辽河口湿地不同类型湿地土壤酶活性分析

侯永侠 ，丁睿尧 ，江 宇，杨继松，李玉双，宋雪英，魏建兵，张雯雯

（1.沈阳大学 环境学院/区域污染环境生态修复教育部重点实验室，沈阳 110044；
2.鲁东大学 滨海生态高等研究院，山东 烟台 264025）

作为陆地和海洋过渡地带的河口湿地，因其独特的生态环境及其在营养物质循环、污染物截留和侵蚀控制等方面的显著作用而引起广泛关注。辽河口湿地是以芦苇沼泽及潮间带滩涂为主的自然湿地，是我国重要的河口滨海湿地之一，具有生物多样性丰富和环境自我调节能力强的特点，在调节气候，维持生态系统平衡方面发挥重要作用。辽河口湿地距海由近及远的主要湿地类型依次为裸滩湿地、翅碱蓬湿地和芦苇湿地。由于降水和河流来水量的下降，以及海水入侵范围的扩展和湿地土壤盐分的升高，芦苇湿地呈明显退化趋势，对辽河口湿地土壤碳生物地球化学过程将产生重要影响。翅碱蓬是辽河口滨海湿地区域内的优势植被群落，对维持辽河口湿地生态系统平衡起到重要作用。裸滩是辽河口主要湿地类型之一，由于潮汐作用、气候以及地表径流等因素的共同影响，导致其所处环境的温度和盐度不断发生变化。

酶活性对于河口湿地土壤物质循环具有重要意义，研究滨海湿地中土壤酶活性以及理化性质变化特征，探讨湿地土壤酶活性与理化性质的相关关系，对于探索湿地生态系统动态与功能具有重要的作用。辽河口湿地以潮滩和冲积平原为主，因受长期的周期性海侵海退的影响，湿地土壤盐渍化较为严重，在滨海盐渍化较高的翅碱蓬和裸滩湿地，过高的盐分成为土壤酶活性的主要抑制因子，盐分通过影响土壤理化性质，进而对土壤酶活性产生影响，最终影响湿地土壤物质循环的效率。土壤有机碳、全氮等营养元素可以促进酶的合成，有研究表明在盐渍化土壤中，营养元素的增加能促进微生物活动以及酶的合成。土壤酶活性与土壤类型及土壤理化性质紧密相关，可指示土壤生物活性及环境的稳定情况，能够在一定程度上反映出土壤物质循环和转化的动态变化。土壤酶的种类比较多，主要有水解酶类、氧化还原酶类、转移酶类和裂合酶类等。目前，湿地土壤酶活性研究中，涉及到的酶主要有磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、β-葡糖苷酶、蛋白酶、芳基硫酸酯酶、β-1，4-乙酰基-葡糖胺糖苷酶、纤维素二糖水解酶、淀粉酶和纤维素酶等水解酶，另外还有过氧化氢酶、脱氢酶、多酚酶等氧化还原酶。水解酶活性主要影响半纤维素、纤维素等较易分解有机质的分解，氧化酶活性主要影响腐殖质、木质素、芳香族化合物、可溶性有机碳的分解。其中，分解有机碳的酶主要有葡萄糖苷酶、乳糖苷酶、几丁质酶、脂肪酶等；
分解氮的酶有反硝化酶、蛋白酶、脲酶等，分解磷的酶包括磷酸单酯酶和磷酸二酯酶等磷酸酶，分解硫的酶为硫酸酯酶。本研究以芦苇湿地、翅碱蓬湿地和裸滩湿地3种典型湿地类型为研究对象，对不同土层深度土壤的酶活性及理化性质进行测定，研究酶活性变化与理化性质之间的关系，考察盐分对酶活性的影响作用，以期为辽河口湿地生态稳定性研究奠定基础，丰富辽河口湿地生态学研究。

