研究目的
N₂O是一種強效溫室氣體，其持續通量的全球變暖潛力在100年內是CO2的270倍。鹽沼提供了包括碳封存和養分淨化的廣泛的生態系統服務，具有減緩氣候變化和活性氮污染影響的潛力，鹽沼通過植物吸收和儲存在生物和土壤有機質中的氮以及多種微生物過程來淨化氮其關鍵微生物過程包括固定化、反硝化、硝化和厭氧氨氧化。固定化是氮積累到細菌生物量中的過程，反硝化是將硝酸鹽還原為N₂的過程，硝化是將銨氧化為硝酸鹽的過程，厭氧氨氧化是在厭氧條件下將銨氧化為N₂的過程。

本文1）研究了溫度和氮負荷對溫室氣體(GHG)通量、反硝化速率(N₂O與N₂)和硝化衍生N₂O速率的影響，分別在低緯度亞熱帶濕潤氣候(路易斯安那州)和高緯度溫帶大陸性氣候(魁北克)的鹽沼中進行。最近的證據表明，聖勞倫斯灣和墨西哥灣的變暖速度高於全球海洋平均水準，因此瞭解這些地區鹽沼土壤的溫度回應非常重要。
 

2）研究了每個緯度的兩種主要鹽沼植物群落；一種以互花米草為主，另一種以狐米草為主。不同的氣候區域和植被帶可能由於不同的土壤性質、背景養分濃度和環境溫度而具有不同的生物地球化學反應速率。使用¹⁵N-NO₃-和¹⁵N-NH⁴⁺示蹤劑來研究反硝化和硝化產生的N_²O和N₂的速率。

研究地點

2021年夏季，從加拿大魁北克和美國路易斯安那州的互花米草和狐米草為主的鹽沼中採集了完整的土壤核心。在魁北克，互花米草和狐米草在同一鹽沼的不同海拔帶中採樣，而在路易斯安那州，分別從兩個不同的鹽沼(一個互花米草和一個狐米草)中採樣。

土壤採集在每個鹽沼植被地點沿20米樣帶選擇了五個採樣點(1平方公尺)，作為培養實驗的重複，四個鹽沼地點共有20個採樣點。2021年7月20日至21日從路易斯安那州鹽沼採集土壤核心，2021年8月9日至10日從魁北克鹽沼採集土壤核心。使用2.5mm直徑的土壤鑽或活塞取芯器從每個採樣點的0-15釐米深度採集六個完整的土壤核心，放入塑膠土壤採樣襯裡並插入PVC管(2.5釐米直徑，15釐米長)，然後封蓋運輸。

培養實驗環境實驗在採樣時的土壤溫度下進行(魁北克為16°C，路易斯安那州為28.1°C)，並且不添加額外的養分。升高處理實驗在環境溫度+5°C和養分濃度加倍(NO^3-和NH⁴⁺濃度均升高)的條件下進行。進行了四組培養實驗，路易斯安那州核心在環境處理下，路易斯安那州核心在升高處理下，魁北克核心在環境處理下，魁北克核心在升高處理下。在這三組核心中，一組未接受示蹤劑以研究未修改的溫室氣體通量速率。第二組核心接受K¹⁵NO³(98 at. % ¹⁵N，Sigma Aldrich)示蹤劑以研究反硝化速率和完全性。第三組核心接受¹⁵NH₄Cl(98 at.% ¹⁵N，Sigma Aldrich)示蹤劑以研究硝化產生的N₂O通量。
 

氣體分析
使用連續流動同位素比質譜儀(Elementar Isoprime PrecisION；Elementar Analysensysteme GmbH)結合痕量氣體預濃縮裝置和自動進樣器(isoFLOW GHG；Elementar Analysensysteme GmbH)測定12mL樣品瓶中N₂和N₂O的¹⁵N含量。氣體樣品通過自動進樣器吹入He流中，經過CO₂和H₂O洗滌器後，進入初始液氮冷阱以分離和冷凍聚焦N₂O。在初始N₂O捕獲後，N₂通過7ul採樣環採樣，經過還原爐還原O₂後，N₂被導向同位素比質譜儀(IRMS)，在100 µA的阱電流下測量N₂同位素體(²⁸N₂、²⁹N₂和³⁰N₂)。其餘氣體樣品在第二個液氮阱中進一步濃縮，分離的N₂O通過氣相色譜柱進一步與任何殘留的CO₂分離，然後被導向IRMS，在600 µA的阱電流下測量N₂O同位素體(⁴⁴N₂O、⁴⁵N₂O和⁴⁶N₂O)。

