蔣躍平,于晨晨,韓文娟,王 海,羅 斌,施猛猛,常 杰,葛 瀅
(1. 浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 浙江 杭州310058; 2. 杭州西溪國(guó)家濕地公園生態(tài)研究中心, 浙江 杭州 310030;3. 紹興文理學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院, 浙江 紹興 312000)
植物多樣性對(duì)濕地氨揮發(fā)和溫室氣體排放的影響
蔣躍平1,2,于晨晨1,韓文娟1,王 海3,羅 斌1,施猛猛1,常 杰1,葛 瀅1
(1. 浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 浙江 杭州310058; 2. 杭州西溪國(guó)家濕地公園生態(tài)研究中心, 浙江 杭州 310030;3. 紹興文理學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院, 浙江 紹興 312000)
為了綜合評(píng)估植物多樣性對(duì)濕地氨揮發(fā)和溫室氣體排放的影響,筆者調(diào)查研究了杭州西溪濕地常見(jiàn)物種香菇草(Hydrocotylevulgaris)和粉綠狐尾藻(Myriophyllumaquaticum)的單種及混種系統(tǒng)的氨揮發(fā)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)排放、氮濃度及植物生物量.研究結(jié)果表明:混種系統(tǒng)比單種系統(tǒng)降低了87%的氨揮發(fā)通量;混種系統(tǒng)比單種系統(tǒng)降低了67%的N2O通量;混種系統(tǒng)的植物生物量比單種系統(tǒng)增加了84%;物種特性對(duì)濕地氨揮發(fā)和溫室氣體排放等生態(tài)系統(tǒng)功能無(wú)顯著影響.這些結(jié)果表明在濕地生態(tài)系統(tǒng)中,混種系統(tǒng)可以有效減少氨揮發(fā)和溫室氣體排放,并提升濕地的固碳能力.
物種豐富度;物種特性;生物量;溫室氣體; 氨揮發(fā)
濕地是介于水體和陸地之間的生態(tài)交錯(cuò)區(qū),是地球上一種重要的生態(tài)系統(tǒng),能夠在生物多樣性保護(hù)、涵養(yǎng)水源、凈化水體、蓄洪防旱等方面發(fā)揮重要作用.濕地生態(tài)系統(tǒng)同時(shí)是氨(NH3)揮發(fā)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的重要排放源,這3種氣體均能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重要影響.濕地中NH3揮發(fā)到大氣中后,一方面與氮氧化物和硫氧化物反應(yīng)形成的銨鹽(硫酸銨和硝酸銨)顆粒促進(jìn)霧的形成,另一方面通過(guò)干、濕沉降返回下墊面,引起土壤酸化、生境富營(yíng)養(yǎng)化、生物多樣性減少等一系列環(huán)境問(wèn)題[1-3].而CH4和N2O是兩種重要溫室氣體,其100年的全球變暖潛勢(shì)分別是CO2的28倍和265倍[4],另有研究表明,CH4對(duì)全球氣候變暖的貢獻(xiàn)率為20%~39%[5],而N2O對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)也達(dá)到5%[6].因此,為了降低濕地系統(tǒng)NH3、CH4和N2O排放所產(chǎn)生的環(huán)境損害,我們有必要對(duì)其影響因素及機(jī)理開(kāi)展研究.
濕地中NH3、CH4和N2O的排放受到諸多因素的影響.NH3揮發(fā)在濕地系統(tǒng)中主要由NH4+-N轉(zhuǎn)化成NH3進(jìn)而釋放到大氣中[7],而N2O是濕地系統(tǒng)中硝化和反硝化過(guò)程的產(chǎn)物,這兩者主要受系統(tǒng)中的NH4+-N濃度、NO3--N濃度以及pH等因素的影響[8].濕地CH4排放是有機(jī)物輸入、分解、厭氧產(chǎn)CH4、CH4傳輸、氧化等環(huán)節(jié)綜合作用的結(jié)果,環(huán)境中的有機(jī)碳(TOC)濃度、pH和溫度等均為影響CH4排放的潛在因子[9-10].此外,濕地中植物生物量的大小、通氣組織的豐富程度以及植物根際微生物活動(dòng)也可能直接影響NH3、CH4和N2O的排放[11],并且植物還可以通過(guò)影響濕地系統(tǒng)中的氮濃度、TOC濃度、pH等因素間接影響上述3種氣體的排放.