1.1 研究区域概况

辽河口湿地位于辽河入海口处，东经121°34′～122°29′，北纬40°41′～41°27′，属于北温带半湿润季风气候，是全国最大的湿地保护地区，也是亚洲第二大芦苇区，面积约22.3万hm。整体地势平坦，北高南低，年平均气温为8.3℃，春季平均气温为8.7℃，夏季平均气温为23.1℃，秋季平均气温为9.9℃，冬季平均气温为-7.8 ℃，一年中最高气温出现在7 月。该区域主要依靠降水和河水补给，年平均降水量622mm，降水主要集中在夏季，占全年的约2/3，冬季较少。该区气候适宜、四季分明、清凉湿润、雨热同季，且具有独特的地理环境和自然风貌。

1.2 方法

在辽河口湿地区域，分别选取芦苇、翅碱蓬、裸滩3 类典型湿地设置3 个固定的采样点。其地理坐标分别为41°14′03″N，121°50′30″E（芦苇湿地）、40°56′03″N，121°49′30″E（翅碱蓬湿地）、40°57′03″N，121°42′30″E（裸滩湿地）。其中裸滩采样点与翅碱蓬湿地采样点相距约0.5km，翅碱蓬湿地采样点与芦苇湿地采样点相距约10km。采取各样点0～10cm（S1）、10～20cm（S2）、20～30cm（S3）、30～40cm（S4）土层深度样品，密封后带回实验室，剔除根系和植物残体后，将土壤样品室内风干，研磨，过100目筛保存到自封袋中。

1.2.1 辽河口湿地土壤理化性质测定 pH值和电导率分别根据水土比2.5∶1和5∶1采用酸度计（PHBJ-260）和导率仪（DDBJ-350）进行测量。有机碳含量的测定采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法，全氮含量的测定采用凯氏消煮法。

1.2.2 辽河口湿地土壤酶活性测定 脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法，碱性磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法，蔗糖酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法，脱氢酶活性测定采用TTC比色法。

1.2.3 辽河口湿地土壤酶活性与理化性质的相关性分析 考察芦苇湿地、翅碱蓬湿地和裸滩湿地0～10cm土层土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶活性与土壤理化性质指标（pH、电导率、有机质含量和全氮含量）的相关性。

1.2.4 不同浓度盐分处理对土壤酶活性的影响 在辽河口湿地样点取0～10cm表层土壤，在培养罐中用去离子水预培养7d 后，排尽培养罐中的水。试验设5 个盐分浓度梯度处理，分别为0‰、1.5‰、3‰、5‰、10‰，以不加盐的去离子水作为对照。从培养罐底部加入不同盐分浓度的盐水，每个浓度处理设置3 次重复。在培养过程中，保持所有培养罐内的土壤一直处于淹水状态。不同浓度梯度的盐水皆用采样点附近海岸海水提取调配制成。处理30d后调查土壤脲酶和磷酸酶活性。

1.3 数据处理方法

试验所得数据结果采用SPSS 18.0 软件进行方差分析和Pearson 相关分析，采用Origin Pro 8.5 软件制图及进行数据拟合。

2.1 辽河口湿地不同类型湿地土壤的理化性质

由表1可知，辽河口湿地的3种主要湿地类型中，芦苇湿地的土壤pH 值较低，裸滩湿地的土壤pH 值较高。随土层深度的增加，土壤pH 值的变化趋势各不相同。芦苇湿地0～10cm 深度土壤pH 值最低，随土层深度的增加，pH 值有增大趋势；
翅碱蓬湿地不同土层深度土壤pH 值差异不大；
裸滩湿地随土层深度的增加，土壤pH 值呈减小的趋势。3种类型湿地土壤的电导率变化趋势相近，都是0～10cm 土壤电导率最高，随土层深度的增加，电导率呈降低趋势。其中翅碱蓬湿地和裸滩湿地的土壤电导率高于芦苇湿地。芦苇湿地0～10cm 土层土壤有机质含量较高，但30～40cm 土层土壤含量较低。随着土层深度的增加，3种类型湿地土壤有机质含量均呈降低趋势。土壤全氮含量也是随土层深度的增加呈降低趋势，芦苇湿地0～10cm 土壤全氮含量最高，随着土层深度的增加，不同湿地类型土壤全氮含量趋同。

