物生態(tài)系統(tǒng)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(tǒng)中的無機(jī)氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)提供了一種新的見解。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機(jī)氮素的排放提供了重要的數(shù)據(jù)支持，提出的相關(guān)機(jī)理為今后研究濕地環(huán)境中的沉積物生態(tài)系統(tǒng)提供了潛在的應(yīng)用理論支撐。