濕地、稻田土壤酚分布與活性及生態(tài)功能指示.pdf

1、全球碳循環(huán)已成為當(dāng)前氣候變化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的核心。碳素循環(huán)的特點(diǎn)基本上能夠反映生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的總體特征。土壤酶系土壤微生物、植物根系及動(dòng)物等分泌釋放，在土壤碳循環(huán)中起著重要的作用，它參與了土壤中一切復(fù)雜的生物化學(xué)過程，如土壤腐殖質(zhì)組分的合成及其分解，有機(jī)物質(zhì)、動(dòng)植物和微生物殘?bào)w的水解與轉(zhuǎn)化以及土壤中氧化還原反應(yīng)等。土壤有機(jī)質(zhì)不僅是土壤酶促反應(yīng)底物的主要供源，而且還可以作為土壤微生物、酶和礦物質(zhì)的有機(jī)載體，是土壤固相中最復(fù)雜的系統(tǒng)

2、，是土壤肥力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)．
　　 對(duì)不同造紙廢水灌溉年限的鹽城海涂蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)中表層土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比分析，并考察了長期污灌后以土壤酶活性為指標(biāo)的土壤微生物學(xué)特征的變異規(guī)律。與對(duì)照區(qū)相比，污水灌溉區(qū)土壤pH值、電導(dǎo)率，總有機(jī)碳(TOC)、總凱氏氮(TKN)，有效磷和有效鉀含量等理化指標(biāo)值明顯提高。弱堿性的造紙廢水顯著增加了濕地土壤中鈉元素的含量，是土壤鹽堿化加重的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)因素，應(yīng)引起高度重視．濕地土壤中重金屬含量

3、亦有明顯增加的趨勢．灌溉4a后的土壤中β-葡萄糖苷酶的活性提高顯著(115.3％)，酸性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性則分別增加了26.2%和45.9%，蛋白酶活性也增加了12.6%．然而脲酶活性卻未發(fā)現(xiàn)有顯著變化，可能與濕地土壤集聚的重金屬元素抑制作用有關(guān)，尚需要進(jìn)一步的深入探討．濕地土壤短期灌溉實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：短期內(nèi)(25 d)酶活性的應(yīng)激行為表現(xiàn)出顯著激活效應(yīng)，并未出現(xiàn)活性抑制現(xiàn)象，且造紙廢水灌溉CODcr值越高，各種酶的活性和土壤呼吸速

4、率受刺激的程度越大，酶活性和土壤基礎(chǔ)呼吸速率(R25)與土壤短期污灌強(qiáng)度之間具有良好的相關(guān)性，同時(shí)五種供試酶之間也密切相關(guān)，說明造紙廢水灌溉下的土壤碳、氮和磷循環(huán)是協(xié)同與和諧的，因此，利用濕地生態(tài)系統(tǒng)處理造紙廢水，必須加強(qiáng)控制進(jìn)水水質(zhì)．在關(guān)注濕地生態(tài)處理系統(tǒng)中氮、磷和CODcr等指標(biāo)去除效率的同時(shí)，必須掌握濕地系統(tǒng)本身理化性質(zhì)和微生物變異規(guī)律，密切關(guān)注濕地生態(tài)處理系統(tǒng)的能力和限度．
　　 采用室內(nèi)模擬恒溫培養(yǎng)方法，研究了不同濃度

5、、不同脅迫時(shí)間下重金屬Cd2+和Hg24對(duì)水稻土脲酶，蔗糖轉(zhuǎn)化酶和淀粉酶活性的影響．結(jié)果表明，中高濃度的Cd2+和Hg2+可顯著地抑制土壤脲酶，蔗糖轉(zhuǎn)化酶和淀粉酶的活性，定濃度抑制率隨著脅迫時(shí)間的延長和重金屬脅迫濃度的增加而增大，運(yùn)用對(duì)數(shù)方程可以很好的描述重金屬脅迫濃度與三種酶活性抑制率之間的關(guān)系(r2>0.902)．考察了三種應(yīng)試酶的生態(tài)劑量EDso值，發(fā)現(xiàn)不同處理時(shí)間脲酶的ED50值均低于蔗糖轉(zhuǎn)化酶和淀粉酶的ED50值，說明不同土壤

