研究簡(jiǎn)介：濕地是自然的碳匯，但濕地的轉(zhuǎn)換用于農(nóng)業(yè)用途可能會(huì)將這些碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)闇厥覛怏w（GHG）的大量來(lái)源。人類(lèi)對(duì)濕地水文的改變以及廣泛使用氮肥可以改變生物地球化學(xué)循環(huán)，但這些干擾對(duì)溫室氣體交換的綜合影響仍需進(jìn)一步研究。此外最近對(duì)濕地修復(fù)和保護(hù)的興趣增加，主要是通過(guò)改善自然水流并尋求替代的營(yíng)養(yǎng)輸入解決方案。在微宇宙實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過(guò)施加高氮負(fù)荷（300 kg/ha）來(lái)模擬物理和化學(xué)干擾，研究了水文改變和氮輸入對(duì)內(nèi)陸濕地土壤中碳和氮循環(huán)過(guò)程的影響。與對(duì)照土壤相比，氮肥在排水條件下使CO?排放增加了40%，在淹沒(méi)土壤中使CH?排放增加了90%以上。濕潤(rùn)和淹沒(méi)土壤中富含氮的N?O排放分別增加了17.4倍和18倍。總體而言，物理和化學(xué)干擾的結(jié)合使全球變暖潛能（GWP）增加了7.5倍。水文修復(fù)的初始響應(yīng)雖然通常有助于減少CO?排放，但在高氮輸入的條件下，會(huì)加劇CH?和N?O的排放。因此本研究強(qiáng)調(diào)在制定修復(fù)計(jì)劃時(shí)，需要評(píng)估各種干擾對(duì)生物地球化學(xué)過(guò)程的潛在交互影響，以恢復(fù)退化的濕地。

Unisense微電極分析系統(tǒng)的應(yīng)用

Unisense微電極被用于測(cè)量土壤核心中的氧氣（O?）和氧化亞氮（N?O）濃度微剖面。土壤核心被放置在微剖面站中，該站由一個(gè)小水族箱組成，內(nèi)有循環(huán)水和加熱器，以保持恒定的水溫和水流。微電極通過(guò)電機(jī)化微操縱器（Unisense A/S,Denmark）進(jìn)行定位，該操縱器連接到運(yùn)行專(zhuān)用定位和數(shù)據(jù)采集軟件的筆記本電腦上。通過(guò)這種設(shè)置，研究人員能夠精確控制微電極的插入深度，并實(shí)時(shí)記錄氣體濃度的變化。O?微電極用于測(cè)量土壤核心中氧氣的濃度分布。通過(guò)將微電極插入土壤核心表面以下的不同深度，研究人員能夠獲取從土壤表面到一定深度（0-9 mm）的氧氣濃度變化。這些數(shù)據(jù)對(duì)于理解土壤的氧化還原條件至關(guān)重要，因?yàn)檠鯕獾拇嬖谂c否直接影響微生物的代謝活動(dòng)和溫室氣體的產(chǎn)生。N?O微電極：用于測(cè)量土壤核心中氧化亞氮的濃度分布。N2O微電極也被插入土壤核心表面以下的不同深度（0-8 mm），以獲取N?O濃度的變化。數(shù)據(jù)有助于評(píng)估氮肥添加對(duì)N?O產(chǎn)生和排放的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究通過(guò)微宇宙實(shí)驗(yàn)，探討了短期水文變化和施氮肥操作對(duì)濕地二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）和氧化亞氮（N?O）排放的綜合影響。研究結(jié)果表明，物理（水文變化）和化學(xué)（施氮肥）干擾對(duì)濕地溫室氣體的產(chǎn)生和排放具有顯著影響。排水土壤表現(xiàn)出較低的氧氣消耗率和較高的CO?排放，這表明排水條件促進(jìn)了土壤的氧化作用，增加了土壤呼吸作用。濕潤(rùn)和淹沒(méi)土壤表現(xiàn)出較高的氧氣消耗率，這與土壤中較高的微生物活動(dòng)和有機(jī)物分解有關(guān)。淹沒(méi)土壤在施氮肥后表現(xiàn)出最高的CH?排放，這可能是由于淹水條件限制了甲烷氧化菌的活動(dòng)，同時(shí)促進(jìn)了甲烷生成菌的增殖。施氮肥顯著增加了N?O排放，尤其是在濕潤(rùn)和淹沒(méi)土壤中。水文條件和施氮肥的結(jié)合對(duì)溫室氣體排放產(chǎn)生了顯著的交互作用。特別是，施氮肥和淹沒(méi)條件的結(jié)合導(dǎo)致了最高的全球變暖潛能（GWP），表明這種組合對(duì)溫室氣體排放的影響最為顯著。

圖1、濕地的碳氮循環(huán)。綠色箭頭表示N-循環(huán)進(jìn)程，藍(lán)色箭頭表示c-循環(huán)進(jìn)程。增加水位促進(jìn)了電子受體的可用性（即NO3