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贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 摘要 本文研究了土壤多酚氧化酶活性随着土壤干湿状态、溶解氧、p h 值、温度 的变化情况，发现湿润状态土壤多酚氧化酶活性比风干土壤的高；富氧环境多酚 氧化酶活性比缺氧的高；土壤多酚氧化酶活性在较宽的p h 值范围内均有活性； 土壤多酚氧化酶活性在0 - 一4 5 。c 之间随温度增加活性增强，高于4 5 。c 酶活性丧 失。通过对土壤多酚氧化酶性质的研究，可以人为改变湿地的一些条件，改善湿 地还原性环境。土壤干湿状态、溶解氧、p h 值、温度对土壤多酚氧化酶性质有 不同程度的影响，可以指导以后工作顺利进行。 采用竖直多层次采样方法对芦苇湿地、稿草湿地、旱苗蓼湿地、空地( 不长 任何植被) 和滩地总磷和速效磷进行分析，不同植物下湿地土壤总磷变化和植物 对总磷含量变化的影响可以推断湿地土壤的沉积层次；不同植物下土壤速效磷相 对于总磷又有自己特殊的分布趋势，这可能和植物的根系分布有关；每年对湿地 内植物进行收割，并且考虑到湿地植物的覆盖程度，生物量和生命周期，葫草年 脱磷能力最大，芦苇次之，旱苗蓼最低，祷草脱磷能力大，故为湿地内优势植物。 利用因子分析方法对不同植被下不同层次土壤金属元素进行分析，结果表明 湿地土壤具有很好同源性。不同植被下土壤钾、钠的空间分布呈现差异和春秋季 节变化，芦苇湿地和荫草湿地对土壤有效钾、钠的空间分布有着显著的差异，这 可能和植物根系分布和活力有关。不同植被下的土壤有效铜、锌、铁、锰的空间 分布也存在差异，在1 5 2 0 、2 0 一2 5 、2 5 3 0 c m 处，这四种元素的浓度都较低。而 在o 一5 、5 1 0 、1 0 - 1 5 c m 处，不同的元素在不同的植被下分布的规律不一样，两 个季节表现也不一样。这些工作对滨江湿地生态恢复和生态清淤具有重要的指导 意义。 钾是植物所必需的大量营养元素，测定湿地内不同植被下土壤速效钾，结果 表明湿地内速效钾含量处于极低水平，通过湿地内速效钾循环方式以及水位变化 分析，找到了芦苇不断扩张和稿草不断缩小的原因。 通过荫草和芦苇之间不同性质的对比，结果表明荫草适合在湿地内生长。 关键词：湿地、多酚氧化酶、磷、金属元素、稿草、芦苇 贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 b i o c h e m i s t r yp r o p e r t i e sa n de c o l o g i c a ls i g n i f i c a n to f be i g uh i nw e t l a n d s u m m a r y t i l i sp a p e rr e s e a r c h e st h ea c t i v i t yo fp p oa l o n gw i 也w e ta n dd r ys o i l c o n d i t i o n 、d i s s o l v a b l eo x y g e n 、p ha n dt e m p e r a t u r e ，t h er e s u l ts h o w st h a tw e t c o n d i t i o na c t i v i t yi sh i g h e rt h a nd r yc o n d i t i o n ，f u l lo fo x y g e nh i g h e rt h a nl a c ko f o x y g e n ，mr a n g et h a t p p oc h a n g e sw i t hp hi sw i d e ，b u tc o n s i d e rt h es u b s i s t e n c e o fb i o l o g y , m i d d l ei st h eb e s t t h ea c t i v i t yo fp p oi n c r e a s e sw i t ht e m p e r a t u r e b e t w e e n0 - 。4 5 c ，t h ea c t i v i t yl o s th i g h4 5 c ar e s e a r c h i n gp r o p e r t i e so fp p o ，w e c a l lc h a n g es o m ec o n d i t i o n so fw e tl a n db ya r t i f i c i a l ，i m p r o v et h ed e o x i d i z a t i o n e n v i r o n m e n t w e ta n dd r ys o i lc o n d i t i o n 、d i s s o l v a b l eo x y g e n 、p ha n dt e m p e r a t u r e c a na f f e c tt h ea c t i v i t yo fp p o ，t h i sc a ni n s t r u c