在不同盐度模拟的海水中，Avicennia marina和Aegiceras corniculatum对氮的吸收偏好

《Marine Environmental Research》：Nitrogen uptake preference of Avicennia marina and Aegiceras corniculatum in simulated saline water under varying salinities

红树植物对高盐氮养殖废水处理效能及机制研究。通过15N同位素标记技术，分析白骨壤和秋茄在0-35 psu盐度下铵态氮/硝态氮吸收偏好及根系分布规律，发现秋茄铵态氮吸收率（92.17%）显著高于白骨壤（7.51-9.40%），且随盐度升高铵态氮利用比例下降，揭示其氮去除效率与生理响应的盐度梯度关联。构建人工湿地微宇宙模型，证实秋茄通过根系微生物协同催化作用实现高效脱氮，为优化滨海生态工程中的红树林选种提供理论依据。

　　

作者：苏德健|胡佳明|张楚彤|杨玉双|朱秀如|关健|刘勇

中国华南农业大学海洋科学学院，广州，510642，中华人民共和国

摘要

高盐度、富含氮的水产养殖废水对沿海生态系统造成了日益严重的污染压力。虽然用红树林植被覆盖的人工湿地（CWs）提供了一种有前景的基于自然的解决方案，但盐度对其氮（N）去除动态的具体影响仍知之甚少。我们通过24小时¹⁵N标记的水培实验，在四种盐度（0–35 psu）下评估了Avicennia marina和Aegiceras corniculatum的氮吸收偏好，并分别在相同的盐度条件下，使用为期20天的CW微宇宙系统评估了它们去除水产养殖废水的氮的能力。结果表明，这两种植物优先吸收铵离子，根部是主要的吸收部位，且随着盐度的增加，它们对铵离子的依赖程度有所下降。在CW系统中，A. corniculatum表现出更强的氮去除能力，在第10天时达到了92.17 ± 0.94%的溶解无机氮去除率。其通过植物直接吸收的氮贡献（22.65–38.98%）显著高于A. marina（7.51–9.40%）。尽管直接固存的氮比例较低，但两种植物都起到了生态催化剂的作用，通过根际微生物过程协同增强了系统的反硝化作用。这些发现为优化沿海生态工程中的物种选择和氮污染缓解策略提供了理论框架。

引言

人类活动严重破坏了生态系统，导致河口和沿海地区出现气候异常，并引发了严重的淡水盐碱化（Abbas等人，2022年）。随着水产养殖业的扩张，未经处理的水产养殖废水经常直接排放到自然水体中，引入了超过这些生态系统吸收能力的过量氮、磷和其他营养物质（Herbeck等人，2014年）。这种营养过剩引发了富营养化，严重损害了水生环境的生态功能和生态系统服务（Herbeck等人，2014年）。

人工湿地（CWs）是通过植物、基质和微生物介导的物理、化学和生物过程来处理水产养殖废水的工程生态系统（Gunes等人，2011年）。这些系统具有多种优势，包括高处理效率、低运营成本、对变化污染物负荷的强适应性和美学价值（Zhao等人，2013年）。在这些系统中使用的植物物种中，原生于热带和亚热带地区海洋与陆地生态过渡带的红树林特别适合这一应用。红树林适应了长期淹没和缺氧条件，进化出了专门的通气组织和不定根结构，有助于将氧气输送到淹没的根部并释放到根际（Jackson和Armstrong，1999年）。此外，它们的排盐机制使其对盐碱条件具有极强的耐受性，使得红树林在CW系统中处理含盐废水非常有效（Cram等人，2002年）。

Avicennia marina和Aegiceras corniculatum作为真正的红树林物种，具有相当的盐度耐受性；然而，盐度仍然对它们的生长、光合作用和生理特性产生显著影响（Ball和Farquhar，1984年；Parida等人，2004年）。为了应对盐碱条件，这些物种会调节渗透压，重新配置细胞结构，并调整参与氮代谢的酶的活性，从而影响氮的吸收（Parida和Das，2004年）。然而，这些由盐度引起的生理调整如何影响CWs中的氮形态偏好和整体去除效率，目前尚不清楚。

为了研究盐度对红树林去除水产养殖废水中氮的影响，本研究重点关注两种耐盐性强的真正红树林物种：A. marina和A. corniculatum。我们采用了¹⁵N稳定同位素追踪技术来（1）研究在不同盐度下A. marina和A. corniculatum对铵离子和硝酸盐的优先吸收情况，并阐明这些氮形态在不同植物器官中的分布模式；（2）评估这两种物种去除含盐废水中的氮的能力，并描述氮在其组织内的转运和转化动态。这些发现为基于红树林的CWs处理海洋水产养殖废水提供了理论基础。

实验材料

实验材料

2023年3月，我们从广东省江门的黄家围红树林苗圃购买了两种本地红树林物种的一年生幼苗：A. marina（高度：41.77 ± 1.01厘米；鲜重：30.92 ± 3.12克）和A. corniculatum（高度：59.26 ± 1.01厘米；鲜重：85.71 ± 3.12克）。实验前，这两种植物都在淡水中培养。为了使幼苗适应盐碱条件，在实验前一个月准备了不同盐度的人工海水。

不同盐度下红树林组织中的碳（C）和氮（N）含量、C/N比、δ¹³C和δ¹⁵N

经过20天的充足氮供应培养和24小时的¹⁵N标记后，测定了A. marina和A. corniculatum的根、茎和叶中的碳（C）和氮（N）浓度、C/N比、δ¹³C和δ¹⁵N值（图2a–c）。总体而言，与A. marina相比，A. corniculatum在所有器官中的碳含量较高，但氮含量较低。具体来说，A. marina的叶片碳含量在不同盐度处理间存在显著差异（p = 0.007），最低值

讨论

虽然A. marina和A. corniculatum被归类为具有先天盐耐性的真正红树林，但高盐度仍然对它们的生理机能构成重大挑战，可能影响初级生产力、存活率和光合作用效率（Krauss和Allen，2003年）。我们的研究结果表明，盐度波动不仅会触发应激反应，还会改变这些物种的同位素特征（δ¹³C和δ¹⁵N）和氮（N）获取策略（Mitra，2013年）。

结论

本研究利用¹⁵N稳定同位素追踪技术量化了A. marina和A. corniculatum在不同盐度下的氮获取动态和修复潜力。这两种植物都表现出对铵离子的明显偏好，根部是主要的氮吸收部位。随着盐度的升高，出现了明显的生理变化：铵离子的吸收比例下降，而硝酸盐的相对利用程度增加。

CRediT作者贡献声明

杨玉双：研究工作。 张楚彤：写作——审稿与编辑。 胡佳明：写作——审稿与编辑。 苏德健：写作——审稿与编辑，初稿撰写，可视化，方法学研究，数据整理。 刘勇：监督，资金获取。 关健：研究工作。 朱秀如：研究工作。

未引用参考文献

Dluzniewska等人，2006年；Michener和Lajtha，2007年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

数据获取

如需获取支持本研究结果的数据，可向通讯作者提出合理请求。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFD2401801）和广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515010896）的支持。