德國元素iso FLOW GHG聯用isoprime precisION系統

土壤碳和氮分析
樣品在60°C下乾燥，研磨並分析總碳(TC)、總氮(TN)、δ¹³C和δ¹⁵N。研磨的乾樣品(<1mm)隨後通過連續流動同位素比質譜儀(Elementar Isoprime Precision；Elementar Analysensysteme GmbH)聯用元素分析儀(EA)進樣系統(vario PYRO cube；Elementar Analysensysteme GmbH)分析元素C和N含量以及δ¹⁵N和δ¹³C穩定同位素。EA用磺胺(N：16.26%，C：41.81%)校準，C和N的相對標準差(RSD)<5%。IRMS針對國際參考標準(咖啡因：USGS61(−2.87‰ δ¹⁵N，−35.05‰ δ¹³C VPDB)，USGS62(20.17‰ δ¹⁵N，−14.79‰ δ¹³C VPDB)，USGS63(37.83‰ δ¹⁵N −1.17‰ δ¹³C VPDB)校準，δ¹⁵N和δ¹³C穩定同位素的標準差(SD)<0.06‰。

德國元素vario PYRO cube聯用isoprime precisION系統

實驗結論
在環境條件下，所有鹽沼地點均表現為N₂O的微小匯，而在升高條件下，所有地點均變為相對較大的N₂O源。這表示在環境和升高溫度及氮負荷下，從N₂O的微小匯到主要源的轉變。

圖 2 不同鹽沼網站(路易斯安那州 S. alterniflorus，路易斯安那州 S. pumilus，魁北克 S. alterniflorus 和魁北克 S. pumilus)在環境條件(amb.，原位土壤溫度和養分濃度)和升高條件(elev.，土壤溫度+5℃，養分濃度加倍)下的潛在 N₂O 通量速率(單位：ng N g 乾土⁻¹ h⁻¹)。

溫室氣體通量、反硝化速率和硝化衍生N₂O速率通常因氣候區域和植被類型而異。在反硝化衍生N₂和總反硝化中觀察到顯著的氮處理差異，其中路易斯安那州互花米草土壤的通量低於魁北克兩種植被類型土壤在環境處理下的通量，反硝化衍生N₂中路易斯安那州互花米草土壤的通量高於路易斯安那州狐米草土壤在升高處理下的通量，硝化衍生N₂O中路易斯安那州狐米草土壤的通量低於魁北克互花米草土壤在升高條件下的通量。在CH₄中觀察到顯著的溫室氣體通量差異，其中魁北克狐米草土壤的通量低於路易斯安那州兩種植被類型土壤在環境條件下的通量，CH₄中路易斯安那州互花米草土壤的通量高於魁北克狐米草土壤在升高條件下的通量，CO₂中路易斯安那州狐米草土壤的通量低於魁北克狐米草土壤在升高條件下的通量。升高條件下的N₂O排放趨勢在互花米草中高於狐米草（44%：路易斯安那州土壤和24%：魁北克土壤），互花米草通量在低緯度土壤中比高緯度土壤高23%。

在所有四個鹽沼地點，升高的處理使潛在的N₂O通量從微小的匯變為主要的源。在升高條件下一天的潛在N₂O排放（代表長期海表變暖或短期海洋熱浪對沿海鹽沼土壤溫度的影響以及氮負荷的脈衝）抵消了15-60%的潛在年度環境N₂O匯，具體取決於鹽沼地點和植被類型。在高緯度鹽沼土壤中，環境條件下的潛在反硝化速率通常高於低緯度鹽沼土壤，低N₂O:N₂ 比率表明高緯度鹽沼土壤中的反硝化過程較為完全。在升高的溫度和Nr處理下，高緯度土壤中的潛在反硝化速率較低，而低緯度土壤中的潛在反硝化速率較高，除了路易斯安那州的狐米草土壤外，其他土壤均觀察到不完全反硝化。

資料來源:elementar官網