植物多樣性對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的影響已有許多研究,這些研究表明,植物物種多樣性的增加通常會(huì)促進(jìn)群落的生物量生產(chǎn)[12-13],可能會(huì)降低NH3排放[14],但多樣性對(duì)濕地養(yǎng)分的存留、CH4和N2O排放的影響沒(méi)有統(tǒng)一結(jié)論[12,15-17].并且,目前的很多實(shí)驗(yàn)是在人工濕地模式下研究[18-20],或者研究自然濕地各氣體通量變化規(guī)律[21-23]或氣體排放的原因[24-28], 少有以自然次生濕地為基礎(chǔ)研究植物多樣性對(duì)植物生態(tài)功能影響的研究.本次實(shí)驗(yàn)調(diào)查測(cè)定杭州西溪濕地不同植物系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)功能,分析植物豐富度及其組合對(duì)環(huán)境氮濃度、氨揮發(fā)、植物生物量、CH4排放、N2O排放的影響,綜合評(píng)估植物多樣性對(duì)自然濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的影響.
杭州西溪濕地位于杭州市區(qū)西部(N 30°14′55″~ N 30°16′56″, E 120°02′19″~E 120°05′08″),總面積11.5 km2,為一片地勢(shì)平坦、河流縱橫的城市次生濕地,主要由河港、池塘和草本沼澤等多種濕地類型組成,對(duì)改善杭州的生態(tài)環(huán)境和提高城市環(huán)境質(zhì)量具有非常重要的作用.西溪濕地自2003年來(lái),通過(guò)濕地公園建設(shè)和科學(xué)管理,濕地生態(tài)系統(tǒng)得以修復(fù),生物多樣性逐步增加,同時(shí)西溪的濕地文脈也得以延續(xù),實(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)和合理利用的雙贏[29].
1.2.1 樣方設(shè)置
2015年4月,在杭州西溪濕地核心區(qū)域的池塘調(diào)查了香菇草(Hydrocotylevulgaris)和粉綠狐尾藻(Myriophyllumaquaticum)2個(gè)物種的單種系統(tǒng)及混種系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)樣方大小設(shè)定為1 m×1 m,樣方間隔5 m以上,4個(gè)重復(fù).
1.2.2 氨揮發(fā)測(cè)定
采用動(dòng)態(tài)密閉箱法測(cè)定氨揮發(fā)通量[30],密閉箱用PVC材料制成,體積為24 L(d=31cm,h=32cm).游泳圈固定密閉箱,在箱頂壓稍重物品,入水面以下10 cm,開(kāi)啟真空泵,空氣流入裝有 60 mL 3.2 M稀硫酸的硫酸瓶中,空氣流速設(shè)為1 Lmin-1,測(cè)定時(shí)間1 h.1 h后,關(guān)閉真空泵,立即將硫酸吸收液密封,置于4 ℃冷藏箱中保存.氨揮發(fā)樣品采集當(dāng)天用鈉氏試劑比色法測(cè)定吸收液的NH4+-N含量,并計(jì)算氨揮發(fā)通量[31].計(jì)算公式如下:
式中,F(xiàn)1為氨揮發(fā)通量(μgm-2h-1),M為吸收液中總銨氮量,t1為氨揮發(fā)取樣時(shí)間,S為密閉裝置底面積.
1.2.3 溫室氣體測(cè)定
采用靜態(tài)密閉箱技術(shù)采集CH4和N2O[15],與測(cè)定氨揮發(fā)采用相同的靜態(tài)箱.用游泳圈固定密閉箱,在箱頂壓稍重物品,入水面以下10 cm.扣箱密閉30 min后,用50 mL的注射器抽取箱內(nèi)氣體注射進(jìn)氣樣袋內(nèi),并在取樣記錄表中記錄箱內(nèi)的溫度T.
