河口潮滩湿地沉积物中胞外酶研究.doc

河口潮滩湿地沉积物中胞外酶研究【摘要】：本文以长江口典型湿地崇明东滩为例，首次研究了沿高程梯度或沿植被演替系列沉积物中碱性磷酸酶等五种胞外酶活性的空间分布规律，分析了胞外酶活性与环境因子的相互关系及其产生机制，讨论了胞外酶活性在湿地植被演替中的作用。同时以崇明东滩沉积物为对象，运用重金属离子的添加和去除等方法，研究了重金属离子对沉积物中碱性磷酸酶活性的影响，利用胞外酶活性的变化探讨了崇明东滩重金属污染的状况。此外，本文还研究了横沙东滩吹泥试验工程对沉积物环境因子和胞外酶活性的影响并进行了对比分析。上述工作的开展不仅有助于丰富湿地沉积物胞外酶的理论，理解湿地生态系统的生态过程，而且对于河口湿地的保护和利用具有重要的现实意义和应用价值。主要研究结果如下：1崇明东滩沉积物中胞外酶活性沿高程梯度或演替系列呈规律性变化，沉积物理化性质影响着胞外酶活性的分布。崇明东滩沉积物中沿高程梯度碱性磷酸酶活性有增加的趋势。而各植被样带沉积物中碱性磷酸酶活性、Vmax除在表层有一高值以外，各植被样带在20-30cm处有一较高峰值，而Km值在该处有一较低值，说明除了表层之外，在亚表层有一个令人注意的碱性磷酸酶活跃区。通过直线回归分析发现，碱性磷酸酶活性与沉积物中粒径、溶解无机磷含量呈显著负相关，与总磷、有机质、总氮含量呈显著正相关。最大反应速度Vmax与环境因子的关系与有机质、总氮呈正相关，而Km则相反。说明有机质总氮含量是提高碱性磷酸酶活性的重要因素，同时反映出碱性磷酸酶活性受底物和产物并存机制的诱导或抑制，这种并存机制在其它土壤或沉积物碱性磷酸酶的研究中并不多见。华东师范大学博士学位论文摘要过氧化氢酶活性随着演替的发展有逐渐增大的趋势。各植被带酶活性垂直分布受环境因子的影响而没有统一的分布规律。无论是水平还是垂直样品，沉积物过氧化氢酶活性与有机质、总氮、总磷呈正相关，与溶解无机磷和沉积物粒径呈负相关。充分反映了随着演替的发展，沉积物的肥力逐渐增高的特点，也反映了沿高程梯度沉积物生物氧化作用逐渐增强。蛋白酶活性从光滩到芦苇带有降低的趋势，各植被样带垂直样品蛋白酶活性低于表层。与环境因子分析表明，蛋白酶活性与有机质、总氮呈负相关，而与溶解无机磷和沉积物粒径呈正相关。从光滩到芦苇带，硅藻数量逐渐降低，导致沉积物中蛋白质含量降低，影响着蛋白酶的活性，也可能说明蛋白酶主要来源于藻类，因此蛋白酶活性的高低更决定于有机质的类型而与有机质总量无关。转化酶活性从光滩到芦苇带变化并不明显，在海三棱蔗草带略高。垂直分布在10一3Ocm处有较高的值。与环境因子无显著的相关关系。转化酶活性的大小与分布可能与有机物组成有关。崇明东滩沉积物中脉酶活性很低，甚至难以检出，与各环境因子无显著相关关系。2.向沉积物中添加金属离子实验发现，重金属离子对崇明东滩沉积物中碱性磷酸酶的作用方式有两种:Hg、Cd、Pb、Cu等离子对碱性磷酸酶有抑制作用，通过生态剂量分析，四种金属离子对碱性磷酸酶的抑制作用强弱存在差异，顺序为HgZ，Cu卜)Pb2+CdZ;Zn和Mn离子在低浓度下激活碱性磷酸酶的活性，而在高浓度下则起抑制作用，说明崇明东滩Zn和Mn的污染性不大。通过向不同植被带沉积物样品中添加鳌合剂EDTA以消除重金属离子，发现在各样带沉积物碱性磷酸酶活性最高时相对应的EDTA添加量不同，海三棱蔗草带低于混合带和芦苇带，与各样带重金属的累积含量相一致，EDTA的添加量能够综合反映潮滩湿地重金属的污染程度，由于对酶起作用的重金属形态为华东师范大学博士学位论文摘要离子态，因此利用胞外酶活性来评价沉积物重金属的污染状况更具实践意义。3.横沙东滩沉积物中存在Cd、Sn、Pb等重金属元素为主的污染，吹泥后沉积物粒径减小，总磷含量明显增加，重金属污染有增加的趋势。