崇西濕地生態(tài)系統(tǒng)中胞外酶的功能研究.pdf

1、胞外酶是土壤酶的一種重要類型,指在細(xì)胞內(nèi)合成后穿過細(xì)胞質(zhì)膜以游離態(tài)存在于環(huán)境中的酶。胞外酶的分解作用是濕地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)物質(zhì)分解過程的限制性步驟,在一定程度上控制著濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。目前,濕地沉積物中胞外酶的研究同益受到人們的關(guān)注。由于濕地類型多樣,濕地胞外酶的研究較為分散,主要集中在胞外酶的來源、檢測手段、時(shí)空分布、對(duì)干擾的影響等,且大部分胞外酶研究都集中在陸地生態(tài)系統(tǒng)。有研究認(rèn)為胞外酶是濕地凈化功能的重要指標(biāo),但不同濕地類型中胞

2、外酶的分布和凈化能力差異尚不清楚。目前已經(jīng)有很多關(guān)于植物對(duì)胞外酶活性影響的研究,但主要是針對(duì)森林和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),對(duì)河口潮灘濕地植物群落下胞外酶的研究尚未涉及。有關(guān)動(dòng)物與胞外酶活性的研究比較缺乏,已有的研究主要是陸地生態(tài)的幾種土壤動(dòng)物,對(duì)河口潮灘濕地大型底棲動(dòng)物對(duì)胞外酶活性影響的研究均尚未見報(bào)道。 本文以長江口崇西濕地為研究基地,通過野外觀測和實(shí)驗(yàn)室檢測,對(duì)與氮、磷循環(huán)密切相關(guān)的4種胞外酶的生態(tài)學(xué)特性進(jìn)行了研究。主要研究成果如下：

3、 (1)濕地系統(tǒng)胞外酶活性的時(shí)空分布及其在水質(zhì)凈化功能中的作用研究,研究顯示：較高的酶活性+完整的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(高生物量)能促進(jìn)濕地凈化功能,使?jié)竦仄鸬絽R的作用,反之,缺乏任何一個(gè)條件,部只能導(dǎo)致濕地成為營養(yǎng)物質(zhì)的釋放源。 2007年7月～2008年3月,采樣野外觀測和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法,對(duì)崇西地區(qū)5種濕地的沉積物胞外酶活性和間隙水氮、磷含量進(jìn)行了對(duì)應(yīng)分析。這5種濕地分別是自然潮灘、內(nèi)陸通江河道、內(nèi)陸不通江河道、潮灘人工

4、林澤和內(nèi)陸淺水湖泊,本實(shí)驗(yàn)選取與氮、磷循環(huán)密切相關(guān)的堿性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶4個(gè)指標(biāo),分析了胞外酶的時(shí)空分布,探討了胞外酶活性對(duì)濕地氮、磷凈化功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)： 1)自然潮灘、內(nèi)陸通江河道、內(nèi)陸不通江河道、潮灘人工林澤和內(nèi)陸淺水湖泊5種濕地類型沉積物的堿性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶活性的時(shí)空差異顯著。潮灘人工林澤的4種胞外酶活性均最高,自然潮灘和內(nèi)陸不通江河道的胞外酶活性較高,而內(nèi)陸淺水湖泊的胞外酶活性最低

5、。這可能是由于高的有機(jī)質(zhì)含量導(dǎo)致高的酶活性；在季節(jié)分布上,大體上,夏秋季節(jié)的酶活性較高,冬季酶活性最低,4種胞外酶的季節(jié)變化比較一致。 2)堿性磷酸酶、脲酶、蛋白酶在濕地氮、磷循環(huán)中起重要作用。在具有較高生物量潮灘植被的潮灘人工林澤和自然潮灘,沉積物中堿性磷酸酶活性與間隙水中總磷、溶解正磷酸鹽含量顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.989和-0.981(p<0.01);脲酶、蛋白酶活性與總氮、氨氮含量顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.