CH4和N2O均在安捷倫7820 氣象色譜儀( Agilent Technologies Inc., USA) 上測(cè)定.色譜柱是Poropak Q Column ( 3 m, 80 /100 mesh ),載氣用99.999%的高純氮?dú)?,流速?0 mL?min-1.N2O檢測(cè)器為電子捕獲檢測(cè)器(ECD),用標(biāo)準(zhǔn)濃度為0.355 μL?L-1的N2O 標(biāo)準(zhǔn)氣體(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心,北京)做校準(zhǔn)氣體,色譜柱、進(jìn)樣口和檢測(cè)器溫度分別為55、375和330 ℃.CH4檢測(cè)器為火焰離子化檢測(cè)器(FID),用標(biāo)準(zhǔn)濃度為4.81 μL?L-1的CH4標(biāo)準(zhǔn)氣體(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心,北京)做校準(zhǔn)氣體.柱溫、進(jìn)樣口溫度和檢測(cè)器溫度分別為70、120和200 ℃.根據(jù)密閉箱的體積、底面積、箱內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間的變化率、取樣時(shí)箱內(nèi)的溫度計(jì)算CH4和N2O排放通量,溫室氣體通量計(jì)算公式如下[32]:
秧苗一葉一心期前棚內(nèi)溫度保持在30℃左右,一葉一心期至二葉一心期以25℃為宜,三葉一心期在20℃為宜。晴天下午棚內(nèi)溫度過(guò)高要揭兩頭通風(fēng)降溫,以防燒芽。陰雨寒流時(shí)則蓋好壓實(shí)。三葉期后除陰雨天外可日揭夜覆,增加秧苗抗逆性。移栽前3~5d撤膜。
式中,F(xiàn)2為CH4通量(mg m-2h-1)或N2O通量(μgm-2h-1),ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的密度(CH4:0.71kg·m-3、N2O:1.96 kg·m-3),V和H分別為水面以上密閉箱的的體積(m3)和高度(m),A為采樣箱底面積(m2),dc/dt為箱內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間的變化率(CH4:ppm·h-1、N2O:ppb·h-1),T2為取樣箱內(nèi)的實(shí)際溫度.
除此之外,我們還依據(jù)CH4和N2O在100年尺度的全球增溫潛(GWP)分別為28和265[4],進(jìn)一步計(jì)算CH4和N2O的CO2當(dāng)量.
1.2.4 氮濃度測(cè)定
用取水器在樣方水面以下30 cm處取水樣,取好的水樣放在500 mL取樣瓶中,暫存-18℃冰箱.水樣分析實(shí)驗(yàn)前,先將冷凍保存的水樣于4 ℃培養(yǎng)箱中解凍.水樣經(jīng)微孔濾膜(Φ=0.45 μm)過(guò)濾后,用流動(dòng)分析儀(SAN plus, Skalar, the Nether-lands)同時(shí)測(cè)定水樣中的硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)濃度,總無(wú)機(jī)氮(TIN)濃度為NO3--N和NH4+-N濃度之和.
1.2.5 植物生物量測(cè)定
每個(gè)單種樣方取2株植物、混種樣方兩種植物各取2株,同時(shí)統(tǒng)計(jì)樣方中植物株數(shù).植物樣品在烘箱中105 ℃殺青30 min,65 ℃烘72 h后,稱其干重,根據(jù)單株生物量及樣方植物株數(shù)計(jì)算每個(gè)樣方的植物生物量.
本文用比例指數(shù)Dmax和Dmin[33-35]來(lái)檢驗(yàn)混種系統(tǒng)是否存在生物量超產(chǎn)效應(yīng)和氣體的超減排效應(yīng).公式如下.
公式(4)中,On是混種系統(tǒng)氣體排放通量的觀測(cè)值,En是混種系統(tǒng)中所含物種中對(duì)應(yīng)單種時(shí)的最低氣體排放通量.Dminlt; 0意味著混種系統(tǒng)氣體的排放通量比系統(tǒng)中的任何一個(gè)物種單種時(shí)的氣體排放通量都低,此時(shí),該混種系統(tǒng)存在超減排效應(yīng).
