科研进展 

近日，beat365官网陈能汪教授所领衔的“环境过程与系统模型”研究团队，在滨海湿地氮循环及其调控机制方面取得新进展，相关成果以“Salt marsh expansion into estuarine mangrove mudflats reduces nitrogen removal capacity”为题发表于国际期刊Catena.

依托福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站（简称"台海站"），研究团队近年来在Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, Chemosphere, Journal of Hydrology, Biogeochemistry, Catena, Geoderma等国际期刊上发表系列研究成果，逐步探明了红树林-盐沼-河口系统的碳氮循环过程、交换通量及其水文-生地化耦合调控机制。本研究通过不同季节在红树林、盐沼（互花米草）和滩涂区域开展的沉积物剖面精细观测，综合运用同位素示踪培养实验等多学科分析方法，发现盐沼扩张导致河口红树林湿地沉积物的脱氮能力下降，为滨海湿地生态修复奠定了一定的理论基础。

研究背景

红树林是海岸带重要的“蓝碳”生态系统之一，主要生长在热带、亚热带河口海岸潮间带，在水质净化、防风消浪、固碳储碳、维护生物多样性和调节气候变化等方面发挥重要作用。与美国、澳大利亚等国家红树林扩张进入盐沼湿地不同，我国南方滨海湿地普遍存在盐沼（互花米草）入侵或扩张现象。互花米草由于具有较高的耐盐和耐缺氧能力、较强的繁殖和竞争力等特性，可扩张进入原生红树林湿地系统，从而形成红树林-盐沼生态交错带（如福建漳江口湿地）。人类活动增加了营养物质的向海输送量，红树林湿地常被认为是氮汇，可通过沉积物中反硝化和厌氧氨氧化过程将水中无机氮转化为氮气，有利于降低氮污染导致的近海富营养化风险。然而，目前对于盐沼扩张对原有红树林湿地系统氮循环过程，特别是对沉积物的脱氮能力（本研究定义为：无机氮产生过程与消耗过程速率之差，即氮的净累积或净去除量）及水质净化功能的影响，尚缺乏针对性研究。

研究结果

本研究于2020-2021年春夏秋冬四个季节在红树林、盐沼和滩涂三个区域采集约50 cm深的柱状沉积物，利用¹⁵N同位素示踪技术开展室内培养实验，定量氮的矿化、同化、硝化、反硝化、厌氧氨氧化和异化还原等沉积物主要氮循环过程的转化速率，结合氮功能基因分析、情景模拟分析等结果进行综合研究（图1）。结果表明：

（1）总体而言，矿化、同化、硝化和反硝化是三个湿地区域沉积物主要的氮转化过程（图2），平均转化速率分别为18.2、10.7、12.0和13.5 μmol N kg^-1h^-1，而厌氧氨氧化和异化还原过程的平均速率较小，分别为0.9和2.6 μmol N kg^-1h^-1。反硝化是湿地沉积物关键的脱氮过程。

（2）根据年平均氮转化速率分析发现，与红树林沉积物相比，盐沼沉积物有较弱的矿化和反硝化过程、较强的硝化过程；滩涂沉积物硝化速率与盐沼接近，而矿化和反硝化速率在三个区域沉积物中最小（图2）。沉积物中碳氮底物浓度、有机碳组分、功能基因丰度是氮转化过程的主要控制因子。盐沼沉积物有较高的硝化功能基因（AOB-amoA）丰度，对应的硝化速率大于红树林；红树林沉积物有较高的TOC含量和反硝化功能基因（narG和nirS）丰度，其反硝化速率大于盐沼，矿化速率也相对较大（夏季除外）；在夏季，盐沼沉积物TOC含量与红树林无明显差异，但活性有机碳占比较高，对应高的矿化速率。滩涂沉积物的TOC含量最低，其矿化和反硝化速率在三个区域中最小。

（3）基于各个氮转化过程速率数据和“产生过程-消耗过程”的氮去除计量关系（图2和图3），发现红树林沉积物有最大的无机氮（DIN=NH₄-N+NO₃-N，忽略NO₂-N）去除量（8.7 μmol N kg^-1h^-1），滩涂沉积物次之（7.1 μmol N kg^-1h^-1），盐沼沉积物DIN去除量最小，分别比红树林和滩涂低44%和31%。这个实验结果表明，盐沼扩张会潜在降低红树林湿地沉积物的脱氮能力。

（4）进一步基于未来盐沼扩张情景模拟分析发现，假设未来盐沼覆盖面积持续增加，整个漳江口红树林湿地沉积物的脱氮能力将呈现降低趋势（图3）。此外，互花米草治理等生态修复工程如何影响湿地碳氮循环有待进一步深入研究。

图1. 漳江口红树林、盐沼、滩涂采样站位布设（a）和氮转化速率实验方法（b）

图2. 2020年5月（春季）、7月（夏季）、11月（秋季）和2021年1月（冬季）红树林、盐沼和滩涂沉积物中NH₄-N、NO₃-N和DIN的净累积（红色）和净去除（蓝色）。黑色箭头的粗细及数字的大小代表矿化（GNM）、同化（GAI）、硝化（NIT）、反硝化（DNF）、厌氧氨氧化（ANA）和异化还原（DNRA）速率的相对大小

图3. 盐沼扩张对河口红树林湿地沉积物氮转化及脱氮能力的影响

      研究团队及资助

beat365官网2019级博士生王芬芳为论文第一作者，陈能汪教授为通讯作者，共同作者包括“滨海湿地生态系统与全球变化学科创新引智基地”（111引智基地项目）海外学术骨干、美国康涅狄格大学Craig Robert Tobias教授，南方科技大学肖凯副教授，beat365官网博士生路则洋、王曜、林静婕及博士后余其彪，以及漳江口红树林国家级自然保护区黄冠闽高级工程师。

本研究获得国家自然科学基金（41976138）、国家重点研发计划（2022YFF0802102）的资助，并得到漳江口红树林国家级自然保护区的大力支持。

论文来源及链接

Wang F, Lu Z, Tobias C, Wang Y, Xiao K, Yu Q, Lin J, Huang G, Chen N*. (2023). Salt marsh expansion into estuarine mangrove mudflats reduces nitrogen removal capacity. Catena, 232, 107459. doi.org/10.1016/j.catena.2023.107459

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816223005507.

供稿｜王芬芳、陈能汪

编辑｜朱佳、诸姮、薛锦华

审核｜唐甜甜、刘志宇、马剑