近日，环境科学领域期刊《Water Research》刊发了我校生物地质与环境地质国家重点实验室博士后孙小溪为第一作者，蒋宏忱教授为通讯作者的学术论文- Salinity change induces distinct climate feedbacks of nitrogen removal in saline lakes（盐度变化将引起盐湖氮移除过程不同的气候反馈效应）。
全球气候变化的背景下，温度和降水格局也在发生改变。青藏高原作为世界“第三极”，是响应全球气候变化最复杂、最敏感的区域之一，升温速率远高于全球平均水平，降水也在持续增长。以咸（盐）湖为主的青藏高原湖泊在水量和水质等方面敏感地响应着气候变化，表现出湖泊扩张和盐度降低的趋势。在冰雪融水增加、雨水冲刷、地下水汇入和氮沉降持续增长的影响下，湖泊氮输入日益增加，展现出硝酸盐、有机氮积累的特征。湖泊生境中孕育着丰富且活跃的氮循环微生物，如反硝化、厌氧氨氧化和硝化微生物，能够以沉积物为热点反应区域，将活性氮转化为N2O或N2，在推动湖泊氮移除方面起着重要作用。然而，N2O是一种强大的温室气体，其增温潜势是CO2的约300倍，还会在平流层进一步氧化为NO破坏臭氧层。因此，N2O排放速率也逐渐受到人们的广泛关注。前人也开展了一些关于含盐水生生态系统氮移除和N2O产生/消耗过程的研究，主要集中在拥有天然盐度梯度的河口地区，缺乏大范围、全盐度梯度的野外调查，尤其缺乏对气候变化导致淡化的盐湖的关注。青藏高原地区的氮移除微生物作用将对气候变化的反馈作用及其对高原脆弱生态系统的影响，目前仍没有统一的定论。因此，研究气候变化背景下青藏高原湖泊氮移除过程（N2O或N2）终产物的产量和比例对盐度的响应，将有助于我们理解咸（盐）湖泊氮载荷的去向，对于进一步理解青藏湖泊氮移除的生态效应和气候反馈规律具有重要意义。
研究结果显示：青藏高原不同盐度湖泊沉积物中，反硝化速率和产物具有差异：高盐湖泊中反硝化速率较低，N2O为主要产物；随着盐度降低，反硝化速率增加，主要反硝化产物转变为N2（图1）。从氮移除的角度来看，湖泊沉积物反硝化途径的氮移除和N2O潜在排放速率随盐度降低表现出不同的响应规律：反硝化途径的氮移除速率随盐度降低而升高，反硝化产N2O潜在速率随盐度降低而降低（图2）。
图1青藏高原湖泊沉积物反硝化速率分布特征。A：反硝化速率； b：反硝化产N2速率； c：反硝化N2O排放速率；d：反硝化产N2O比例
图2青藏高原湖泊沉积物反硝化速率（a，c）和N2O排放速率响应盐度变化模式（b，d）。
为了量化速率变化随盐度变化的不同幅度，我们采用盐度敏感性指标（S10）来表示这种差异。结果表明，当盐度升高10g/L时，反硝化产N2的速率降低为原来的0.763 ± 0.073倍，整体反硝化产气速率降低为原来的0.771 ± 0.073倍，反硝化产N2O的速率增加为原来的1.094 ± 0.008，即反硝化产N2过程的盐度敏感性更高。这意味着在特定的氮移除速率下，盐度降低将提升氮移除过程中反硝化产N2的比例。
本研究结果暗示：受全球气候变化影响正在咸化或者淡化的内陆和滨海湿地，可能产生不同的氮移除和气候反馈效应。若将本研究中氮移除和N2O释放过程的盐度响应模式应用于其他含盐湿地，则盐度增加1g/L，这些湿地的氮去除通量将减少约3%，N2O释放将增加约1%。全球含盐水体中，受气候变化影响正在淡化的湖泊，如青藏高原、东非大裂谷的湖泊，将更可能朝着环境友好型的方向实现氮移除，形成气候负反馈；而正在咸化的湖泊和滨海湿地，比如中亚的咸海和死海，则很可能产生更多的N2O，形成气候正反馈（图3）。总之，由于盐度是决定氮移除和氮载荷命运的关键因素，在今后全球湖泊N2O通量的评估中，应当将盐度纳入考虑以提高估算的准确度。
图3全球含盐水生生境氮移除过程的潜在环境效应。(+)、(-)分别表示气候正反馈和负反馈。
上述研究得到了国家自然科学基金（No. 41972317, 92251304)与“111”引智计划（B18049）等资助。
论文信息：
Title: Salinity change induces distinct climate feedbacks of nitrogen removal in saline lakes.
Authors: Xiaoxi Sun; Ehui Tan; Beichen Wang; Zixuan Gan; Jian Yang; Jibin Han; Xiying Zhang; Shuh-ji Kao; Gary King; Hailiang Dong; Jiang Hongchen.
Source: Water Research
Available online: 2023
DOI:https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120668
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