*:Plt;0.05.圖1 植物多樣性對(duì)氨揮發(fā)的影響Fig.1 Effect of plant diversity on ammonia volatilization
數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分析,所有數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)表示.用SPSS 軟件(SPSS 20.0, SPSS Inc,Chicago,USA)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),比較混種系統(tǒng)和單種系統(tǒng)間以及兩單種系統(tǒng)間氮濃度、氨揮發(fā)通量、植物生物量和溫室氣體通量的差異,顯著性水平α=0.05.單樣本t檢驗(yàn)分析Dmax和Dmin與0是否存在顯著差異.
粉綠狐尾藻單種系統(tǒng)的氨揮發(fā)通量低于香菇草單種系統(tǒng),但兩者之間沒(méi)有顯著差異(圖1A).混種系統(tǒng)的氨揮發(fā)通量與單種系統(tǒng)的氨揮發(fā)通量有顯著差異(圖1 B),與單種系統(tǒng)相比,混種系統(tǒng)降低了87%的氨揮發(fā)通量.
香菇草單種系統(tǒng)的CH4、N2O排放通量及溫室氣體CO2當(dāng)量均低于粉綠狐尾藻,但兩者之間的差異不顯著(圖2 A、B和C),說(shuō)明這兩個(gè)物種對(duì)濕地溫室氣體排放產(chǎn)生的影響并無(wú)差異.
混種系統(tǒng)的CH4通量低于單種系統(tǒng),但兩者差異不顯著(圖2 D),而混種N2O通量顯著低于單種系統(tǒng)(圖2E),與單種系統(tǒng)相比,混種系統(tǒng)降低了67%的N2O通量.通過(guò)計(jì)算N2O和CH4的CO2當(dāng)量,單種系統(tǒng)的CO2當(dāng)量也高于混種系統(tǒng)的CO2當(dāng)量,但差異不顯著(圖2F).這些結(jié)果說(shuō)明混種系統(tǒng)更有利于減少濕地生態(tài)系統(tǒng)中溫室氣體的排放.
圖4 植物多樣性對(duì)系統(tǒng)生物量的影響Fig.4 Effect of plant diversity on plant biomass
*:Plt;0.05.圖2 植物多樣性對(duì)溫室氣體排放的影響Fig.2 Effect of plant diversity on greenhouse gas emissions
圖3 植物多樣性對(duì)系統(tǒng)氮濃度的影響Fig.3 Effect of plant diversity on nitrogen concentration
香菇草單種系統(tǒng)的NH4+-N、NO3--N和TIN濃度均高于粉綠狐尾藻單種系統(tǒng),但兩者之間沒(méi)有顯著差異(圖3 A、B和C).混種系統(tǒng)的NH4+-N和TIN濃度與單種系統(tǒng)間也無(wú)顯著差異(圖3 D、E和F).說(shuō)明在自然濕地系統(tǒng)中,植物物種豐富度和物種特性不影響系統(tǒng)NH4+-N、NO3--N和TIN濃度.
兩單種系統(tǒng)的生物量無(wú)顯著差異(圖4A),而混種系統(tǒng)的生物量顯著高于單種系統(tǒng)的平均值(圖4B), 相比于單種系統(tǒng),混種系統(tǒng)的生物量提高了84%,說(shuō)明提高植物物種豐富度促進(jìn)了生物量生產(chǎn).
用比例指數(shù)Dmax和Dmin來(lái)檢驗(yàn)超產(chǎn)效應(yīng)和超減排效應(yīng),結(jié)果顯示,生物量的Dmaxgt; 0(表1),即表明混種系統(tǒng)的生物量存在超產(chǎn)效應(yīng);而N2O和氨揮發(fā)通量的Dminlt; 0(表1),則表明混種的N2O排放和氨揮發(fā)排放均存在超減排效應(yīng).
