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北方泥炭沼泽土壤酶活性对水热条件变化的响应及其意义

作　者: 贺灵
导　师: 向武
学　校: 中国地质大学
专　业: 地球化学
关键词: 全球变化碳循环泥炭沼泽酶活性水热条件
分类号: S154.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

全世界湿地面积约占陆地生态系统面积的5%,其中泥炭地(peatland)仅占1%,却拥有陆地生态系统近30%的碳储量,其总量与大气碳库相近,是地球上重要的碳库,也是生态系统中最重要的“碳汇”之一。北方泥炭沼泽中,由于其较低的环境温度和较低的pH,其有机碳分解较缓慢,碳输出速率小于碳积累速率。长期以来,这种不平衡导致北方泥炭沼泽积累了大量的有机碳。湿地中有机碳分解后主要以CO2、CH4的形式进入到大气中或以DOC的形式进入水生态系统。土壤酶是湿地生态系统中有机化合物(即广义上的有机碳)分解的重要功能性物质。酶活性高,则有机碳分解代谢速率加快,反之,若酶活性受到抑制,则有机碳分解速率降低。泥炭沼泽中酶活性变化受到环境因素制约,例如温度高低、水位变化,环境pH等都可以影响酶活性。酶活性的变化与碳循环密切相关。而其碳循环速率的微小波动可能造成大气CO2浓度的波动。因此,研究环境水热条件变化对其活性的影响意义重大。磷酸酶活性高低是衡量生态系统中P元素营养循环的重要指标；酚氧化酶与酚类化合物的分解关系密切,在分子氧存在下,能把酚类氧化成邻苯醌,或对一苯醌；β-葡萄糖苷酶能催化水解β-葡萄糖苷键,主要与纤维素分解有关。这几种酶与泥炭沼泽中有机碳分解关系非常密切,因此,本文选取东北小兴安岭地区两类典型的泥炭沼泽：苔草型泥炭沼泽(marsh)和森林泥炭藓型泥炭沼泽(swamp),对这三种酶开展了系统研究。2008年分四次前往该区采集泥炭样品,将样品带回实验室先进行不同温度和水位的培养。培养完成后分析测试样品酶活性(β-葡萄糖苷酶,磷酸酶,酚氧化酶)、pH、样品含水率、样品有机质含量、样品水溶性酚类含量、泥炭土壤CO2呼吸通量等指标。探讨了酶活性对水位、温度条件变化的响应规律；环境pH值、样品有机质含量等因素对酶活性的影响；土壤CO2呼吸通量与酶活性之间的关系;温度变化对土壤CO2呼吸通量的影响等。以期探明水热条件变化对泥炭沼泽中酶活性变化的影响,评估酶活性变化对环境变化的响应及其意义。研究表明,酶活性与沼泽类型关系密切。相同水热条件下,同种酶在不同类型的沼泽中,其活性值差异极大。另外,随着培养温度、水位条件变化,同种酶在不同泥炭沼泽中产生的响应也有较大差异。水位、温度对β-葡萄糖苷酶影响有限。仅8月份低水位条件苔草型泥炭沼泽中与培养温度表现出正相关关系。整体上,苔草型泥炭沼泽中β-葡萄糖苷酶活性比森林泥炭藓型泥炭沼泽中高。有机质含量和种类可能是影响其活性的重要因素。β-葡萄糖苷酶活性与深度有关,随着深度增加其活性不断降低。水位和温度对酚氧化酶活性的影响有限。其活性与环境中酚类化合物含量关系密切,二者负相关。酚氧化酶活性与深度有关,苔草型泥炭沼泽中,随着深度的增加其活性不断降低；在森林泥炭藓型泥炭沼泽中,随着深度降低其活性先降低后升高。磷酸酶活性受温度、水位影响较大。但中性磷酸酶对水热条件变化的响应随机波动性明显。两类泥炭沼泽中均发现酸性磷酸酶与水位条件密切相关,培养水位越低,其活性值越高,二者显著相关。另外,在森林泥炭藓型泥炭沼泽中,酸性磷酸酶活性与培养温度显著相关。随着季节的变化,泥炭沼泽中酶活性(中、酸性磷酸酶,β-葡萄糖苷酶)也会表现出明显的变化。中、酸性磷酸酶在同一泥炭沼泽中,随时间变化有相同的变化趋势。相同条件下,酸性磷酸酶活性较中性磷酸酶活性高；不同的沼泽类型由于其各种理化条件的差异,使得酶活性也表现出一定的差异。随着培养温度升高,两类泥炭沼泽中CO2释放通量均有逐渐升高的趋势。CO2释放通量与温度成正相关关系。8月份泥炭藓泥炭沼泽中CO2释放通量约为苔草型泥炭沼泽中的2倍；10月份两类泥炭沼泽中CO2释放通量基本相当,说明沼泽类型对CO2释放通量的影响较大。我们的研究结果表明：相对于森林泥炭藓型泥炭沼泽,苔草型泥炭沼泽中酶活性高得多,然而其CO2释放通量反而比较低。这说明酶活性与CO2释放通量的正相关关系只有在特定的环境中成立。两种不同类型的泥炭沼泽中,由于其微环境的差异,可导致其酶活性和CO2释放通量的差异,由于泥炭沼泽中的碳循环机理异常复杂,,酶活性与CO2释放通量之间的相互制约关系还有待进一步深入地研究。

全文目录

作者简介  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
第一章绪论  11-15
  1.1 湿地土壤酶研究进展  11-14
  1.2 研究目的及选题意义  14-15
第二章材料与方法  15-26
  2.1 研究区概况  15-18
  2.2 样品采集与实验室培养  18-20
  2.3 样品分析与测试  20-25
    2.3.1 β-葡萄糖苷酶活性测试  20-21
    2.3.2 酚氧化酶活性测定  21-22
    2.3.3 磷酸酶(中性、酸性)活性测试  22-23
    2.3.4 CO_2释放通量测试  23-24
    2.3.5 水溶性酚类含量测试  24-25
    2.3.6 其他实验指标分析测试  25
  2.4 数据统计分析  25-26
第三章实验结果与讨论  26-46
  3.1 β-葡萄糖苷酶对水热条件变化的响应  26-29
  3.2 酚氧化酶对水热条件变化的响应  29-32
  3.3 磷酸酶对水热条件变化的响应  32-37
    3.3.1 中性磷酸酶对水热条件变化的响应  32-34
    3.3.2 酸性磷酸酶对水热条件变化的响应  34-37
  3.4 泥炭土壤酶活性的时空变化  37-42
    3.4.1 土壤酶活性的时间变化规律  37-39
    3.4.2 土壤酶活性的空间变化规律  39-42
  3.5 泥炭土壤CO_2释放通量对温度变化的响应  42-44
  3.6 泥炭沼泽土壤中酶活性与CO_2释放通量的关系  44-46
第五章结论  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-50

北方泥炭沼泽土壤酶活性对水热条件变化的响应及其意义

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