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,指在細胞內合成后穿過細胞質膜以游離態(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)有機物質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、時空分布、對干擾的影響等,且大部分胞外酶研究都集中在陸地生態(tài)系統(tǒng)。有研究認為胞外酶是濕地凈化功能的重要指標,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)有很多關于植物對胞外酶活性影響的研究,但主要是針對森林和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),對河口潮灘濕地植物群落下胞外酶的研究尚未涉及。有關動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)的幾種土壤動物,對河口潮灘濕地大型底棲動物對胞外酶活性影響的研究均尚未見報道。 本文以長江口崇西濕地為研究基地,通過野外觀測和實驗室檢測,對與氮、磷循環(huán)密切相關的4種胞外酶的生態(tài)學特性進行了研究。主要研究成果如下：

3、 (1)濕地系統(tǒng)胞外酶活性的時空分布及其在水質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)結構(高生物量)能促進濕地凈化功能,使?jié)竦仄鸬絽R的作用,反之,缺乏任何一個條件,部只能導致濕地成為營養(yǎng)物質的釋放源。 2007年7月～2008年3月,采樣野外觀測和室內實驗結合的方法,對崇西地區(qū)5種濕地的沉積物胞外酶活性和間隙水氮、磷含量進行了對應分析。這5種濕地分別是自然潮灘、內陸通江河道、內陸不通江河道、潮灘人工

4、林澤和內陸淺水湖泊,本實驗選取與氮、磷循環(huán)密切相關的堿性磷酸酶、脲酶、蛋白酶和過氧化氫酶4個指標,分析了胞外酶的時空分布,探討了胞外酶活性對濕地氮、磷凈化功能的影響。研究發(fā)現(xiàn)： 1)自然潮灘、內陸通江河道、內陸不通江河道、潮灘人工林澤和內陸淺水湖泊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,自然潮灘和內陸不通江河道的胞外酶活性較高,而內陸淺水湖泊的胞外酶活性最低

5、。這可能是由于高的有機質含量導致高的酶活性；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相關,相關系數(shù)分別為-0.989和-0.981(p<0.01);脲酶、蛋白酶活性與總氮、氨氮含量顯著負相關,相關系數(shù)分別為-0.

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

7、近海的營養(yǎng)物質釋放源--胞外酶活性不高,營養(yǎng)物質以碎屑物形式大量進入近海,植被不多,營養(yǎng)物質以無機形態(tài)或小分子形態(tài)進入近海。這兩個情況都會造成近海污染,相比之下,后而一種情況會更加嚴重：夏季的高溫促進酶活性的；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實驗相結合的方法,對崇西潮灘濕地江南榿術-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應特性較一致,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4種植物群落根際和非根際胞外酶活性的對比研究發(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)對潮灘濕地胞外酶的影響研究表明大型底棲動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)勢底棲動物種,在崇西地區(qū)單位面積生物量最高達到13.20g AFDW·m-2,是區(qū)域內常見底棲動物中最高的。2007年9月,采用野外觀測和室內實驗棚結合的辦法,對崇西濕地沿不同高程分和的5個樣點的無齒螳臂相手蟹假糞球、洞穴土壤和周圍對照土壤的胞外酶活性和總氮、總磷含量進行了研究。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