表1 濕地中超產(chǎn)效應(yīng)和超減排效應(yīng)的檢驗(yàn)Tab. 1 The test of over-yielding effect and under-emission effect in wetland
研究發(fā)現(xiàn),雖然濕地中單種系統(tǒng)的NH3揮發(fā)通量存在一定差異,但這種差異沒(méi)有達(dá)到顯著水平(圖1 A),說(shuō)明物種特性并不影響系統(tǒng)中NH3揮發(fā).但我們發(fā)現(xiàn)混種系統(tǒng)的氨揮發(fā)顯著低于單種系統(tǒng)(圖1B),這表明增加物種豐富度有效抑制了濕地生態(tài)系統(tǒng)的氨揮發(fā),這與Luo的結(jié)論相一致[14].Luo的研究中還發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)生物量與氨揮發(fā)有負(fù)相關(guān)性,而本研究中也發(fā)現(xiàn)混種系統(tǒng)的生物量顯著高于單種系統(tǒng)(圖4B),這可能是本研究中物種豐富度降低氨揮發(fā)的運(yùn)用.隨著城市機(jī)動(dòng)車保有量的不斷增加,城市氮氧化物污染也越來(lái)越嚴(yán)重[36],而氨揮發(fā)與氮氧化物反應(yīng)形成的銨鹽顆粒是霧霾的主要成分之一,因此在城市濕地生態(tài)修復(fù)過(guò)程中,通過(guò)選擇合理的濕地植物配置,可以減少城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的氨揮發(fā),從而減少霧霾顆粒的產(chǎn)生,有效改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量.
濕地植物對(duì)N2O排放的影響主要有三個(gè)方面,一是植物體本身能夠產(chǎn)生和排放N2O;二是植物體可將土壤中已產(chǎn)生并溶解于水中的N2O通過(guò)根系吸收進(jìn)入植物體后,再通過(guò)濃度梯度排入大氣;三是植物體可通過(guò)影響土壤微生物的活動(dòng)而影響N2O釋放[24].本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,混種系統(tǒng)N2O通量明顯低于單種系統(tǒng),即濕地植物物種豐富度降低了系統(tǒng)N2O排放,原因可能是因?yàn)閮煞N植物的混種系統(tǒng)提高了根區(qū)的氧環(huán)境,抑制了反硝化作用[37].本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),香菇草單種系統(tǒng)和粉綠狐尾藻單種系統(tǒng)對(duì)CH4排放存在一定差異,混種系統(tǒng)CH4排放量比單種系統(tǒng)低,但不顯著,原因可能是因?yàn)橄愎讲莺头劬G狐尾藻都是具有發(fā)達(dá)通氣組織的水生植物,可以為根區(qū)甲烷氧化菌提供氧氣從而減少CH4排放[38].
本實(shí)驗(yàn)中選取的樣方雖然間隔5 m以上,但單種系統(tǒng)和混種系統(tǒng)之間的NH4+-N、NO3--N和TIN濃度均沒(méi)有顯著差異,說(shuō)明香菇草和粉綠狐尾藻這樣的濕地挺水植物及其混種系統(tǒng)對(duì)水體NH4+-N和NO3--N的影響不明顯,既沒(méi)有體現(xiàn)對(duì)水環(huán)境中有機(jī)N化合物降解方面的差異,也沒(méi)有體現(xiàn)出在生長(zhǎng)過(guò)程中向水環(huán)境釋放無(wú)機(jī)N化合物的差異,這與沉水植物對(duì)水環(huán)境中N因子的影響還是有一定區(qū)別[39].
植物物種豐富度與地上生物量的關(guān)系通常發(fā)現(xiàn)是正相關(guān)關(guān)系[40-41].本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,混種系統(tǒng)的生物量顯著高于單種系統(tǒng)的生物量,說(shuō)明高的物種豐富度提高了系統(tǒng)生產(chǎn)力,并且發(fā)現(xiàn)混種系統(tǒng)存在生物量的超產(chǎn)效應(yīng)(表1),這與Tilman的研究相符[42].濕地中的植物可以固碳,高的生物量說(shuō)明可以固定更多的碳,盡管草本植物固定的碳將在短期釋放回大氣因而不被計(jì)入長(zhǎng)期碳匯[43],但如果利用這些植物固定的碳來(lái)生產(chǎn)生物燃料用于替代化石能源燃燒,就能達(dá)到減排CO2的目的,從而減少濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈溫室效應(yīng)[44].