to u rs t u d ys c i e n t i f i c a l l y b yu p r i g h ta n dd i f f e r e n tl a y e r ss a m p l i n gm e t h o d ，w em e a s u r et h et o t a la n d a v a i l a b l ep h o s p h o ro fp h r a g m i t e sc o m m u n i sw e tl a n d 、p h a l a r i sa r u n d i n a c e aw e t l a n d 、b u c k w h e a tw e tl a n d、 e m p t yl a n da n ds h o a ll a n d w ec a nc o n c l u d es e d i m e n t l a y e ro fw e tl a n db yv a r i a t i o nt r e n do ft o t a lp h o s p h o r sw i t hd i f f e r e n tl a y e rs o i la n d p l a n ta f f e c tt ot o t a lp h o s p h o r s a v a i l a b l ep h o s p h o r s o fd i f f e r e n tp l a n ts o i lh a v e e s p e c i a ld i s t r i b u t e dt r e n d i nc o m p a r i s o nw i t ht o t a lp h o s p h o r s ，1 1 1 i sc a nr e l a t et o d i s t r i b u t i o no fr o o to fp l a n t p l a n ti st h em e d i ao fe l i m i n a t i n gp h o s p h o r s ，c o n s i d e r i n g t h ec o v e rd e g r e eo fp l a n t 、b i o l o g yc a p a c i t ya n dl i f e c y c l e ，i fw er e a pt h ep l a n te v e r y y e a r , n l ea c t i v i t yo fe l i m i n a t i n gp h o s p h o r si s p h a l a r i sa r u n d i n a c e ap h r a g m i t e s c o m n l u n i sa n db u c k w h e a t p h a l a r i sa r u n d i n a c e ai sp r e d o m i n a n c ep l a n tb e c a u s ei ti s s t r o n g e s ta m o n gp h a l a r i sa r u n d i n a c e ap h r a g m i t e sc o m m u n i sa n db u c k w h e a to f e l i m i n a t i n gp h o s p h o r s s t u d y i n gm e t a le l e m e n to fd i f f e r e n tl a y e rs o i lo fd i f f e r e n tp l a n t ，t h er e s u l t s h o w e dt h a tw e ts o i lp o s s e s sh o m o l o g o u s d i s t r i b u t i o no f ka n dn ai nd i f f e r e n t p l a n ts o i lp r e s e n td i f f e r e n c ea n ds e a s o n a lv a r i e t y d i s t r i b u t i o no f ka n dn ai n p h a l a r i sa r u n d i n a c e aw e tl a n da n dp h r a g m i t e sc o m m u n i sw e tl a n dh a v ep r o m i n e n c e d i f f e r e n c e i tc a nb er e l a t et od i s t r i b u t i o no f r o o t s p a c i a ld i s t r i b u t i o no f c u 、z n 、t e 、 m ne x i s td i f f e r e n c e t h ec o n t e n ti sv e r yl o wi n1 5 2 0 、2 0 2 5 、2 5 - 3 0 c m ，i n0 5 、5 - 1 0 、 10 15 c m ，m e t a le l e m