近日，厦门大学环境与生态学院、福建省海陆界面生态环境重点实验室陈能汪教授团队在海陆界面碳氮循环方面取得新进展，相关成果以“Biogenic carbon input from Spartina alterniflora eradication governs nitrate removal pathways and N2O emission in estuarine mangrove wetlands”为题，发表于Geoderma。
研究团队依托福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站漳江口实验场，抓住互花米草大规模治理的野外机遇，开展两年定位观测（图1），结合室内模拟培养、15N同位素示踪与宏基因组学分析，揭示了互花米草残体输入驱动沉积物硝酸盐还原路径由反硝化（DNF）向硝酸盐异化还原成铵（DNRA）切换的机制，并阐明这一路径转变对N2O（重要温室气体）排放的调控作用。
研究背景Background
位于陆海交错带的河口红树林湿地，通过反硝化作用去除硝酸盐，在缓解近海富营养化中发挥关键作用。硝酸盐通过反硝化路径可产生强效温室气体N2O，而另一个路径是硝酸盐异化还原成铵（DNRA），虽不产生N2O，却可能累积过量的铵态氮。两条路径的权衡决定了湿地“氮去除效率”与“气候影响”之间的平衡。
近年来我国大规模治理互花米草，通过刈割、翻耕将大量高碳氮比的植物残体输入沉积物，形成短暂而强烈的有机质脉冲，深刻改变沉积物氧化还原环境与微生物群落。然而，这种治理措施如何调控硝酸盐还原路径的竞争关系进而影响N2O的排放尚不清楚。
图1. 研究区域与实验设计示意图。(a) 漳江口互花米草治理区采样站位；(b) 室内培养实验设计。实验设置：CK（对照，0 kg m-2，未治理）；L（低强度治理，2 kg m-2）；H（高强度治理，4 kg m-2）。
研究结果Result
治理初期：反硝化占主导，N2O排放激增
治理初期，互花米草残体输入提供了丰富的有机碳源，显著刺激反硝化菌（如变形菌门）增殖及反硝化功能基因nirS表达。沉积物中硝酸盐去除以反硝化为主导（贡献率达86–92%）。然而，残体发酵导致pH下降，抑制N2O还原酶编码基因nosZ的表达，反硝化不完全。同时，N2O排放显著升高，野外实测通量达治理前的2.53倍，室内培养中N₂O产生速率提升53–186倍。
治理后期：DNRA逐渐主导，湿地转为N2O汇
随着反硝化持续消耗硝酸盐，沉积物逐渐进入氮限制状态，碳氮比持续升高。在此背景下，硝酸盐还原路径发生切换：反硝化贡献率由约90%降至57%，而DNRA贡献率上升至28–34%（图2）。基于研究结果分析，驱动这一转变的关键机制（图3）包括：
（1）高碳氮比使DNRA在能量竞争上更具优势；
（2）DNRA及硫酸盐还原相关的功能微生物群（如拟杆菌门、脱硫弧菌目）显著富集；
（3）这些微生物多携带II型nosZ基因，在还原环境下具备更强的N2O还原能力。伴随路径切换，湿地由N2O的“源”转变为“汇”。
图2. 不同互花米草残体添加量对硝酸盐还原过程的影响随时间的变化。(a)潜在的DNF速率；(b)潜在DNRA速率；(c) NO3-还原途径的相对贡献率。
图3. 环境因素、微生物群落与氮转化过程之间的相互关系
本研究揭示了一个重要的生态工程学权衡（图4）：互花米草治理初期虽强化了脱氮功能，但代价是N2O的高排放；治理后期DNRA主导，温室气体排放降低，但氮以铵态氮形式滞留于沉积物中，可能随潮汐向近海输出，存在促进富营养化的风险。
图4. 互花米草治理过程中硝酸盐去除路径切换及N2O源-汇变动示意图
该项研究将滨海湿地氮去除路径的切换与温室气体排放关联起来，为红树林湿地修复方案的协同优化提供了新的科学依据。互花米草治理工程的设计需在“氮污染削减”与“减缓气候变化”之间审慎权衡，有望通过优化治理措施（如将植物残体移走），减少潜在的环境负面影响。
研究团队及资助Research Group and Funding
本论文第一作者为厦门大学2025级博士生陈诗瑶，通讯作者为陈能汪教授。共同作者包括博士生吴慧、王芬芳，硕士生徐文泓、闫瑞峰，以及李少斌副教授。研究获国家自然科学基金、国家重点研发计划课题和深圳市科技计划项目的联合资助。
论文来源及链接
Chen S, Wu H, Xu W, Wang F, Yan R, Li S, Chen N*, 2026. Biogenic carbon input from Spartina alterniflora eradication governs nitrate removal pathways and N2O emission in estuarine mangrove wetlands. Geoderma 468, 117780.
https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2026.117780