在西溪濕地這樣一個(gè)城市濕地中,混種系統(tǒng)相比單種系統(tǒng)具有更低的氨揮發(fā)通量、CH4通量和N2O通量,同時(shí),物種豐富度促進(jìn)植物生物量的增加,體現(xiàn)出更優(yōu)的凈溫室效應(yīng).在我國(guó)國(guó)家濕地公園不斷發(fā)展的大背景下,濕地生態(tài)修復(fù)過(guò)程中,考慮混種系統(tǒng)可以改善環(huán)境空氣質(zhì)量,并且有效減少溫室氣體的排放.本文僅選擇了西溪濕地中2個(gè)物種的單種和混種系統(tǒng),為更充分地探究濕地植物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能,今后的研究有必要設(shè)置更多的植物豐富度水平.
[1] MYLES LT. Atmospheric science: Underestimating ammonia [J]. Nature Geoscience, 2009, 2(7):461-462.
[2] BEHERA S N, SHARMA M, ANEJA V P, et al. Ammonia in the atmosphere: A review on emission sources, atmospheric chemistry and deposition on terrestrial bodies [J]. Environmental Science and Pollution Research, 2013,20(11): 8092-8131.
[3] FELIX D J, ELLIOTT E M, GISH T, et al. Examining the transport of ammonia emissions across landscapes using nitrogen isotope ration[J]. Atmospheric Environment, 2014,95: 563-570.
[4] IPCC. Climate change: fifth assessment report of the intergovernmental, panel on climate change[M]. Cambridge:Cambridge University Press, 2014.
[5] IPCC. Climate change: fourth assessment report of the intergovernmental, panel on climate change[M]. Cambridge:Cambridge United Press, 2007.
[6] YANG Z, ZHAO Y, XIA X. Nitrous oxide emissions from Phragmites australis-dominated zones in a shallow lake [J]. Environmental Pollution, 2012, 166:116-124.
[7] VANDERZAAG A C, GORDON R J, BURTON D L, et al. Greenhouse gas emissions from surface flow and subsurface flow constructed wetlands treating dairy wastewater [J]. Journal of Environmental Quality, 2010, 39(2):460-471.
[8] VYMAZAL J. Removal of nutrients in various types of constructed wetlands [J]. Science of the Total Environment, 2007, 380(1):48-65.
[9] BOUSQUET P, RINGEVAL B, PISON I, et al. Source attribution of the changes in atmospheric methane for 2006-2008 [J]. Atmospheric Chemistry amp; Physics Discussions, 2011,11(8):3689-3700.
[10] NIU X Y, GE Y, CHANG J, et al. The role ofCoixlacryma-jobiLinn. in wastewater treatment system of constructed wetland [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010,11(7):145-150.
[11] 劉意立, 李竺霖, 何云峰. 影響濕地甲烷產(chǎn)生、傳輸與氧化因素的研究進(jìn)展 [J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 42(9):157-162.
[12] ENGELHARDT K A M, RITCHIE M E. The effects of aquatic plant species richness on wetland ecosystem processes [J]. Ecology, 2002, 83(10): 2911-2924.
[13] CHANG J, FAN X, SUN H Y, et al. Plant species richness enhances nitrous oxide emissions in microcosms of constructed wetlands [J]. Ecological Engineering, 2014, 64:108-115.
[14] LUO B, GE Y, HAN W, et al. Decreases in ammonia volatilization in response to greater plant diversity in microcosms of constructed wetlands [J]. Atmospheric Environment, 2016, 142:414-419.
[15] SUN H Y, ZHANG C B, SONG C C, et al. The effects of plant diversity on nitrous oxide emissions in hydroponic microcosms [J]. Atmospheric Environment, 2013, 77:544-547.