表1 辽河口湿地不同类型湿地和不同深度土壤的理化性质
Table 1 Physicochmical properties of soils in different soil types and depths

湿地类型Wetland type pH芦苇湿地Phragmites australis wetland翅碱蓬湿地Saline seepweed wetland裸滩湿地Mudflat wetland土层深度/cm Soil depth 0～10 10～20 20～30 30～40 0～10 10～20 20～30 30～40 0～10 10～20 20～30 30～40 8.03±0.30 8.17±0.41 8.21±0.39 8.18±0.34 8.24±0.07 8.22±0.07 8.23±0.06 8.23±0.05 8.32±0.06 8.27±0.06 8.27±0.04 8.24±0.05电导率/（ms·cm-1）Conductivity 2.81±1.20 2.19±0.75 2.12±0.86 2.29±0.87 6.99±1.21 6.14±0.88 5.97±0.92 6.30±1.03 6.62±0.97 6.14±0.68 6.12±0.74 6.14±0.47有机质含量/（g·kg-1）Organic carbon content 26.10±5.34 14.58±4.31 12.16±4.61 8.73±3.42 16.13±5.46 12.49±3.82 10.40±2.61 9.20±2.79 16.70±4.69 12.03±2.56 11.62±2.73 10.20±2.40全氮含量/（g·kg-1）Total nitrogen content 0.53±0.21 0.32±0.12 0.29±0.09 0.28±0.09 0.34±0.03 0.31±0.02 0.29±0.03 0.28±0.04 0.30±0.03 0.27±0.04 0.26±0.04 0.26±0.04

2.2 辽河口湿地不同类型湿地土壤的酶活性

2.2.1 脲酶活性变化 由图1可知，随着土层深度的增加，3种类型湿地土壤脲酶活性均呈降低趋势。其中，芦苇湿地的脲酶活性最高，翅碱蓬湿地土壤的脲酶活性居中，裸滩湿地的脲酶活性最低。3 种类型湿地土壤0～10cm土层脲酶活性差距较大，30～40cm土层脲酶活性差异明显减小。

图1 辽河口湿地3种类型湿地土壤脲酶活性比较Figure 1 Comparison of urease activities in three wetland types of the Liaohe Estuary

2.2.2 磷酸酶活性变化 由图2可知，与脲酶活性的变化趋势相近，随着土层深度的增加，3种类型湿地土壤磷酸酶活性也均呈降低趋势。其中，芦苇湿地土壤的磷酸酶的活性最高，翅碱蓬湿地土壤磷酸酶活性居中，裸滩湿地土壤磷酸酶活性最低。芦苇湿地0～10cm土层土壤和30～40cm土层土壤磷酸酶活性差距较大，裸滩湿地不同土层土壤间磷酸酶活性差距较小。

图2 辽河口湿地3种类型湿地土壤磷酸酶活性比较Figure 2 Comparison of phosphatase activities in three wetland types of the Liaohe Estuary

2.2.3 蔗糖酶活性变化 由图3可知，与脲酶活性的变化趋势相近，随着土层深度的增加，3种类型湿地土壤蔗糖酶活性也均呈降低趋势。除了30～40cm 土层深度外，芦苇湿地土壤蔗糖酶活性最高；
不同湿地类型0～10cm土层深度土壤蔗糖酶活性差距较大，随土层深度的增加，差距逐渐减小，至30～40cm 土层深度不同类型湿地土壤中蔗糖酶活性的差异较小。

图3 辽河口湿地3种类型湿地土壤蔗糖酶活性比较Figure 3 Comparison of sucrase activities in three wetland types

2.2.4 脱氢酶活性变化 由图4可知，与脲酶活性的变化趋势相近，随着土层深度的增加，3种类型湿地土壤脱氢酶活性也均呈降低趋势。芦苇湿地土壤不同土层深度间脱氢酶活性差异较大，裸滩湿地不同土层深度间脱氢酶活性差异较小。芦苇湿地各土层深度土壤脱氢酶活性均最高，翅碱蓬湿地次之，裸滩湿地最小。

