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摘要
环境脉冲，或生态系统内条件的突然、显着变化，可以成为许多系统中资源可用性的重要驱动因素。在这项研究中，我们研究了潮汐脉冲对一氧化二氮 (N2O) 通量的影响温室气体，来自美国马萨诸塞州北岸的海洋潮间带泥滩。沉积物受潮汐暴露的时间越长，这种 N2O 汇就会增加。这些现场测量与实验室养分添加相结合，表明该通量似乎主要由沉积物反硝化作用驱动。此外，N2O 吸收对溶解的无机氮和磷 (DIN DIP) 最敏感此外，表明 N2O 消耗过程可能受到 P 限制。此外，营养添加实验表明，异化硝酸盐还原成铵 (DNRA) 释放的 N2O 含量最高 硝酸盐施肥的 ls。我们的研究结果表明，潮滩是 N2O 的重要汇，有可能抵消附近其他生态系统释放的这种强效温室气体。
介绍
生态系统中的脉冲既可以是内部的（例如，捕食者-猎物或食草动物的循环）也可以是外部的（例如潮汐、飓风、洪水；Odum 等人，1995 年）。在基本层面上，这些脉冲决定了资源的可用性（例如，水、养分、碳、氧），以及生态系统结构和功能（Junk 等人 1989、Odum 等人 1995、Kessavalou 等人 1998 年和许多其他人）。在陆地和水生系统中，气候和/或环境条件通常是资源脉冲的最重要驱动因素（Nowlin 等人，2008 年）。反过来，这些脉冲事件有助于从湿地内部生产力和吸积动态解释众多生态系统层面的动态（Odum 等人，1995 年，Hensel等人 1999），到河口和深海生态系统中的沉积物运输和养分循环（Karl 2002，Davis 等人 2004）。在许多情况下，脉冲事件对研究它们的生态系统产生了长期的影响. 例如，在沙漠草中，Huxman 等人（2004 年）测量了碳积累的增加达 脉冲降雨事件后 15 天（Huxman 等人，2004 年）。此外，Davis 等人（2004 年）发现，两次风暴事件将每年 60-65% 的河流 N 和 P 输出输送到佛罗里达湾东北部（Davis 等人，2004 年）。 2004）。
潮间带和其他潮间带沉积物每天都会经历潮汐周期的脉冲事件。这种外部脉冲，潮汐的退潮和泛滥，是调节这些沉积物中资源可用性的主要驱动力。因此，潮间带生态系统中的脉冲潮汐动力学可以导致沉积物养分和气体可用性的快速变化。例如，来潮可能会补充孔隙水养分，而退潮使沉积物暴露在大气中，并可能增加沉积物氧气渗透。这些资源可用性的快速变化可能会发挥作用在潮滩生态系统处理养分和交换大气温室气体的方式中发挥着重要作用。
许多研究都集中在脉冲事件对陆地土壤温室气体排放的影响上（例如，Scholes 等人 1997、Harper 等人 2005、Kim 等人 2012）。实验室和实地研究都表明，脉冲润湿事件，例如干旱后的快速降雨，特别是导致包括一氧化二氮在内的各种温室气体的产生显着增加（N2O；例如，Scholes et al.1997，Martin et al.2003，Butterbach-Bahl et al.2004， Kim et al.2010。N2O 对再润湿表现出特别显着的反应，在田间研究中 N2Oflux 率增加了 450% 到 9700% 以上，并且在实验室操作中增加了 80 000%（Kim et al.2012）。此外，Nobre 等人（2001 年）发现，一次中雨事件可能占热带土壤中 N2O 每周总产量的 15-90%（Nobre 等人，2001 年）。这些发现表明，陆地土壤中的脉冲润湿事件可以导致 N2O 的间歇性产生，从而影响生态系统的净通量 m 远远超出事件的持续时间。
了解来自一系列生态系统的温室气体排放很重要，因为这些气体对全球气候有重大影响（例如，IPCC 2007）。N2O 是一种强大的、长寿命的温室气体，其全球变暖潜能值是碳的近 300 倍二氧化碳，在大气中的停留时间为 114 年（IPCC 2007）。除了作为温室气体的效力外，N2O 还是平流层中最丰富的臭氧消耗物质（IPCC 2007）。人类活动包括农业实践和化石燃料燃烧造成了超过三分之一的 N2O 排放到大气中（IPCC 2007）。然而，我们也可能通过向水生系统加载氮来间接影响 N2O 排放（Seitzinger 等人 2000，Kroeze 等人 2005） .