6、酶類對(duì)重金屬的敏感性有明顯差異，脲酶對(duì)重金屬污染響應(yīng)較為敏感。
　　 各種土壤酶在土壤基質(zhì)中的特定分布與土壤有機(jī)質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率密切相關(guān)。以江蘇宜興水稻土為對(duì)象，運(yùn)用土壤有機(jī)質(zhì)物理分級(jí)方法，考察了不同土壤酶分布特點(diǎn)．結(jié)果表明：各種水解酶在土壤各級(jí)物理組分中呈現(xiàn)明顯不同的分布特點(diǎn)。與顆粒態(tài)有機(jī)碳( POM)具有較快周轉(zhuǎn)速率相一致的是土壤中多糖類降解酶在POM分級(jí)組分中具有最高的活性分布。過氧化氫酶，脫氫酶和蔗糖轉(zhuǎn)

7、化酶主要分布在POM和粘粒物理分級(jí)組分中，砂粒組分中活性最低．多酚氧化酶和脲酶參與了土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化，最大活性分布是在粘粒中，且與有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率較慢相一致。預(yù)示著土壤礦物組分對(duì)土壤酶的固定及有機(jī)質(zhì)礦化的保護(hù)，可能是土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖進(jìn)程和有機(jī)碳周轉(zhuǎn)速率的重要影響因素。
　　 土壤酶多以物理、化學(xué)方式吸附在土壤有機(jī)、無機(jī)膠體或有機(jī)，無機(jī)復(fù)合體表面，或與腐殖質(zhì)形成配合物，其酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)行為與游離酶有較大差異．為更好地認(rèn)識(shí)酶

8、在土壤顆粒膠體表面的吸附、固定機(jī)制與催化活性，詳細(xì)研究了碳循環(huán)相關(guān)酶β-葡萄糖苷酶在水稻土土壤膠體顆粒(含有機(jī)質(zhì)粗顆粒COP、無有機(jī)質(zhì)粗顆粒CIP、含有機(jī)質(zhì)細(xì)顆粒FOP及無有機(jī)質(zhì)細(xì)顆粒FIP)表面的吸附和固定行為，考察了不同土壤顆粒固定化β-葡萄糖苷酶的底物催化生物化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特征．結(jié)果表明：由于FOP和FIP具有較大的比表面積和較高的鐵氧化物含量，表現(xiàn)出較大的β-葡萄糖苷酶吸附量（qo)和較低的吸附親和力(KL）．粗顆粒表

9、面吸附的β-葡萄糖苷酶的脫附率達(dá)27.6-28.5%，高于細(xì)顆粒外表面的吸附β-葡萄糖苷酶的脫附率(17.5-20.2%)。COP和CIP固定化β-葡萄糖苷酶活性分別為游離酶的72.4和69.8%，而細(xì)顆粒吸附β-葡萄糖苷酶的活性達(dá)到游離酶的79-81%．基于水稻土土壤膠體顆粒支持保護(hù)作用，土壤膠體顆粒固定化酶活性對(duì)pH值和溫度變化響應(yīng)不如游離酶敏感．在25℃條件下，經(jīng)過30d的存儲(chǔ)，游離β-葡萄糖苷酶能夠保有其初期活性的66.2%，而

10、土壤膠體顆粒固定化β-葡萄糖苷酶的活性仍有初期活性的77.1-82.4%。總體上說，土壤膠體顆粒固定化β-葡萄糖苷酶酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)米氏常數(shù)Km值增大，而最大反應(yīng)速度Vmax值降低，可能是土壤膠體顆粒固定化作用改變了酶分子活性點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)或土壤顆?；|(zhì)對(duì)底物的傳質(zhì)阻力增大的原因．土壤膠體顆粒固定化β-葡萄糖苷酶酶促反應(yīng)熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：固定化β-葡萄糖苷酶具有較低的Ea，△Ha和Q10值，且Q10值介于1.32-1.50，也意味著不同土壤膠