[16] ZHAO Z Y, CHANG J, HAN W J, et al. Effects of plant diversity and sand particle size on methane emission and nitrogen removal in microcosms of constructed wetlands [J]. Ecological Engineering, 2016, 95: 390-398.
[17] HAN W J, SHI M M, CHANG J, et al. Plant species diversity reduces N2O but not CH4emissions from constructed wetlands under high nitrogen levels [J]. Environmental Science and Pollution Research , 2017,24(6):5938-5948.
[18] 徐希真, 黃承才, 徐青山, 等. 模擬人工濕地中植物多樣性配置對(duì)硝態(tài)氮去除的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2012, 31(5):1150-1156.
[19] 張培麗, 陳正新, 裘知, 等. 模擬人工濕地中植物多樣性對(duì)銨態(tài)氮去除的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2012, 31(5):1157-1164.
[20] 劉陽(yáng), 李丹, 孫紅英, 等. 模擬人工濕地植物豐富度對(duì)硝氮去除及凈溫室效應(yīng)的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2015, 34(8):2173-2180.
[21] 周念清, 趙姍, 沈新平. 天然濕地演替帶氮循環(huán)研究進(jìn)展 [J]. 科學(xué)通報(bào), 2014 (18):1688-1699.
[22] 馬欣欣, 王中良. 濕地氮循環(huán)過(guò)程及其研究進(jìn)展 [J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(17):9454-9458.
[23] 王玲玲, 孫志高, 牟曉杰, 等. 黃河口濱岸潮灘濕地CO2、CH4和N2O通量特征初步研究 [J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 20(3):51-61.
[24] 孫志高, 劉景雙, 于君寶, 等. 濕地土壤NH3揮發(fā)、N2O釋放過(guò)程及影響因素 [J]. 濕地科學(xué), 2008, 6(3):429-439.
[25] 張永勛, 曾從盛, 王維奇. 天然濕地N2O產(chǎn)生機(jī)理及排放異質(zhì)性研究進(jìn)展 [J]. 亞熱帶水土保持, 2011, 23(4):50-57.
[26] 楊繼松, 劉景雙, 王金達(dá), 等. 三江平原生長(zhǎng)季沼澤濕地CH4、N2O排放及其影響因素 [J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 30(3):432-440.
[27] 盧妍, 宋長(zhǎng)春, 王毅勇, 等. 植物對(duì)沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2和CH4排放的影響 [J]. 西北植物學(xué)報(bào), 2007, 27(11):2306-2313.
[28] 于君寶, 劉景雙, 孫志高, 等. 中國(guó)東北區(qū)淡水沼澤濕地N2O和CH4排放通量及主導(dǎo)因子 [J]. 中國(guó)科學(xué)(D輯:地球科學(xué)), 2009, 39(2):177-187.
[29] 董鳴, 王慧中, 匡廷云, 等. 杭州城西濕地保護(hù)與利用戰(zhàn)略概要 [J]. 杭州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013, 12(5):385-390.
[30] VAN DER STELT B, TEMMINGHOFF E J M, VAN VLIET P C J, et al. Volatilization of ammonia from manure as affected by manure additives, temperature and mixing [J]. Bioresource Technology, 2007,98(18):3449-3455.
[31] ZHOU S, NISHIYAMA K, WATANABE Y, et al. Nitrogen budget and ammonia volatilization in paddy fields fertilized with liquid cattle waste [J]. Water Air and Soil Pollution, 2009, 201(1-4):135-147.
[32] CHENG X, PENG R, CHEN J, et al. CH4and N2O emissions from Spartina alterniflora and Phragmites australis in experimental mesocosms [J]. Chemosphere, 2007, 68(3):420-427.
[33] HECTOR A, BAZELEY-WHITE E, LOREAU M, et al. Overyielding in grassland communities: testing the sampling effect hypothesis with replicated biodiversity experiments [J]. Ecology Letters, 2010, 5(4):502-511.