尤其是SN，站位最为明显，这与SN，站位处于深槽，积累了大量的吹泥原土有关。吹泥后碱性磷酸酶活性显著低于吹泥前，原因在于重金属尤其是Zn的抑制作用。而过氧化氢酶在重金属含量较高的站位具有较高的酶活性，说明了微生物应激反应的存在，过氧化氢酶活性能反映出水域沉积物中污染的程度。转化酶、蛋白酶、脉酶活性无显著变化。因此，碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性对环境变化有较好的指示作用。以上说明吹泥对横沙东滩底质环境造成较大的影响，长期影响需进一步跟踪研究。总之，潮滩湿地高程和沉积物粒径影响着物质的积累和群落的演替，从而决定着胞外酶活性的变化。胞外酶对环境因素的变化具有敏感性，决定了其活性可以作为环境变化的评价指标。【关键词】：河口潮滩湿地胞外酶分布重金属指标吹泥试验【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2003【分类号】：Q946【目录】：学位论文独创性说明6学位论文使用授权说明6-7缩写符号及其含义7-8摘要8-11Abstract11-14第一章研究背景14-251.1湿地土壤或沉积物中胞外酶研究现状14-211.1.1胞外酶及其研究意义141.1.2湿地土壤或沉积物中酶活性的测定方法14-151.1.3湿地土壤或沉积物中胞外酶活性的时空分布15-161.1.4湿地中胞外酶活性与环境因子之间的关系16-171.1.5外源营养物质的输入对湿地沉积物中胞外酶活性的影响17-181.1.6湿地沉积物中胞外酶活性是湿地净化功能的重要指示18-191.1.7湿地沉积物中胞外酶的动力学参数的研究191.1.8湿地沉积物中胞外酶与全球变化19-211.2本文的研究背景和研究意义21-221.3本文的工作思路和研究内容22-251.3.1工作思路22-231.3.2研究内容23-25第二章研究区域概况25-29第三章崇明东滩潮滩沉积物中胞外酶活性29-62前言29-303.1研究方法30-353.1.1沉积物样品的采集30-313.1.2沉积物中环境因子的测定31-323.1.3沉积物中胞外酶活性的测定32-343.1.4统计分析34-353.2结果与分析35-543.2.1崇明东滩潮滩表层沉积物中环境因子的陆向变化35-393.2.2崇明东滩不同植被带沉积物中环境因子的垂直变化39-423.2.3崇明东滩沉积物中胞外酶活性的变化42-473.2.4崇明东滩沉积物中胞外酶活性与环境因子的关系47-543.3讨论54-623.3.1崇明东滩沉积物中环境因子的变化54-553.3.2崇明东滩潮滩沉积物中胞外酶与环境因素的关系及其作用55-603.3.3群落演替与营养的获得性60-62第四章河口潮滩沉积物中碱性磷酸酶活性在环境评价中的应用62-74前言62-634.1研究方法63-644.2结果与分析64-654.2.1不同重金属离子对崇明东滩沉积物中碱性磷酸酶的影响64-654.2.2EDTA对崇明东滩不同植被带沉积物中碱性磷酸酶的影响654.3讨论65-744.3.1重金属对土壤胞外酶的影响及其机制65-674.3.2EDTA的添加量能够综合发映沉积物的重金属的污染状况67-684.3.3土壤或沉积物中酶可作为评价重金属污染的指标探讨68-74第五章横沙东滩吹泥试验工程对沉积物中胞外酶活性的影响74-91前言745.1研究区域自然条件概况74-755.2研究方法75-785.2.1站位设置和采样时间755.2.2采样方法和测定方法75-785.3结果与分析78-885.3.1横沙东滩吹泥前后滩面表层沉积物中粒径组成的变化78-795.3.2横沙东滩吹泥前后滩面沉积物化学因子的变化79-855.3.3横沙东滩吹泥前后沉积物中胞外酶活