e n tp r e s e ts p e c i a ld i s t r i b u t i o ni nd i f f e r e n tp l a n ts o i la n dd i f f e r e n t s e a s o n t h i si n s t r u c te c o l o g i c a lr e m e d i a t i o na n dw e e d i n go u td i r ts c i e n t i f i c a l l y ki st h ep r e r e q u i s i t en u t r i t i o ne l e m e n t ，am e n s u r a t i n ga v a i l a b l ek ，t h er e s u l t s h o w e dt h a tc o n t e n to fki sv e r yl o w , w ek n o ww h yp h a l a r i sa r u n d i n a c e ae x p a n da n d i i 贵州大学硕士学位鲨奎 ! ! 垦坐望丝圭堡竺垡堑丝墨苎竺查塞墨 _ - l _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ - 一 p h r a g m i t e sc o m m u n i ss h r i n kg r a d u a l l yt h r o u g ha n a l y s i so fc i r c u l a t i o no fk a n d c h a n g eo fw a t e r l e v e l p h a l a r i sa r u n d i n a c e ai sa d a p tt og r o w t hi nw e t l a n dc o n t r a s tt op h r a g m i t e s c o m m u n i s k e y w o r d s ：w e t l a n d ，p o l y p h e n o lo x i d a s e ，p h o s p h o r s ，m e t a le l e m e n t ，p h a l a r i s a r u n d i n a c e a ，p h r a g m i t e sc o m m u n i s i i i 贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 第一章绪论 1 1 湿地简介 1 1 1 湿地概念和特点 根据水文、土壤、植被等特点给湿地以明确的定义。但由于难以确定积水湿 地和水域的界线及无水湿地与陆地的界线；一些地理学家、土壤学家、水文学家、 生物学家、社会学家及经济学家等对湿地研究的着重点不同，而使湿地的确切定 义至今仍有争议。 1 9 5 6 年美国鱼类与野生生物保护机构对湿地的定义为：“湿地表面暂时或永 久有浅层积水，以挺水植物为其特征，包括各种类型的沼泽、湿草地、浅水湖泊， 但是不包括河流、水库和深水湖。” 1 9 7 1 年由苏联、加拿大、澳大利亚、英国等3 6 国在伊朗签署的国际重要湿 地条约拉姆萨( r a m s a ) 条约，把湿地定义为：“湿地、沼泽、泥沼或水体的面积， 不论是天然的或人工的，永久的或暂时的，静止的或流动的水，淡的、稍咸的或 咸的水面积，包括退潮时海水不超过6 米深的海水面积。一般不包括珊瑚礁在 内。” 1 9 7 9 年加拿大湿地保护机构( z o l t a l ) 把湿地定义为：“水位在大部分时间接近 或超过土壤表面，并长有水生植物的地区”。 1 9 7 7 年5 月，美国政府公布第1 1 9 9 0 号总统令保护湿地，并提供6 0 0 万美元基金，进行湿地调查。 美国鱼类和野生生物保护机构在经过对本国湿地的多年调查之后，于1 9 7 9 年在“美国的湿地深水栖息她的分类”一文中，重新给湿地作定义为：“陆地和水 域的交汇处，水位接近或处于地表面，或有浅层积水，至少有一至几个以下特征： ( 1 ) 至少周期性地以水生植物为植物优势种：( 2 ) 底层土主要是湿土；( 3 ) 在每年的 生长季节，底层有时被水淹没。”定义还指湖泊与湿地以低水位时水深2 米处为 界， 1 9 8 7 年8 月，在加拿大、埃德蒙顿的国际湿地与泥炭生产论会上，加拿大 专家提出了一个湿地的定义：“湿地是一种土地类型，其主要标志是土壤过湿， 贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 地表积水( 水深小于2 米，有时含盐量高) ，土壤为泥炭( 泥炭层大于4 0 厘米) 或潜 育化沼泽土，生长水生植物，湿地生物或植物贫乏。” 湿地是地球上一种重要的生态系统。它处于陆地生态系统( 如森林和草地) 与水生生态系统( 如深水湖和海洋) 之间。换言之，湿地是陆生生态系统和水生 生态系统之间的过渡带( e c o t o n e ) 。湿地结合了陆地生态系统的属性，但又不 同于二者。 湿地的水文条件是湿地属性的决定性因子。湿地既不像陆生系统那样干， 也不像水生系统那样有永久性深水层，而是经常处于土壤水分饱和或有浅水层覆 盖。