白洋淀湿地磷酸酶活性及其影响因素

聂大刚等： 白洋淀湿地磷酸酶活性及其影响因素
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图 !" 采样点分布示意图 #$%& !" ’()*+, -./ 01 2.-/3$4% 2$*)2
考察了磷营养物含量梯度上磷酸酶活性的变化， 认 为沿磷含量的梯度， 营养富足的地方对生物矿化作 用限制较小， 从而提高了纤维素的降解率， 营养输入 降低了微生物的移动性， 从而减弱磷矿化作用， 使得 （ )*** ） 更多的能量用于碳矿化。 !"#$ 和 %&’’("# 通过对 + 种不同类型湿地中土壤磷酸酶和芳香硫酸 发现在沼泽和草塘型湿地中， 酯酶活性 ) 年的研究， 水位和低温限制酶活性， 磷酸酶活性和磷酸盐含量 成反比。上述研究表明， 环境因子是影响湿地系统 酶活性大小的关键， 但究竟哪些因素是主要因素、 它 们是如何影响湿地中微生物酶活性进而影响湿地生 物净化、 这种影响如何量化尚不清楚。本文选取白 洋淀芦苇湿地安新县南刘庄附近岸边带土壤， 测定 土壤磷酸酶活性， 分析了环境因子变化对其影响， 为 深入认识湿地系统内部生物净化规律提供参考和 依据。 !" 研究地区与研究方法 !5 !" 研究区概况 白洋淀芦苇湿地位于 )),-+./0 —))1-23/0 ， +.4+/5—+*-26/5， 是典型的淡水芦苇湿地， 对整个华 北地区及海河流域具有重要的生态价值。近年来受 排污、 家禽养殖、 旅游业、 渔业等活动影响， 淀区水质 逐年恶化， 又加上农业灌溉、 地下水超采等活动使得 6224 ） 。尽管近年来 淀区面积逐年减少 （ 李英华等， 白洋淀环境危机受到当地政府的重视， 采取了调水， 控制上游工业污染等一系列措施， 但淀区湿地生态
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8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 生态学杂志8 第 D3 卷8 第 2 期8
中的干燥土。 （ "# $ "! ） 分别采集主干道中央 在 ! 个采样地 水平面以下 %& ’ ( 处表层水样， ) $ ’ 点混合， 现场 测定溶解氧 （ *+ ） 、 总溶解性固体 （ ,*- ） 、 ./、 氧化 还原电位 （ +01） 、 水温 （ ,） 等水体常规指标， 立即将 水样冷藏运回实验室并于 23 4 内测定化学需氧量 （ 5+* 56 ） 、 总氮 （ ,7） 、 总磷 （ ,1） ， 以了解整个实验期 研究区内水质背景值及变化情况。 !" #" #$ 样 品 分 析 方 法 8 水 样 常 规 指 标 采 用 美 国 9:;;<= -.6>?@ 公 司 9-AB!!%% 型 水 质 仪 现 场 测 定； 5+* 56 采用承德华通环保仪器公司 5,CB#D5+* 消解 仪测 定； ,7、 ,1 采 用 碱 性 过 硫 酸 钾 氧 化， 比色法 测定。 土壤全氮用 /D -+2 B/5;+2 消煮， 凯氏定氮法测 定； 土壤全磷用 /D -+2 B/5;+2 消煮， 钼锑抗比色法
生态学杂志 <=:6>G> ZAFD63I AL 1JAIA5N# "$$( ， 67 （.） ： *(%-B$’
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白洋淀湿地磷酸酶活性及其影响因素 !
