河口潮灘濕地沉積物中胞外酶研究

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1、河口潮灘濕地沉積物中胞外酶研究河口潮灘濕地沉積物中胞外酶研究【摘要】：本文以長江口典型濕地—崇明東灘為例，首次研究了沿高程梯度或沿植被演替系列沉積物中堿性磷酸酶等五種胞外酶活性的空間分布規(guī)律，分析了胞外酶活性與環(huán)境因子的相互關(guān)系及其產(chǎn)生機制，討論了胞外酶活性在濕地植被演替中的作用。同時以崇明東灘沉積物為對象，運用重金屬離子的添加和去除等方法，研究了重金屬離子對沉積物中堿性磷酸酶活性的影響，利用胞外酶活性的變化探討了崇明東灘重金屬污染的狀況。此外，本文還研究了橫沙東灘吹泥試驗工程對沉積物環(huán)境因子和胞外酶活性的影響并進行了對比分析。上述工作的開展不僅有助于豐富濕地

2、沉積物胞外酶的理論，理解濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程，而且對于河口濕地的保護和利用具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。主要研究結(jié)果如下：1．崇明東灘沉積物中胞外酶活性沿高程梯度或演替系列呈規(guī)律性變化，沉積物理化性質(zhì)影響著胞外酶活性的分布。崇明東灘沉積物中沿高程梯度堿性磷酸酶活性有增加的趨勢。而各植被樣帶沉積物中堿性磷酸酶活性、Vmax除在表層有一高值以外，各植被樣帶在20-30cm處有一較高峰值，而Km值在該處有一較低值，說明除了表層之外，在亞表層有一個令人注意的堿性磷酸酶活躍區(qū)。通過直線回歸分析發(fā)現(xiàn)，堿性磷酸酶活性與沉積物中粒徑、溶解無機磷含量呈顯著負相關(guān)，與總磷、有機

3、質(zhì)、總氮含量呈顯著正相關(guān)。最大反應(yīng)速度Vmax與環(huán)境因子的關(guān)系與有機質(zhì)、總氮呈正相關(guān)，而Km則相反。說明有機質(zhì)總氮含量是提高堿性磷酸酶活性的重要因素，同時反映出堿性磷酸酶活性受底物和產(chǎn)物并存機制的誘導(dǎo)或抑制，這種并存機制在其它土壤或沉積物堿性磷酸酶的研究中并不多見。華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文摘要過氧化氫酶活性隨著演替的發(fā)展有逐漸增大的趨勢。各植被帶酶活性垂直分布受環(huán)境因子的影響而沒有統(tǒng)一的分布規(guī)律。無論是水平還是垂直樣品，沉積物過氧化氫酶活性與有機質(zhì)、總氮、總磷呈正相關(guān)，與溶解無機磷和沉積物粒徑呈負相關(guān)。充分反映了隨著演替的發(fā)展，沉積物的肥力逐漸增高的特點，也反

4、映了沿高程梯度沉積物生物氧化作用逐漸增強。蛋白酶活性從光灘到蘆葦帶有降低的趨勢，各植被樣帶垂直樣品蛋白酶活性低于表層。與環(huán)境因子分析表明，蛋白酶活性與有機質(zhì)、總氮呈負相關(guān)，而與溶解無機磷和沉積物粒徑呈正相關(guān)。從光灘到蘆葦帶，硅藻數(shù)量逐漸降低，導(dǎo)致沉積物中蛋白質(zhì)含量降低，影響著蛋白酶的活性，也可能說明蛋白酶主要來源于藻類，因此蛋白酶活性的高低更決定于有機質(zhì)的類型而與有機質(zhì)總量無關(guān)。轉(zhuǎn)化酶活性從光灘到蘆葦帶變化并不明顯，在海三棱蔗草帶略高。垂直分布在10一3Ocm處有較高的值。與環(huán)境因子無顯著的相關(guān)關(guān)系。轉(zhuǎn)化酶活性的大小與分布可能與有機物組成有關(guān)。崇明東灘沉積物中

5、脈酶活性很低，甚至難以檢出，與各環(huán)境因子無顯著相關(guān)關(guān)系。2.向沉積物中添加金屬離子實驗發(fā)現(xiàn)，重金屬離子對崇明東灘沉積物中堿性磷酸酶的作用方式有兩種:Hg、Cd、Pb、Cu等離子對堿性磷酸酶有抑制作用，通過生態(tài)劑量分析，四種金屬離子對堿性磷酸酶的抑制作用強弱存在差異，順序為HgZ，Cu卜)Pb2+CdZ‘;Zn和Mn離子在低濃度下激活堿性磷酸酶的活性，而在高濃度下則起抑制作用，說明崇明東灘Zn和Mn的污染性不大。通過向不同植被帶沉積物樣品中添加鰲合劑EDTA以消除重金屬離子，發(fā)現(xiàn)在各樣帶沉積物堿性磷酸酶活性最高時相對應(yīng)的EDTA添加量不同，海三棱蔗草帶低于混合帶

6、和蘆葦帶，與各樣帶重金屬的累積含量相一致，EDTA的添加量能夠綜合反映潮灘濕地重金屬的污染程度，由于對酶起作用的重金屬形態(tài)為華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文摘要離子態(tài)，因此利用胞外酶活性來評價沉積物重金屬的污染狀況更具實踐意義。3.橫沙東灘沉積物中存在Cd、Sn、Pb等重金屬元素為主的污染，吹泥后沉積物粒徑減小，總磷含量明顯增加，重金屬污染有增加的趨勢。尤其是SN，，站位最為明顯，這與SN，，站位處于深槽，積累了大量的吹泥原土有關(guān)。吹泥后堿性磷酸酶活性顯著低于吹泥前，原因在于重金屬尤其是Zn的抑制作用。而過氧化氫酶在重金屬含量較高的站位具有較高的酶活性，說明了微生物應(yīng)

7、激反應(yīng)的存在，過氧化氫酶活性能反映出水域沉積物中污染的程度。轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶、脈酶活性無顯著變化。因此，堿性磷酸酶和過氧化氫酶活性對環(huán)境變化有較好的指示作用。以上說明吹泥對橫沙東灘底質(zhì)環(huán)境造成較大的影響，長期影響需進一步跟蹤研究?？傊?，潮灘濕地高程和沉積物粒徑影響著物質(zhì)的積累和群落的演替，從而決定著胞外酶活性的變化。胞外酶對環(huán)境因素的變化具有敏感性，決定了其活性可以作為環(huán)境變化的評價指標。【關(guān)鍵詞】：河口潮灘濕地胞外酶分布重金屬指標吹泥試驗【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2003【分類號】：Q946【目錄】：學(xué)位論文獨創(chuàng)性說明6

8、學(xué)位論文使用授權(quán)說明6-7縮寫符號及其