湿地与陆生系统的分界在土壤处于水分饱和范围的边缘：而与深水系统的交 界一般定为水深2 m 约相当于挺水植物可以生长范围边界。水的来源( 如降水， 地表延流，地下水，潮汐和泛滥河流) ，水深，水流方式，以及淹水的持续期和 频率决定了湿地的多样性。 水对湿地土壤的发育有深刻的影响。湿地土壤通常称为湿土或水成土 ( h y d r i cs o i l ) 。美国水土保持局给水成土下的定义是：“在生长季足够长时间 内，在不排水的条件下是饱和的、淹水的或成塘的，形成有利于水生植物生长和 繁殖的无氧条件的土壤。” 湿地由于其特殊的水文条件和水成土，支持了独特的适应此条件的生物系 统，湿地有丰富的生物多样性和很高的生产力，植被往往是湿地辨识的重要标志。 三个条件都存在的湿地是沼泽。沼泽只是湿地的一种主要类型。没有土壤 水饱和或土壤覆盖浅水层就不是湿地。没有土壤的岩岸，没有水成土的新水库， 及非土壤基质的河滩都不在狭义湿地范畴之内。某些地方( 如低洼地) 暂时不存 在水生植被，但存在有利于水生植物生长的湿土条件，也应属于湿地之列。 采用这个湿地定义是基于如下的理解：湿地是一种土地类型。它的促成因子 是水文条件。水来自降水、地表径流、泛滥河水、潮汐和地下水。地面经常的、 或季节性的、或脉冲式的( 潮汐) 覆盖浅水层；或地面常年不为水层覆盖，但水 位接近土表，土壤经常处于水分饱和状态。湿地位于水生系统与陆地系统之间的 过渡带。湿地与水生系统的分界为水深2 m 处；与陆地系统的分界为土壤水分饱 和带的边缘。水成土是湿地的重要特征。水成土就是水分饱和的或淹浅水的，处 2 贵州大学硕士学位论文 北周山湿地土壤生化特性及其生态意义 于无氧条件下的土壤。因此基底为岩石或砂质而没有土壤的淹水地带则不视为湿 地。水成土上可以生长水生植物。但有无水生植物生长并非湿地的必要特征。 1 1 2 湿地特性 湿地是一个开放型、多层次性、结构复杂的生态体系。生态湿地的生态特性 表现在以下五个方面。 ( i ) 脆弱性 湿地的形成是一个漫长的过程，是在特定时间特定地点内形成的生态系统， 是一种不可再生的资源。湿地生态系统的稳定性很大程度上决定于水体的稳定 性，水文条件直接影响着湿地内物理和化学性质( 如营养物质的有效性、土壤的 氧化还原电位、酸碱度、酶特性、沉积性质等) ，进而影响湿地内植物物种的结 构构成和丰度。湿地土壤含水量高，在土壤周围形成了一层水膜，水膜可以增大 土壤中离子的扩散表面积，减少离子扩散路径，有利于离子在湿地内的累积和转 化。土壤周围的水膜还为土壤提供了一种还原性的环境，有利于有机质等一些容 易被氧化的物质积累和扩散。湿地脆弱性反映了水文条件的脆弱性，水体的水文 条件极易被人为的破坏，因此保持湿地周围水体水文条件的稳定性成了湿地生 态、湿地可持续性的充分条件。 ( 2 ) 高能值 为了评价湿地生态价值，o d u m “。11 9 8 3 年首先提出了能值的概念，它给出 的单位为焦耳。简而言之，能值就是生态湿地内植物和动物所具有的能量，是生 态湿地价值的物化。通过这种物化就可以和经济学中价值相比较，更好体现湿地 的价值。t o n “1 等通过对j a c k s o nc o u n t yw e t l a n d ( a r e a = 2 4 9 1 0 5m 2 ) 的生 态环境价值评价可以知。此湿地2 0 年可以净吸收1 5 2 x1 0 ”s e j ，6 0 年可以净吸 收s 7 4 x 1 0 ”s e j ，转化为价值分别为$ 7 5 60 0 0 和$ 2 8 7 00 0 0 。可见湿地的物 化价值非常高，以2 0 年计算，产生的净价值为$ 3 m 2 。并且湿地生产出的净价 值并不相同，而是逐年递增。 ( 3 ) 水陆过渡性 湿地是介于陆生和水生生态系统过渡型的生态体统，这可以从湿地的空间分 布和湿地内的生态性质看出。湿地是由于水体的液相物质和固相物质互相作用而 形成的一个即不同于水体也不同于土壤的生态交错带。湿地内水文往往具有明显 贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 的周期波动性，水量和水化学性质也呈现规律性交替，故有利于湿地的相对稳定 性，使得湿地的生态环境呈现多样性，为湿地内生物提供了充足生存空间，在逆 境中适应环境，有利环境中利用优势。水陆过渡性导致了湿地优劣环境的更迭， 湿生植物在优劣环境中显示了它的适应性和可塑性，为人工湿地湿生植物选择提 供前提。 ( 4 ) 结构复杂性 湿地是集植物、动物、微生物、土壤、水体等为一体的生态系统，也是一 个集物理变化、化学反应、生化反应、酶反应以及光化学反应等为一体的综合反 应体系。湿地结构复杂性给湿地的定量研究带来了一定的难度，并且研究湿地时 要因地制宜。 ( 5 ) 功能多样化 天然湿地是自然形成的一个多功能性的生态系统，由于天然湿地的多功能性 和运营成本低的特点，人们模仿天然湿地的形态营造人工湿地来解决日益恶化的 环境。其功能表现在以下几个方面。 第一，气候和水文调节功能。湿地土壤和植被分别以水分蒸发和蒸腾作用的形式 把大量的水分送给大气，使局部气温和气候条件得到改善，常常形成局部的小气 候，这对于局部地区环境改善有非常大的作用。 