[34] PALMBORG C, SCHERER-LORENZEN M, JUMPPONEN A, et al. Inorganic soil nitrogen under grassland plant communities of different species compositions and diversity [J]. Oikos, 2005, 110(2): 271-282.
[35] 孫紅英. 人工濕地高氮水平下植物多樣性對(duì)溫室氣體釋放的效應(yīng)及機(jī)制 [D]. 杭州:浙江大學(xué), 2013.
[36] 吳曉青. 我國(guó)大氣氮氧化物污染控制現(xiàn)狀存在的問(wèn)題與對(duì)策建議 [J]. 中國(guó)科技產(chǎn)業(yè), 2009 (8):13-16.
[37] 鄒國(guó)元, 張福鎖. 根際反硝化作用與N2O釋放 [J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 7(1): 77-82.
[38] BOUCHARD V, FREY SD, GILBERT JM, et al. Effects of macrophyte functional group richness on emergent freshwater wetland functions [J]. Ecology, 2007, 88(11):2903-2914.
[39] 馬凱, 蔡慶華, 謝志才, 等. 沉水植物分布格局對(duì)湖泊水環(huán)境N、P因子影響 [J]. 水生生物學(xué)報(bào), 2003, 27(3):232-237.
[40] BESSLER H, TEMPERTON V M, ROSCHER C, et al. Aboveground overyielding in grassland mixtures is associated with reduced biomass partitioning to belowground organs [J]. Ecology, 2009, 90(6):1520-1530.
[41] REICH P B,KNOPS J,TILMAN D,et al.Plant diversity enhances ecosystem responses to elevated CO2and nitrogen deposition [J].Nature,2001,410(6830):809-812.
[42] TILMAN D, REICH P B, ISBELL F. Biodiversity impacts ecosystem productivity as much as resources, disturbance, or herbivory [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109(26):10394-10397.
[43] IPCC. Climate change: the physical science basis. Contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M]. Cambridge:Cambridge University Press, 2013.
[44] GU B, LIU D, WU X, et al. Utilization of waste nitrogen for biofuel production in China [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15(9): 4910-4916.
[45] SHI Y, DU Y, YANG G, et al. The use of green waste from tourist attractions for renewable energy production: The potential and policy implications [J]. Energy Policy, 2013, 62:410-418.
EffectsofPlantDiversityonAmmoniaVolatilizationandGreenhouseGasEmissioninWetland
JIANG Yueping1, 2, YU Chenchen1, HAN Wenjuan1, WANG Hai3, LUO Bin1, SHI Mengmeng1, CHANG Jie1, GE Ying1
(1.College of Life Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2.Hangzhou Xixi National Wetland Park Research Center for Ecological Sciences, Hangzhou 310030, China; 3.College of Life Sciences, Shaoxing College of Arts and Sciences, Shaoxing 312000, China)
In order to evaluate the effects of plant diversity on ammonia volatilization and greenhouse gas emission in wetland, two common monocultures ofHydrocotylevulgarisandMyriophyllumaquaticumand the mixture of two species in Xixi Wetland National Park were studied, and the ammonia volatilization, emissions of methane and nitrous oxide, nitrogen concentration in water and plant biomass of the communities were investigated. The results showed the hybrid system reduced the flux of ammonia volatilization and N2O and by 87% and 67% respectively, compared to the monocultural system. Besides, the hybrid system increased plant biomass by 84% compared to the monocultural system. Species identity had no significant effect on ammonia volatilization and greenhouse gas emission. These results suggested that in wetland, hybrid system could effectively reduce ammonia volatilization and greenhouse gas emission, and enhance carbon sequestration in wetland ecosystem.
species richness; species identity; biomass; greenhouse gas; ammonia volatilization.
2017-04-16
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31470463, 31670329).
葛瀅(1964—),女, 教授, 主要從事植物化學(xué)生態(tài)學(xué)和植物資源學(xué)研究. E-mail:geying@zju.edu.cn.
10.3969/j.issn.1674-232X.2017.05.008
Q948.1
A
1674-232X(2017)05-0491-07