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Picarro G2508(多組分溫室氣體分析儀的新應用 ? 助力實(shí)現濱海濕地“降氮”和“固碳”兼得)

發(fā)表時(shí)間:2024-04-17瀏覽量:133

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華東師范大學(xué)唐劍武教授和陳雪初教授團隊,基于Picarro G2508 多組分溫室氣體分析儀同步監測CO2、CH4、N2O濃度變化、濕地反硝化速率,揭示“富營(yíng)養化條件下濱海濕地中CH4參與反硝化過(guò)程,進(jìn)而實(shí)現同步降氮固碳”,研究成果于2021年12月13日在線(xiàn)發(fā)表在“Journal of Cleaner Production”期刊上(IF=9.297),楊華蕾副研究員為第一作者,陳雪初教授和唐劍武教授為通訊作者,張春松、趙明明、趙鑫盟同學(xué)參與本研究。本研究得到了國家自然科學(xué)基金(32101338, 42141016)、自然資源部海洋生態(tài)監測與修復技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放研究基金(MEMRT202119)、華師大幸福之花“生態(tài)+”等項目資助。

 

原文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130082

 

 

 
 

研究成果

 

 

濱海濕地是陸地生態(tài)系統和海洋生態(tài)系統之間的生態(tài)緩沖區域,在全球碳氮循環(huán)中起著(zhù)重要作用。近年來(lái),由于人類(lèi)活動(dòng)加劇,導致近岸水體中氮負荷呈現逐年上升趨勢,大量氮素隨潮汐進(jìn)入鹽沼濕地后,鹽沼濕地通過(guò)硝化-反硝化微生物作用、沉積物吸附、植物吸收等過(guò)程實(shí)現對污染水體的高效凈化。同時(shí),鹽沼濕地由于較高的光合能力和較低的分解速率,具備很高的初級生產(chǎn)力和固碳能力,被認為是海岸帶藍碳生態(tài)系統的重要組成部分。

 

然而,富營(yíng)養化鹽沼濕地土壤中具有豐富的有機物并容易形成缺氧環(huán)境,為CH4的產(chǎn)生創(chuàng )造了適宜的條件,被認為是重要的CH4排放源。因此,過(guò)多的CH4排放則會(huì )抵消其CO2吸收作用。最近研究發(fā)現,鹽沼濕地存在反硝化型甲烷厭氧氧化(denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)過(guò)程,即在厭氧條件下,CH4可以作為以NO3-/NO2-為電子受體的反硝化過(guò)程的唯一碳源,生成N2和CO2,進(jìn)而實(shí)現鹽沼濕地去氮。但CH4排放與反硝化速率之間的原位相關(guān)性及其耦合機制仍不清楚。本文以杭州灣北岸鹽沼濕地為研究對象,研究了富營(yíng)養化濱海濕地整個(gè)潮汐過(guò)程中的氮去除模式;使用高精度溫室氣體分析儀(Picarro-G2508,Picarro Inc.,USA)測量原位CH4通量,量化了 CH4 排放與反硝化速率之間的原位相關(guān)性,并探索了其相關(guān)微生物機制。

 

研究結果表明,潮汐過(guò)程中,鹽沼濕地對外源氮的去除模式為“先物理擴散為主,后反硝化作用為主”。在反硝化階段, CH4排放通量與NOX去除率和反硝化率均呈顯著(zhù)正相關(guān)(圖1),這表明CH4排放可以增強反硝化作用,從而提升鹽沼濕地的降氮能力。水動(dòng)力調控CH4排放的試驗結果也表明CH4排放能有效提高鹽沼濕地的氮去除能力。

 

圖1:CH4排放與脫氮率的相關(guān)性以及CH4排放與反硝化率之間的關(guān)系。

 

圖2:流動(dòng)組中NOX-濃度和CH4通量的變化(流速為0.03m/s)和外加氮后的靜態(tài)組(無(wú)水文交換)(NOX-濃度約為1mg/L)。此處BA表示“加氮前”,0h、4h、8h、24h表示“加氮后停留時(shí)間”

 

微生物樣品分析結果表明,鹽沼濕地存在DAMO細菌與DAMO古菌,且高CH4排放可以通過(guò)促進(jìn)DAMO功能基因活性,從而提高反硝化速率,這表明CH4驅動(dòng)的DAMO是一種可能的反硝化過(guò)程,并在鹽沼濕地降氮過(guò)程中起重要作用。在全球氣候變化和富營(yíng)養化的背景下,這些結果可以更好地了解潮汐中無(wú)機氮的動(dòng)態(tài)去除過(guò)程,有助于深入認識富營(yíng)養化河口鹽沼濕地碳氮循環(huán)機制。

 

 

 
 

核心儀器介紹

 

 

Picarro G2508 氣體濃度分析儀通過(guò)同時(shí)測量五種氣體(N2O、CH4、CO2、NH3 和 H2O),從根本上簡(jiǎn)化了溫室氣體通量研究,且描繪了溫室氣體排放的全貌。G2508 可以與多種呼吸室兼容,無(wú)需組裝或同步不同的氣體分析儀,就可以實(shí)現所有主要溫室氣體的行為觀(guān)測。為多種環(huán)境下的溫室氣體觀(guān)測、碳氮循環(huán)過(guò)程研究提供有力支持。

 

 

 
 

 

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