第二，湿地具有重要的调蓄功能，它对洪水控制，减少洪峰冲击有重要作用。湿 地的调蓄能力是通过地表积水，植被根系和土壤的持水能力来实现的，湿地内植 物尤其是高大的木本植物在减少洪峰冲击方面有重要作用。 第三，物质生产功能：物质生产功能主要体现在植被上，在以处理废水为目的的 湿地中生产有经济价值的水生动物是不可能的，因为通过物质循环会转移到人的 身上，损害人体健康，但是接种一些水生动物可以改善湿地内部的生态结构，更 有利于湿地物质循环。湿地可以栽种一些有经济价值和观赏性的植物，比如说芦 苇，芦苇生物量大，物质代谢能力强；它可以供人们欣赏，作为一种景观植物： 芦苇枯萎后又可以作为一种造纸的原料，具有经济价值。故现在人们把芦苇作为 湿地湿生植物的首选。 第四，生态修复功能：湿地可以去除和转化流经湿地水中有机和无机营养物质和 污染物。水体在流经湿地时，水体中的氮、磷、硫、甲烷、二氧化碳可以通过植 4 贵州大学硕士学位论文北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 物和微生物的累积、物理沉积、反硝化三种方式进行去除，湿地对它周围物质循 环也有着非常大的作用。1 。湿地中的无机营养成分可以通过生物体转化为有机物 进而在食物链中进行循环，湿地中沉积的有机物可以长期有效的截留营养物质和 毒素“1 。湿地植被通过根系对沉积物的络合可以降低水的浑浊度、改善水质以及 降低水流速度0 1 。湿地植被还可以同化一些金属离子和化合物，截留沉积物和悬 浮物鲫。基于湿地以上功能，模仿天然湿地构型而设计的一些人工湿地日益受到 人们重视，并且已经把人工湿地用于了污水处理，收到了良好效果。 湿地相对于其他的生态修复方式具有投资少、运营费用低、处理能力强、生 态修复效果好的功能，故我们研究湿地作用机制以及合理的数学模型，建造适合 我国国情生态湿地势在必行。 i 1 3 湿地分类 目前把湿地分类方法分成成因分类法和特征分类法两大类。成因分类法根据 形成湿地的地貌部位和生态系统来区别湿地。特征分类法根据湿地的表观特性和 内在动力学特征来区分湿地，使湿地分类定量化。 ( 1 ) 成因分类法 成因分类法中以c o w a r d i n “”( 1 9 7 9 ) 提出的分类法最具影响。他把湿地分 为系统、亚系统、类、亚类和优势种5 个层次。系统根据不同成因可分为海洋湿 地、河口湿地、河流湿地、湖泊湿地和沼泽湿地五大系统，依据系统内水文特征 分为亚系统，根据占优势植被生命形态和基底组成等湿地外貌特征把系统分成湿 地类，依据湿地内植被不同又把湿地分为亚类，用附加的优势种特征描述较为特 殊的湿地特征即为优势种。r a m s a r “町在c o w a r d i n 成因分类基础上把湿地分为 深海和海岸湿地、内陆湿地、人工湿地三大系统，使湿地分类方法更加简单直观。 ( 2 ) 特征分类法 b r i n s o n “”提出了一种新的湿地分类方法一水文动力地貌学分类方法，把湿 地的地貌、水文和动力学特征看成是一个同等重要的整体。湿地地貌位置分为河 流地貌系统、凹地貌系统、海地貌系统和泥炭湿地四个系统；水文特征主要根据 水体补给来源分为降水补给类、地表漫流补给类和地下水补给三大类；水动力特 征根据湿地水流强度和流向分为垂直起伏流、无定向水平流和双向水平流三类。 1 1 4 湿地净化污水机理 贵州大学硕士学位论文北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 湿地净化污水机理在于充分利用湿地环境所发生的物理、化学和生物反应来 净化污水，包括沉淀、吸附、过滤、溶解、气化、固定化、离子交换、络合反应、 硝基化、反硝基化、生物转化和细菌、真菌的异化等具体过程。当污水流经湿地 时，污水中悬浮物会被土壤及植物根系阻挡拦截，有机物质通过微生物的同化吸 收和异化分解去除。湿地床层中，由于植物根系对氧的传递释放，湿地周围的微 环境依次呈现出好氧、缺氧及厌氧状态1 1 2 1 。故水体中氮、磷不仅能被植物及微 生物作为营养成分直接加以吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的 过量积累而去除“1 。 1 2 北固湿地概况 该湿地处于长江中下游平原的镇江北固山脚下，位于东经1 1 9 。2 8 ，北纬3 2 。 1 5 ，属于东部季风湿润区，为北亚热带，年降雨量达8 0 0 1 6 0 0 毫米，年平均气 温1 5 4 1 2 ，全年无霜期为2 4 0 2 6 0 天，年积温5 0 0 0 6 5 0 0 ，而且四季分明，适 合多种植物的生长。 1 2 1 湿地所属水体水文状况 北固山湿地所处长江内江，长江镇江段全长5 7 k m ，属于感潮河段，每日涨 落两次，最大潮差不足2 m ，最小潮差0 1 m ，平均潮差1 0 m 左右。长江镇江段潮 位，除了受江洪、潮汐影响外，还受台风、区间洪水、气候等自然因素的干扰， 以江洪为主。一般汛期潮汐影响较小，枯水潮汐影响较大，潮汐为不规则的半日 期混合型，感潮较强，涨潮历时约3 h ，落潮历时约9 h 。每月两次大潮出现在农 历的初三前与十八后。每年5 9 月份为汛期，长江水位高潮一般4 5 6 5 m ， 低潮为4 0 5 o m ；1 0 月至次年4 月份为枯水期，长江水位高潮一般为4 5 - - 6 5 m ，低潮2 o 一3 5 m 。 