一个生态系统是 N2O 源还是汇在很大程度上取决于微生物 N2O 生产和消耗的平衡。 N2O 的通量主要由三个氮循环过程介导：硝化、异化硝酸盐还原成氨 (DNRA) 和反硝化。是一个两步、化学自养的微生物过程，其中氨 (NH4þ) 被氧化为亚硝酸盐 (NO2-)，随后被氧化为硝酸盐 (NO3-)。第一个硝化步骤是由氨氧化细菌 (AOB) 进行的) 和古细菌 (AOA)，并且需要分子氧（Ward 等人，1982 年，Beman 和 Francis 2006 年）。AOB 和 AOA 都会产生 N2O 作为副产品（例如，Frame 和 Casciotti 2010，Santoro 等人，2011 年）。此外，硝化可以通过称为硝化器反硝化的过程产生 N2O，其中氨 (NH3+) 被氧化为 NO2-，然后通过 NO 和 N2O 将其还原为二氮（Wrage 等人，2001 年）。DNRA 是一种微生物介导的途径，通过 NO2 将 NO3 还原为 NH4+（Brunet 和 GarciaGil 1996， An and Gardner 2002，Burgin 和 Hamilton 2007），与硝化作用一样，DNRA 可以产生 N2O 作为副产品（de Wilde 和 de Bie 2000）。相反，反硝化作用是一种厌氧、异养过程，其中有机碳被氧化通过将 NO3 还原为二氮 (N2) 气体（Burgin 和 Hamilton 2007）。在这个多步骤的途径中，N2O 可以作为中间体产生。或者，当硝酸盐浓度非常低时，反硝化细菌可以使用 N2O 作为中间体。末端电子受体，将其还原为 N2（Miller 等人，1986 年）。因此，反硝化可以根据环境条件产生或消耗 N2O（Culbertson 等人 1981，Kieskamp 等人 1991）。主要控制是否结束。反硝化的产物是 N2 或 N2O，包括氧浓度（Betlach 和 Tiedje 1981，Jorgensen 等人 1984）、硫化氢的存在（Sorensen 等人 1980）、NO3 浓度（King 和 Nedwell 1987）和有机物物质的质量和数量（King 和 Nedwell 1987）。硝态氮的平衡 DNRA 和反硝化在很大程度上决定了系统是作为 N2O 向大气的净源还是汇。
一般来说，陆地土壤和水生生态系统都被认为是环境中 N2O 的来源（Seitzinger 等人，2000 年，Chapuis-Lardy 等人，2007 年）。尤其是沿海海洋系统，已被发现在任何地方都有影响这种强效温室气体占全球海洋总排放量的 7% 至 61%（Bange 等人 1996、Nevison 等人 2004、Kroeze 等人 2005 年）。由于它们靠近人口，这些生态系统特别容易受到影响人为扰动，包括海平面上升（IPCC 2007）和营养负荷增加（Nixon et al.1995，Kroeze et al.2005）。正如已经证明的那样，增加氮（N）负荷对于沿海系统中的 N2O 动态尤其重要N 负荷的增加有可能增加沿海沉积物的 N2O 排放（Seitzinger 和 Nixon 1985，Mose-man-Valtierra 等人 2011）。因此，全球沿海 N 负荷的持续增加使沿海海洋系统面临风险成为更大的 N2O 来源 (Kroeze et al.2005)。
一些沿海海洋生态系统中的 N2O 动力学比其他海洋生态系统中的 N2O 动态受到更好的约束。例如，河口 N2O 通量已得到很好的研究（例如，Seitzinger 和 Nixon 1985、Binnerup 等人 1992、Bange 等人 1996、Robinson 等人。 1998，de Wilde 和 de Bie 2000，Dong 等人，2002 年，LaMontagne 等人，2003 年。尽管河口 N2O 通量的大小随季节和盐度而变化，但总体而言，河口已被证明是大气中 N2O 的来源（例如，Binnerup 等人 1992，de Wilde 和 de Bie 2000）。然而，已经报道了沉积物 N2O 吸收的发生率（Dong 等人 2002，LaMontagne 等人 2003）。相比之下，其他沿海海洋生态系统中的 N2O 动态这种和盐沼（例如，Lindau 和 DeLaune 1991，Wang 等人，2007 年，Moseman-Valtierra 等人，2011 年，Ford 等人，2012 年）和潮滩（例如，Kieskamp 等人，1991 年，Middelburg 等人，1995 年，Wang） et al.2007,Adams et al.2012) 没有得到很好的研究。此外，数据的可变性更大，研究之间关于这些系统是否一致 作为 N2O 的源或汇。例如，Wang 等（2007）发现长江口边缘的潮滩在夏季是 N2O 的汇（Wang 等，2007），而 Adams 等（2012）发现英国黑水河口的潮汐泥滩是每年 N2O 的来源（Adams 等人，2012 年）。总体而言，潮间它们的 N2O 动力学值得进一步研究。
尽管之前已经对潮间带沉积物中的 N2Oflux 进行了测量（例如，Miller 等人 1986、Kieskamp 等人 1991、Middelburg 等人 1995、Wang 等人 2007、Adams 等人 2012），但他们的结果不一致，据我们所知，潮汐脉冲对 N2O 动力学的影响尚未得到解决。
然而，先前的工作表明，潮滩既可以是 N2O 的源也可以是 N2O 的汇，与一些盐沼生态系统的数量级相同（Wang 等人，2007 年，Adams 等人，2012 年），并且与河口通量相当，如果不大于（例如，Seitzinger 和 Nixon 1985，LaMontagne 等人，2003）。因此，更好地限制这些系统中的 N2O 通量，并了解 N2O 对潮间带环境的脉冲营养动态的响应对于我们了解沿海海洋 N2O 通量至关重要，并预测它们可能会如何随着人类的进一步改变而表现。本研究的目的是检查潮汐脉冲，特别是沉积物对大气的潮汐暴露，对潮汐平 N2Ofluxes 的影响。我们假设沉积物养分和氧气的变化退潮期间的可用性将对氮循环过程产生重大影响，因此，该潮滩生态系统中的 N2O 动态。
潮汐脉冲对于温和潮间带泥滩中一氧化二氮通量改变的研究——摘要、介绍
潮汐脉冲对于温和潮间带泥滩中一氧化二氮通量改变的研究——方法、数据分析
潮汐脉冲对于温和潮间带泥滩中一氧化二氮通量改变的研究——结果