图4 辽河口湿地3种类型湿地土壤脱氢酶活性比较Figure 4 Comparison of dehydrogenase activities in three wetland types of the Liaohe Estuary of the Liaohe Estuary

2.3 辽河口湿地土壤酶活性与理化性质的相关性分析

由表2可知，芦苇湿地土壤酶（包括脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶）活性与pH值呈极显著负相关（

p

＜0.01），与土壤有机质含量和全氮含量呈显著正相关（

p

＜0.05）。翅碱蓬湿地仅土壤脲酶活性和全氮含量呈现显著相关（

p

＜0.05），其余土壤酶活性指标与理化性质指标间相关不显著。裸滩湿地仅土壤脲酶活性与全氮含量呈极显著正相关（

p

＜0.01），其余酶活性与土壤理化性质指标间相关未达到显著水平。

表2 辽河口湿地不同类型湿地土壤酶活性与理化指标的相关性分析
Table 2 Analysis of the correlation between soil physicochmical properties and urease activities in different soil types and depths

注：*表示在＜0.05水平显著相关；
**表示在＜0.01水平极显著相关。
Note：*indicates significant correlation at＜0.05 level;**indicates extremely significant correlation at＜0.01 level.

湿地类型Wetland type芦苇湿地Phragmites australis wetland理化性质Physicochmical properties pH翅碱蓬湿地Saline Seepweed wetland裸滩湿地Mudflat wetland酶活性Enzyme activities脲酶Urease磷酸酶Phosphatase蔗糖酶Sucrase脱氢酶Dehydrogenase脲酶Urease磷酸酶Phosphatase蔗糖酶Sucrase脱氢酶Dehydrogenase脲酶Urease磷酸酶Phosphatase蔗糖酶Sucrase脱氢酶Dehydrogenase-0.928**-0.929**-0.967**-0.967**0.526 0.716 0.500 0.500 0.011 0.619 0.389 0.389电导率Conductivity-0.36-0.371-0.391-0.39-0.344 0.158 0.265 0.265-0.249-0.671-0.423-0.423有机质Organic carbon 0.829*0.755*0.830*0.829*0.046 0.585 0.331 0.331 0.375 0.031 0.417 0.417全氮Total nitrogen 0.763*0.773*0.758*0.759*0.832*0.583 0.367 0.487 0.882**0.088 0.094 0.094

2.4 不同浓度盐分处理对土壤酶活性的影响

由图5 可知，随着盐处理浓度的增加，土壤脲酶活性呈降低趋势。以去离子水处理的对照脲酶活性最高，为1.20mg·g·24h；
盐处理浓度为10.0‰时，土壤脲酶活性最低，仅为0.36mg·g·24h，比对照降低了70%。土壤磷酸酶活性的变化与脲酶相似，都是随着盐处理浓度的增加，酶活性逐渐降低。对照土壤磷酸酶活性为0.86mg·g·24h，当盐处理浓度为3.0‰时，磷酸酶活性降至对照的近50%，当盐处理浓度为10.0‰时，磷酸酶活性仅为0.19mg·g·24h，降低到对照的22.1%。

图5 不同盐分浓度处理对辽河口湿地土壤脲酶和磷酸酶活性的影响Figure 5 Effects of different salt contents on activities of urease and phosphatase in the Liaohe Estuary