内江与长江水量交换大，每年内江换水量接近1 0 0 次，主要发生在丰水季节。 由于严重的泥沙淤积，内江大多数区域堤高超过1 m ，到了枯水期，内江水位在 低潮时会低于0 5 m ，除航道之外，内江江底大多露出水面。由于长江镇江段处 于长江感潮河段，每天涨潮落潮两次，涨潮时间为3 h ，落潮9 h ，平均潮差9 6 c m ， 最大潮差2 3 3 c m ，在潮差之外，叠加长江水位在枯水期和丰水期之间的变化，故 内江水位变化剧烈，年最大水位变化在6 m 左右。内江面积大，在强风作用下， 贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 内江浪高可达6 0 c m 。 1 2 2 湿地土壤状况 湿地内土壤总的氮、磷、钾、速效磷、速效钾以及速效氮含量都比较高，可 以满足植被正常生存需要，故湿地内植被长的比较茂盛，对湿地内空地的人为改 造提供了理论基础。湿地内的金属离子含量不是太高，也能达到植被生存所必需 的微量元素，锰离子含量高，人为影响比较大，它可以改变湿地内的氧化还原电 位，还可以作为一些酶类的活性中心，有利于维持湿地动态平衡。 表i - 1 供试湿地土壤基本性质 t a b l e l 1t h ep h y s i c - c h e m i c a lp r o p e r t i e so f t h em a r s hs o i li ne x p e r i m e n t 指标钙镁铜锌铁 锰 含量 m g k g 1 7 9 83 0 71 2 0 7 1 2 3 湿地群落物种构成 北固山湿地内植被物种有禾科、菊科、蓼科等2 8 个科5 2 种，在不同季节分 别以芦苇、稿草、为优势种，呈现明显的季相特点：3 4 月以覆盖度占1 0 8 0 的葫草为主，该阶段荫草生长旺盛，具有良好的生态、景观效果。4 7 月约 以原有祷草和覆盖度为1 0 的芦苇为主，两种植物相间生长，高低交错，层次 分明，在春季具有良好的景观效果和生态功能。6 一1 1 月靠近堤边早苗蓼生长旺 盛，9 1 0 月开花产生种子，为湿地景观欣赏性增加了不少特色。随着7 月份丰 水期的到来，稿草被淹没死亡，能够存流下来的只有芦苇等少数物种，加上当地 渔民的围网捕鱼，使得本来覆盖度低的芦苇植被严重破坏，出现大量的破碎片断， 这一状况一直到第二年3 月。按照植物学、形态学以及植物群落特征划分原则， 并参照中国植被一书的分类标准，北固山湿地植被属于沼泽组禾草沼泽亚型 芦苇群系组芦苇一鹃草群系。依据对湿地的现场调查发现，随着湿地高程变化， 植物种类和覆盖度上呈明显带状分布，可以划分为四个区域：高程范围在3 2 3 5 m ，距离堤边约3 2 0 - - 3 7 m 之间；高程范围在3 5 3 7 5 m ，距离堤边约2 0 0 一 7 贵州大学硕士学位论文北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 3 2 0 m 之间；高程范围在3 7 5 4 8 m ，距离堤边约3 0 - - 2 0 0 之间：高程范围在4 8 5 4 m ，距离堤边约o 一3 0 m 之间。 1 2 4 北固山湿地水质检测结果和采样平面图 表1 - 2 水质监测结果 t a b l e1 - 2 i n s p e c t i v er e s u r so f w a t e rq u f l i t y 序温度 d o p h s s c o d m t nt p 号 ( ) ( m g l ) 值 ( m g l )( m g l )( m g l )( r a g l ) 11 7 82 36 9 8 8 58 3 79 3 33 9 0 21 8 64 59 22 4 59 2 97 1 6 o 9 3 32 1 6 、2 16 73 5 58 2 21 1 0 31 1 l 4 1 8 2 5 66 92 3 59 2 38 5 50 4 9 51 7 95 57 32 5 57 6 91 1 5 l0 3 4 61 8 22 37 o9 8 08 5 81 5 5 92 8 8 8 贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 图l - 1 水质检测采样平面图 f i g l - i i c h n o g r a p h yo f c o l l e c t i n gw a t e r 湿地水体溶解氧从堤边到外江边呈上升趋势，而s s 、c o d m 。、t n 、t p 含 量呈现降低趋势。堤边水体人为影响大，水体污染比较严重。而上述五种指标的 变化趋势反映了湿地对堤边水体的净化能力，有效地防止了水体的富营养化和悬 浮物对江水的污染。 1 3 湿地土壤生化特性及湿生植物研究现状和进展 1 3 1 湿地土壤酶研究现状和进展 土壤酶主要来源于土壤微生物和植物根系的分泌物以及动植物残体分解释 放的酶，包括氧化还原酶类、水解酶类、裂解酶类和转移酶类。自1 8 9 8 年w o o d 首次从土壤中检测出过氧化氢酶活性以来，土壤酶学迅速发展，成了一门介于土 壤生物学和生物化学之间的一门新兴边缘交叉学科“5 删。