聂大刚 # 王# 亮 # 尹澄清
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# 王为东
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（ ! 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京Байду номын сангаас!$$$%& ；" 中国科学院研究生院，北京 !$$$’( ）
（ "$$*<R.$’’$* ） 和国家自然科 !国家重点基础研究发展计划项目 学基金资助项目 （ .$B$!$%* ） 。 !!通讯作者 14O3:I：J?N:6V "*’C 6>E 收稿日期： "$$%4$*4!B# # 接受日期： "$$%4!"4$*
壤酶活性的大小表征了土壤生态系统的净化能力。 土壤酶指示法是通过分析不同环境因子下土壤酶活 性大小变化规律， 从微观层面上揭示生态系统生物 净化机理的一种重要的研究方法， 近年来取得了广 泛的应用和发展。9: 和 W3D3=（ "$$’ ） 选择了以色列 ’ 个不同干旱程度气候下的场地， 研究其土壤酶的 变化规律， 发现在表层 $ X & JO 芳香硫酸酯酶活性 占 &$Y ， 而表层 $ X " JO 的酶活性， 干旱地比湿润 地高， 冬季的脱氢酶活性低于春夏秋， 说明气候的干 湿交替影响了土壤酶活性的变化， 进而影响土壤生 态 系统的生物净化作用。 Q>6EA6 和 />MO36 （ "$$B ）
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摘# 要# 测定了白洋淀湿地岸边带土壤磷酸酶活性， 分析了水位波动、 温度变化、 营养底物 等主要湿地环境因子对其的影响， 以揭示湿地生物净化作用机制。通过灰色关联分析得 出， 湿地岸边带土壤磷酸酶与水位和温度的关联分别为 $) *’’ 和 $) *!( ， 表明土壤磷酸酶活 性受季节水位波动和温度变化影响显著； 方差分析表明， 土壤碳、 氮、 磷营养物质含量较高 地区的磷酸酶活性季节波动较大， 反映了湿地中含磷酸酯有机物降解受营养底物驱动； 通 过对主要环境因子和磷酸酶活性进行主成分回归分析， 建立了表征湿地土壤磷酸酶活性的 线性回归分析模型， 从而根据主要湿地环境因子对湿地生物净化能力进行推断和评估。 关键词# 土壤酶活性；磷酸酶；灰色关联分析；主成分回归模型 中图分类号# +&&# 文献标识码# ,# 文章编号# !$$$-.%($ （ "$$( ） $.-$*(%-$*
测定； 土壤有机质采用水合热重铬酸钾氧化比色法 测定。土壤磷酸酶活性采用对硝基苯磷酸氢二钠基 质， 比色法测定 （ ,"E"F"E"> G H6:(?:6， #I!I ； 章家 恩， D%%J ） 。 !" #" %$ 数据分析8 灰色关联分析 （ K0L ） 是以关联 系数计算为基本手段的一种灰色系统分析方法。在 给出主行为序列和影响因子序列数据之后， 通过计 算主行为序列和影响因子序列之间的关联系数， 得 出二者之间因果关联的程度。关联系数为 %& ’ 时 D 变量为中度关联。如果 D 个变量间关联系数大， 则 其因果关系大， 反之则小， 具体计算方法见文献 （邓 聚龙， #I3J ） 。 变量的正态分布检验采用 M<;(<@<6<NB-(>6?<N 法； 变量之间方差分析采用 +?:BO"P L7+QL； 采用 -.:"6("? 相 关 系 数 表 征 变 量 之 间 的 相 关 性 。 以上
:*- 4"2/’：GA:I >6SNO> 3JE:P:EN；K=AGK=3E3G>；5D>N D>I3E:P:EN 363ING:G；KD:6J:K3I JAOKA6>6E D>5D>GG:A6 OA@>IC # # 人为活动向湿地输入了大量外源营养型污染 物， 使湿地原有的物质循环形式发生改变， 生态系统 功能遭到破坏。为保护湿地生态系统， 一方面要有 力控制外源输入， 另一方面则应该采取措施优化并 提高湿地对外源污染物的截留和净化能力。在生物 净化过程中， 酶起着关键作用， 例如磷酸酶能酶促磷 酸酯的水解并释放出正磷酸盐， 参与有机物向无机 物的转化， 并且控制转化的速率。在一定程度上， 土
系统健康状况仍然不容乐观。 本文所选研究区域— — —安新县城南府河入淀口 是整个淀区污染最严重的地区之 一带湿地 （ 图 )" ） 一， 采样点沿淀区中府河流经的一条主干水道进行 布设， 经 ") 、 "6 、 "+ 、 "4 、 ", 和 "1 ， 进入开阔淀区， 沿线 水质逐渐好转， "4 、 ", 之间有一鸭场， "1 附近为旅游 总长约 +,22 ( （ 图 )7） 。 景点， 各点间隔约 ,22 (， !5 6" 研究方法 !5 65 !" 采样及保藏 8 选择土壤有机质 （ 9: ） 、 总氮 （ ;5） 、 总磷 （ ;<） 和含水率等为主要指标， 选择磷酸 酶为酶学研究指标， 自 6223 年 + —)6 月进行每月定 期采样分析。土壤样品采取多点混合分层采样法采 集， 即在采样点中 1 点 （ ") 、 "6 、 "+ 、 "4 、 ", 、 "1 ） 距离水 位线边界水平距离 6, =( 的坡岸处选取 + > , 点， 每 、 中 （ )2 > 62 =( ） 、 下 （ 42 > ,2 点分上 （ 2 > )2 =( ） =(）+ 层分别采集。将同层土样充分混合， 部分样 品在 4 ? 下冷藏保存用于测定鲜样酶活性和土壤含 水率 （ ) 周内完成） 。其余土样风干后测定 9:、 ;5、 ;<， 所有指标均测 + 个平行样， 取平均值作为最终 结果。 白洋淀在 6221 年冬季和 6223 年春季进行了引 且 黄济淀， 水位显著上涨， 但 6223 年夏季降雨量小， 夏季人为活动较频繁， 加剧了蒸发， 蒸发量大于降水 量， 使得夏季水位有明显回落， 创造了很好的水位波 动研究条件。取样点的位置随水位高低而变化， 夏 季水位低时， 所取土样是长期淹水状况下的湿土， 而 春秋 6 季水位高时所采集的土样是常年裸露在空气