研究结果表明，芦苇湿地、翅碱蓬湿地和裸滩湿地土壤都呈偏碱性，翅碱蓬湿地和裸滩湿地电导率相近，且均大于芦苇湿地，翅碱蓬和裸滩湿地有机碳含量相差不大，芦苇湿地有机碳含量要大于翅碱蓬湿地和裸滩湿地，尤其是表层土壤有机碳含量较高。这是由于翅碱蓬湿地和裸滩湿地采样点距离比较近，且两种类型湿地采样点受到潮汐影响较大，河水的潮汐作用对湿地土壤的冲刷作用，导致碳素物质流失和土壤有机碳含量的下降。因此翅碱蓬湿地和裸滩湿地的土壤有机碳含量较芦苇湿地更低。由于芦苇的根系发达，具有较强的固持土壤和含蓄水源的作用，且远离岸边，土壤环境生态相对稳定，土壤微生物相对丰富，故土壤有机碳含量较高。王青等的研究显示湿地土壤氮含量的水平与湿地类型紧密相关，芦苇湿地全氮含量明显大于翅碱蓬湿地和裸滩湿地，翅碱蓬湿地和裸滩湿地全氮含量同样相差不大，这与有机碳含量情况类似，而且这两种类型的湿地由于受到潮汐的影响，使得土壤的脱氮作用增强，故而全氮含量呈现相对较低的状态。

随着土层深度的增加，4 种土壤酶活性均呈现出降低的趋势，且不同类型湿地间0～10cm 土层土壤酶活性差异较30～40cm 土层大，其中芦苇湿地0～10cm 土层的土壤脲酶活性、磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶活性均最高，随着土层深度的增加，不同类型湿地间土壤酶活性差异减小。土壤酶主要来源于土壤中动物、微生物、植物根系及其它们的残体遗骸。湿地中的土壤酶控制着生态系统的物质循环和能量流动，是土壤代谢系统的重要动力，也是湿地生态系统的主要调节者。杨玉盛等的研究表明，有植物根系土壤中的酶活性要高于无植物根系土壤，有植物根系土壤酶活性会随着根系分泌物的增多和微生物数量的增加而增大。通过对辽河口滨海湿地脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶的酶活性分析发现，芦苇湿地土壤酶活性最高，翅碱蓬湿地居中，裸滩湿地土壤酶活性较小。芦苇湿地和翅碱蓬湿地均有植物生长，且芦苇湿地受河水影响较小；
裸滩湿地无植物生长，且受河水潮汐影响较大，因此芦苇湿地与翅碱蓬湿地因为植物根际微环境微生物的影响，表现为土壤酶活性也较大，而翅碱蓬根系与芦苇比较相对短小，裸滩湿地没有植物根系，因此3 种类型湿地土壤酶活性呈逐渐减小的趋势。

相关分析结果表明，芦苇湿地土壤酶（包括脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶）活性与pH值呈极显著负相关（

p

＜0.01），与有机质含量和全氮含量呈显著正相关（

p

＜0.01）；
翅碱蓬湿地仅土壤脲酶活性和全氮含量呈现显著相关（

p

＜0.05）；
裸滩湿地仅土壤脲酶活性与全氮含量呈极显著正相关（

p

＜0.01）。盐处理的土壤脲酶和磷酸酶活性明显降低，且随盐浓度的增加，降低程度越来越严重。综上，辽河口湿地3种类型湿地中，芦苇湿地土壤酶活性较高，土壤盐度增加显著降低湿地土壤酶活性，将对湿地土壤物质循环产生不利影响。

猜你喜欢 全氮辽河土层 土钉喷锚在不同土层的支护应用及效果分析建材发展导向(2022年10期)2022-07-28辽河记忆摄影世界(2022年2期)2022-02-22倾听辽河(2020年8期)2020-09-02西藏主要农区土壤养分变化分析农业与技术(2017年12期)2017-07-11不同林分类型及土层对土壤养分的影响湖北林业科技(2017年1期)2017-03-28武功山山地草甸土壤机械组成特征研究湖北农业科学(2016年21期)2017-03-18三峡库区消落带紫色土颗粒分形的空间分异特征江苏农业科学(2016年6期)2016-07-25武功山山地草甸土壤有机质、全氮及碱解氮分布格局及关系江苏农业科学(2015年11期)2016-01-27套种绿肥对土壤养分、团聚性及其有机碳和全氮分布的影响天津农业科学(2015年9期)2015-09-02静力触探在罗古判桥勘察中的应用科技与创新(2015年13期)2015-07-03

推荐访问:湿地 辽河 不同类型