8 0 年代中期，土壤酶学 的理论体系逐渐完善，土壤酶和土壤理化性质之间关系得到重点研究，检测手段 和提取方法也得到改进“l a 2 0 l 。8 0 年代中期以后土壤酶学与林学、生态学、农 学和环境科学相互渗透，并且已经超越了经典土壤学的研究范畴，日益受到了学 者的重视“”2 5 1 。土壤酶可以作为土壤质量的一个活性指标，b n a d i c k 啪1 等研究了 酥油草和三叶草轮作系统以及小麦修耕地、只施无机氮肥、增施绿肥或牛粪处理 后对土壤酶活性的影响，结果表明，这些措施可以明显增加酶活性。土壤酶还可 以作为土壤污染程度的指标，g i l 位力等研究了城市固体废物堆肥对农田土壤酶活 性和微生物生物量的影响；m o r e n o a 。”等研究了镉对土壤尿酶、脱氢酶活性的影 响，发现镉对土壤尿酶、脱氢酶活性有明显的抑制作用：化学肥料、除草剂、灭 衔刑等刈土壤酶活性影响的报道也较多。土壤受污染程度，污染物是什么，一般 都址表现在一种特定的酶活性上，所以可以通过酶活性来判断土壤受污染的程 度。 随着分子生物学技术，土壤微生物技术的不断发展，d n a 技术、p c r 技术、 凝胶电泳技术、荧光微型板酶检测技术，超速冷冻离心技术已经开始用于土壤酶 与土壤周围环境关系的研究，也成为2 1 世纪主流研究目标，土壤酶的来源、性 质、功能及其在生态系统中的作用和地位必然会逐步揭示出来o “”1 。土壤酶在 降解有机污染物和处理重金属方面有特殊作用，故土壤酶在环境修复中的作用也 9 贵州大学硕士学位论文 北圃山湿地土壤生化特性及其生态意义 得到了体现，把土壤酶和环境保护联系起来。湿地土壤以还原性质为主，不利于 湿地生态系统的物质循环，因此对湿地内的生物提出了严峻考验，为了改善湿地 内还原性的环境，土壤中一些氧化酶的研究得到了重视，通过对氧化酶性质的研 究，就可以人为控制湿地的氧化还原性质，更有利于湿地的维持和发展。 1 3 2 湿地氮、磷研究现状和进展 水体中的氮、磷是引起水体富营养化的主要因素，故控制水体中氮、磷浓度 成为遏制水体富营养化、保持水体正常生态功能的关键。天然湿地一般都是江、 河、湖、海的一部分，故对水体中氮、磷起到一种缓解的作用：对于一些连接水 体和河岸为一体的湿地，河堤边人为影响比较大，水体氮、磷浓度高，对于主干 水体富营养化有潜在的威胁，这种类型湿地对于防止水体富营养化有非常重要作 用：对于一些以处理废水为目的的湿地，处理后水的氮、磷浓度要低于一定的水 平才能排放，湿地的氮、磷处理能力变的尤为重要。 目前人们对湿地氮、磷的研究主要集中在三个方面：湿地对氮、磷的去除机 制、影响湿地氮、磷去处能力的影响因素和湿地对氮、磷的去除能力。湿地对氮、 磷去除机制包括基质对氮、磷的吸附和沉积，湿生植物对氮、磷吸收和转化以及 微生物对氮、磷利用和转化。r e c l d y 在研究中发现人工湿地中7 8 7 的磷可能 通过沉淀和吸附反应而降解，还研究了风眼莲等八种植物对氮、磷去除能力的大 小 3 2 1 。缪绅裕”1 等在研究人工污水中的磷在模拟秋茄湿地系统中的分配与循环 中发现，人工污水中的磷主要存在于土壤中，湿地中有效氮、磷的转化都是靠湿 地中硝化细菌和磷细菌来完成的。影响湿地去除氮、磷的主要因素有温度、二氧 化碳、p 1 1 、溶解氧浓度等“3 5 。3 6 , 3 7 3 8 | 。湿地氮、磷处理能力成为了建造湿地的热 j _ n d 题，一般人工湿地通过进水量和出水量的氮、磷浓度之差来判断湿地的去除 能力的。”“，但是这对于天然湿地的处理能力提出了挑战，因此研究湿地内氮、 磷时空分布以及动态分析就显的非常重要。 1 3 3 湿地内金属离子研究现状和展望 湿地金属元素，通过食物链传递并在生态系统中积累，直接或潜在地影响湿 地生态系统以及江河湖海等水体环境。湿地内金属元素可以给湿地生态系统内的 生物提供生存所必要的大量元素和微量元素，使得生物的生长不至于出现畸形 化，但是湿地内的重金属也给生物的生存提供了威胁，并且通过食物链转移到人 1 0 贵州大学硕士学位论文 北固山湿地土壤生化特性及其生态恿义 体，故研究湿地金属离子对整个生态系统的良性循环有重要意义。目前对湿地金 属离子研究主要集中在以下几个方面。 ( 1 ) 金属沉积物有效性研究。湿地沉积物一般认为是金属积累的主要方式，由 于湿地含水量大，呈现还原性质，导致湿地金属离子以不溶硫化物和晶体形式存 在，不利于金属离子活化和生物吸收，故湿地金属离子有效性、影响金属离子有 效性的因素以及改变湿地的氧化还原电位成为人们研究的焦点。 ( 2 ) 微生物对湿地金属离子影响。微生物是自然界数量最大、对人们生活最为 密切的一种生物，由于微生物的特异性和对金属离子选择吸收性，微生物可以活 化湿地中金属离子，还可以对湿地一些离子进行转化和吸收，对于日益严重的重 金属污染，分离和选育具有重金属去除和转化能力的微生物就显得非常重要。 ( 3 ) 湿地内金属的转化方式和迁移规律。湿地内植被是金属元素转化的最主要 方式，湿地内植被对金属离子的影响主要包括金属离子在根部的固定吸收、金属 离子在植物体内部组织传输和分配以及不同种植物对金属元素积累能力大小。 ( 4 ) 重金属对湿地生态系统的影响和重金属在湿地系统中的转化。