6、954、-0.975、-0.992、-0.997(p<0.01),高的酶活性對(duì)應(yīng)低的氮磷含量。而在缺乏初級(jí)生產(chǎn)者的內(nèi)陸不通江河道,堿性磷酸酶活性與總磷呈顯著正相關(guān),脲酶、蛋白酶與總氮呈顯著正相關(guān)。本研究認(rèn)為：高酶活+完整的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(高生物量)能促進(jìn)濕地凈化功能的,使?jié)竦仄鸬絽R的作用,3)在河口地區(qū)高營養(yǎng)負(fù)荷前提下,較高的胞外酶活性和完整的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(足夠初級(jí)生產(chǎn)者)是濕地凈化功能的必須條件,缺乏任何一個(gè)條件,都只能導(dǎo)致河口濕地成為

7、近海的營養(yǎng)物質(zhì)釋放源--胞外酶活性不高,營養(yǎng)物質(zhì)以碎屑物形式大量進(jìn)入近海,植被不多,營養(yǎng)物質(zhì)以無機(jī)形態(tài)或小分子形態(tài)進(jìn)入近海。這兩個(gè)情況都會(huì)造成近海污染,相比之下,后而一種情況會(huì)更加嚴(yán)重：夏季的高溫促進(jìn)酶活性的；在藻類的生長季節(jié)很容易發(fā)生赤潮。 (2)取樣分析了河口潮灘濕地不同類型植物群落(包括草本植物、木本植物和混合植物群落)中的酶活性,發(fā)現(xiàn)帶有菌根的、根系發(fā)達(dá)的木本植物如江南榿木(Alnus trabeculasa)能顯著提高

8、潮灘濕地酶活性。 2006年1月,采用野外觀測和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)崇西潮灘濕地江南榿術(shù)-蘆葦(Phragmites australis)群落、落羽杉(Taxodium dislichum)-蘆葦群落、旱柳(Salix-matsudana)-蘆葦群落和蘆葦群落的胞外酶活性進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)： 1)堿性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶在不同植物群落中的對(duì)應(yīng)特性較一致,大體上,呈現(xiàn)出4種胞外酶活性均較高或均較低的特征；

9、 2)江南榿木-蘆葦群落根際土壤堿性磷酸酶、蛋白酶、脲酶和過氧化氫酶活性均高于其他植物群落,蘆葦群落的4種胞外酶活性最低,可見根系發(fā)達(dá)的濕生木本植物能提高胞外酶活性,特別是帶菌根的植物效果更顯著。 3)對(duì)4種植物群落根際0～15 cm,15～30 cm,30～50 cm和50～70 cm胞外酶活性的分層研究發(fā)現(xiàn)：4種植物群落根際胞外酶活性的垂直分布規(guī)律較一致。蛋白酶、脲酶活性均隨著土壤深度的增加顯著降低,其中脲酶平均下降

10、了61.93％,下降最為顯著；堿性磷酸酶活性總體上隨著土壤深度增加而降低,但在15～30cm亞表層出現(xiàn)峰值；過氧化氫酶活性隨土壤深度變化不明顯； 4)對(duì)4種植物群落根際和非根際胞外酶活性的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),4種植物群落根際的胞外酶活性均高于非根際。 (3)無齒螳臂相手蟹(C. dehaani)對(duì)潮灘濕地胞外酶的影響研究表明大型底棲動(dòng)物的掘穴行為能顯著提高潮灘濕地沉積物胞外酶活性和總氮、總磷含量。 無齒螳臂相手蟹是在長江河口濕

11、地為分布很廣的優(yōu)勢底棲動(dòng)物種,在崇西地區(qū)單位面積生物量最高達(dá)到13.20g AFDW·m-2,是區(qū)域內(nèi)常見底棲動(dòng)物中最高的。2007年9月,采用野外觀測和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)棚結(jié)合的辦法,對(duì)崇西濕地沿不同高程分和的5個(gè)樣點(diǎn)的無齒螳臂相手蟹假糞球、洞穴土壤和周圍對(duì)照土壤的胞外酶活性和總氮、總磷含量進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)： 1)隨著高程的增加,無齒螳臂相手蟹假糞球、洞穴土和無洞穴對(duì)照土中的4種胞外酶活性和總氮、總磷含量均有增加的趨勢： 2