湿地生态系统中氧化亚氮(N2O)的排放具有重要的全球意义，最近受到了越来越多的关注。然而较少的研究报道值直接关于沉积物生态系统中水深度变化对于氧化亚氮排放的影响。本论文主要研究了南方生长的芦苇中溶解的无机氮分布的差异与深度相关性。通过研究芦苇的根际和非根际沉积物可以确定它们是否加速了N2O的释放和无机氮的释放。同时应用氧化亚氮微电极监测在在深水中和浅水中芦苇根系中氧化亚氮的排放情况，研究水深深度变化对于芦苇根际释放的氧化亚氮浓度的变化，从而为淡水沉积物生态系统中的无机氮素的生物地球化学循环提供了新的见解。


Unisense微电极系统的应用


基于N2O浓度微剖面的Fick扩散定量实现了对沉积物中N2O的排放进行了定量分析。沉积物测量N2O测试是采用重力式取心器(内径为8.40 cm，芯长50 cm)，采集了芦苇根系附件完整的沉积物岩心。然后将采集到的沉积物岩心被立即带到船上，放在一个水浴中，使用N2O微电极并结合使用unisense自动马达驱动测试沉积物中氧化亚氮的浓度获得了高分辨率的氧化亚氮。所使用的Unisense氧化微电极尖端直径为10um，只要体系中存在少于1%，氧化亚氮微电极10S内完成对体系中的氧化亚氮浓度的确定。其中氧化亚氮微电极的校正是通过稀释饱和氧化亚氮纯水获取不同浓度的氧化亚氮制备成标准曲线。实验过程中为了避免时间对于沉积物中氧化亚氮浓度的影响，所有的沉积物岩心都是在获取到样品后2小时内测试完成的。


实验结果


本论文研究了南方生长的芦苇中溶解的无机氮分布的差异与深度相关性。通过研究根际和非根际沉积物可以确定它们是否加速了N2O的释放和无机氮的释放。研究发现静水深度的变化和南方芦苇的生长都有可能破坏孔隙水中的溶解NH4+、NO3−、NO2-的剖面浓度分布，而NO3−会随着深度显著降低表现出很强的表面聚合倾向。与此相对应，在深水中和浅水中芦苇根系中检测到了最高浓度的NO2−成分。相比与NH4+、NO3−、NO2-，从根系释放NO2-通量对水深的影响很敏感，尤其是水深深度超过1米，NO2-通量显著增加,而N2O的排放也随着水深深度的增加而明显加快，然而来自根际的N2O排放更容易受芦苇自身的控制。经过皮尔森相关分析理论表明，一氧化二氮排放和NO2−通量与水深度显著相关，而一氧化二氮的排放也与NO2−通量息息相关。

图1、“阶梯法”设置的芦苇生长不同水深深度的野外实验设计图。其中静水深度分布为20、60、100和120cm，分别代表了从水位到表层沉积物的距离。其中芦苇种植了台阶上，在进行田间试验时，水池充满了水。在最上面一层（D20）表示的是地表距离水面20厘米，每一步的深度增加幅度是20厘米;因此芦苇是种植在阶梯法田的最下面，也就是距离田边的高度距离为120 cm，水深波动的平均误差限制在5厘米范围内。

图2、最大长度和宽度芦苇树叶的生物量随时间和水深变化的二维等高线图,研究周期为105天.

图3、研究周期为105天时间内，垂直水柱变化和孔隙水中NO3−、NO3−、NH4+浓度变化的二维等高线图。其中水深度的负值代表了在再生根中的大块土壤中生物群体，而为正值反映了芦苇根系周围的生物群体。其中水的深度表示如上图1描述所示。

图4、使用乙炔块心孵化实验中关于N2O排放的的完整剖面浓度分析图。这些剖面图分别记录在芦苇根际(根袋)与非根际(根袋外围)的沉积物中氧化亚氮的排放情况。其中氧化亚氮的测试是先将10%的乙炔加到上覆水中和通过侧向注入口注入到孔隙水后中等待3小时后完成测试的。其中三角形代表的是根际周围，矩形代表的是非根际周围。

图5、底栖生物分子从芦苇根际土壤到非根际土的扩散通量:图A表示的是NH4+通量；图B表示的是NO3−通量；图C表示的是NO2−通量；图D表示的是氧化亚氮通量；测试的值是三次测试后的平均值。在田间试验中，根际周围和块状沉积物可以分别从芦苇的根包内跟根包袋外的相对位置进行区分。其中正值表明生物分子（NO3−、NO3−、NH4+、N2O）从沉淀物到水柱处的流入；负值表明生物分子（NO3−、NO3−、NH4+、N2O）从水柱流出到沉淀物中。


总结


湿地生态系统中氧化亚氮(N2O)的排放具有重要的全球意义，最近受到了越来越多的关注。然而较少的研究报道值直接关于沉积物生态系统中水深度变化对于氧化亚氮排放的影响。本论文主要就湿地系统中的芦苇根际周围的氧化亚氮的排放进行相关研究，应用了氧化亚氮微电极研究了不同水深深度的变化对于水生植物的芦苇根际周围附近氧化氧氮的浓度的影响，通过对芦苇根际的氧化亚氮浓度剖面分析了解到该水生植物根际周围的N2O的排放会随着水深深度的增加而明显加快，这项研究结果开展了对湿地沉积物生态系统中关于水深度变化对氧化亚氮排放影响的报道，也为今后研究淡水沉积物生态系统中的无机氮素的生物地球化学循环提供了一种新的见解。从整篇论文研究中可以看出，氧化亚氮微电极测试湿地沉积物中的氧化亚氮浓度剖面分析很好的为作者提出水生植物中无机氮素的排放提供了重要的数据支持，提出的相关机理为今后研究湿地环境中的沉积物生态系统提供了潜在的应用理论支撑。