重金属可以 使整个生态系统受到毁灭性的破坏，但是湿地对重金属也有一定的缓冲能力，重 金属在一定的范围内不会对生态系统产生危害，还可以把重金属转化为无毒的物 质，减少重金属对生态系统的危害。 金属离子是土壤重要组成部分，由于土壤胶体性质，有的离子以矿物形式存 在，有的以络合物形式存在，故研究湿地生态系统金属离子来源、转化和有效性 利用对维持湿地的动态平衡有非常重要的作用。连宾“”研究了硅酸盐细菌解钾作 用原理，对于一些绝对钾含量高而有效性钾含量低的土壤有非常重要意义。金属 离子的刚空分布对湿地的清淤和植被季节性收割有着到作用，吴沿友等“”通过对 北i 刮山湿地不同植被对土壤中的金属元素空间分布及变化的影响研究，探讨不同 的植物对湿地土壤中的元素运转的影响，为湿地的生态修复和生态清淤提供理论 依据。 1 3 4 湿地湿生植物的研究现状 植物是湿地内物质循环的核心，故湿地内植物的研究对湿地内物质积累、转 化、分配以及湿地内植被时空分布有指导意义，还为人工湿地内植被的选择提供 基础。湿地内植被选择要满足适应能力强、耐污能力强、净化能力强、根系发达、 贵州大学硕士学位论文北固山湿地土壤生化特性及其生态惑义 经济和观赏价值高五个特点。具有以上五个特点的植物才可能作为湿地内湿生植 物。湿地内植被选择要把湿地看成一个系统，不但要研究湿地内植被对土壤及水 体去污能力，还要把植物本身特性结合起来，比如植物本身光合作用、水势、酶、 遗传、选育等一些生理指标的研究，通过这些研究，可以对湿地进行人为控制， 因地制宜选择特定植被对污水进行处理。 1 4 立题的目的和意义 本论文以国家“十五”重大科技专项( 2 0 0 3 a a 6 0 1 1 0 0 3 ) 镇江水环境质量 改善与生态修复技术研究及综合示范( 第三分项) ：生态堤一滨江带一湿地系统 的修复与污染控制技术研究及示范为立题背景。通过对湿地不同性质的微观研 究，并对一些优势环境进行维护，对正在恶化的环境进行改善，最终建造一个宏 观的生态系统达到湿地系统修复和污染控制的目的。湿地生态修复符合时代发展 趋势，逐渐受到大家的重视，故湿地生态修复具有远见性。湿地处理污水在我国 才刚刚起步，理论和实践都不是十分完善，即使根据某一湿地特征建立了适合此 区域湿地结构，或者建立了比较完善的数学模型，也不能取而用之，因为滨江带 生态湿地具有自己特有的气候、水文、土壤特征。故我们还要从基础工作做起， 因地制宜建造适合滨江带的湿地系统。本论文通过对土壤理化性质及植物生理性 质的研究，不但为滨江带湿地修复提供基础性研究数据，还增加人们对生态湿地 处理污水环境经济价值的认识，使更多的研究学者投入湿地研究领域，不断完善 湿地理论和实践体系，争取用一种低投入、高效率的湿地方法处理人们排放的生 活废水，为湿地作为2 1 世纪最具影响力的污水处理方法奠定基础。 1 5 本论文的主要研究内容 湿地属于一种还原性系统，一些氧化酶对湿地非常重要，可以有效利用浸滞 湿地表面水中的氧，从而增加水膜竖直方向氧的梯度，更容易氧的扩散。多酚氧 化酶不但可以有效地利用水中的氧，还可以对土壤中的酚类物质氧化，加快酚类 物质的分解和转化：本文通过对土壤多酚氧化酶性质的研究，找到了改善土壤氧 化性质的最佳条件，为酶在生态修复中的利用提供理论可能性。 磷是植物所必需的大量营养元素之一，但是有效磷浓度太高会造成水体富营 养化以及湿地的退化。通过滨江带生态湿地不同植物下湿地土壤磷状况和植物脱 磷效应的研究，分析了湿地土壤沉积层次，植物根系对速效磷分布影响以及不同 贵州大学硕士学位论文北固山湿地土壤生化特性及其生态意义 植物脱磷能力的高低，并且找到了湿地脱磷能力强的优势植物。 金属元素在湿地中扮演着非常重要角色，特别是一些重金属，通过对北固山 湿地不同植被对土壤中的金属元素空间分布及变化的影响研究，探讨不同的植物 对湿地土壤中的元素运转的影响，为湿地的生态修复和生态清淤提供理论依据。 钾是植物所必须的元素，植物又是湿地的核心，以钾为中心，以植物为中介， 把北固山湿地钾的研究与湿地的生态状况结合为一体，为北固山湿地的生态保护 和生态修复提供理论基础和指导方法。 湿地具有生物多样性和很高的生产力，植被往往是湿地辨识的重要标志，故 湿地优势植物的选择对营造合理的生态系统有非常重要作用，通过与其它一些植 物进行比较，发现葫草是一种超累积植物，并且在某些性质上优于人们首选的湿 生植物芦苇。 参考文献 【1 】h o w a r dto d u m s y s t e me c o l o g y ：a l li n t r o d u c t i o n j w i l e y , n e wy o r k 1 9 8 3 ，6 4 4 2 1 h o w a r dto d u m e m e r g yi ne c o s y s t e m s i n ：p o l u n i n ，n ( e d ) ，e c o s y s t e mt h e o r ya n d a p p l i c a t i o n s j w i l e y , n e wy o r k 1 9 8 3 ，3 3 7 3 6 9 【3 】h o w a r dto d u m e m e r g y , e n v i r o n m e n t a la n dp u b l i cp o l i c y ：