河流沉積物堿性磷酸酶分布及成因分析范文

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摘要:以南京城市河流秦淮河、運(yùn)糧河為研究對(duì)象，通過測(cè)定11個(gè)點(diǎn)位表層沉積物中堿性磷酸酶活性(APA)，分析了不同類型城市河道沉積物APA分布差異性;通過測(cè)定沉積物pH值、營(yíng)養(yǎng)元素(碳、氮、磷)含量，探討了沉積物理化特征對(duì)APA分布影響。結(jié)果表明:(1)外秦淮河沉積物APA平均濃度最低，為10214．9m•g•kg－1•h－1，內(nèi)秦淮河最高，為20021．2mg•kg－1•h－1，APA分布與河道水力流通性及優(yōu)勢(shì)植物類型有關(guān);(2)APA含量與總磷、氨氮、硝酸鹽氮、有機(jī)質(zhì)含量顯著正相關(guān)(p＜0．05)，與pH顯著負(fù)相關(guān)(p＜0．05)，表明表層沉積物豐富的營(yíng)養(yǎng)成分充足情況下，將促使微生物新陳代謝，使得APA升高，而pH升高則會(huì)抑制APA。

關(guān)鍵詞:堿性磷酸酶;營(yíng)養(yǎng)元素;表層沉積物;城市河流

水體沉積物是水體營(yíng)養(yǎng)元素的重要蓄積庫(kù)，是水體營(yíng)養(yǎng)鹽的緩沖劑，維持水中營(yíng)養(yǎng)鹽平衡，在水體缺乏營(yíng)養(yǎng)時(shí)，水生生物的生長(zhǎng)主要是靠沉積物釋放的營(yíng)養(yǎng)鹽維持調(diào)節(jié)。磷是造成水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵性的限制性因素之一［1］。城市河流閘控滯流，水力流通性差，造成大量沉積物淤積，內(nèi)源負(fù)荷累積。城市河流沉積物磷的沉積物－水界面交換和輸送研究具有重要意義。本文研究了南京城市河流秦淮河、運(yùn)糧河表層沉積物中堿性磷酸酶分布特征，測(cè)定了相應(yīng)沉積物中pH值、營(yíng)養(yǎng)元素(碳、氮、磷)含量及氮、磷形態(tài)，分析了南京城市河流中表層沉積物中堿性磷酸酶活性(APA)與營(yíng)養(yǎng)元素、pH值的相關(guān)性。研究結(jié)果可初步揭示南京城市河流表層沉積物中堿性磷酸酶的分布狀況，以及與營(yíng)養(yǎng)元素的關(guān)系。

1材料與方法

1．1采樣點(diǎn)布設(shè)和樣品采集根據(jù)南京河流污染狀況，于2014年11月在外秦淮河、運(yùn)糧河及內(nèi)秦淮河共布設(shè)了11個(gè)采樣點(diǎn)，位置見表1。每點(diǎn)采樣3～5次，共采集表層沉積物樣品1～2kg，剔除雜物后將沉積物樣品充分混合、瀝干水分后放入塑料袋中密封，并置于4℃冰箱保存。分取部分樣品，24h內(nèi)測(cè)定堿性磷酸酶活性(APA)。另一部分分裝于小封口袋中在－20℃冷凍干燥5～7d，將凍干后樣品壓散，過20目篩，直至篩上物不含泥土，棄去篩上物，篩下物用四分法縮分至約150g，用瑪瑙研缽研磨至樣品全部通過100目篩，4℃保存，用于營(yíng)養(yǎng)元素的測(cè)定。

1．2試驗(yàn)與分析方法1．2．1堿性磷酸酶活性的測(cè)定［2］將1．00g沉積物樣品放于50mL三角瓶中，然后加入0．2mL甲苯、4mLpH=11的緩沖溶液和1mL對(duì)硝基苯磷酸二鈉溶液，輕搖混勻塞上瓶蓋，在37℃下培養(yǎng)1h。加入1mLCaCl2溶液和4mLNaOH溶液，輕搖幾秒鐘后，鋁制過濾。用分光光度計(jì)在400～420nm進(jìn)行比色，測(cè)定溶液的吸光值。同時(shí)測(cè)定無(wú)泥及無(wú)底物對(duì)照。實(shí)際APA用每小時(shí)每千克干重沉積物產(chǎn)生對(duì)硝基苯酚的毫克數(shù)計(jì)算。1．2．2沉積物pH值與營(yíng)養(yǎng)元素測(cè)定［2］沉積物pH測(cè)定選擇玻璃電極法(水土比2．5:1)。碳元素選擇有機(jī)質(zhì)和燒失量，其中有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化－比色法;氮元素選擇凱氏氮和可交換氮中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮，測(cè)定方法分別為半微量開氏法、水提－酚二磺酸光度法及2molKCl浸提－納式試劑光度法;磷形態(tài)分析采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試委員會(huì)框架下發(fā)展的SMT法［3］。它將表層沉積物的磷分為總磷(TP)、有機(jī)磷(OP)、無(wú)機(jī)磷(IP)、非磷灰石無(wú)機(jī)磷(NAIP)和磷灰石磷(AP)。

2結(jié)果與討論

2．1南京城市河流表層沉積物中堿性磷酸酶活性分布南京外秦淮河、運(yùn)糧河、內(nèi)秦淮河表層沉積物中堿性磷酸酶活性分布如圖1所示。由圖1可見，南京城市河流表層沉積物中APA在各采樣點(diǎn)分布各有不同。3個(gè)河段的平均APA分布表現(xiàn)為:外秦淮河(10214．9mg•kg－1•h－1)＜運(yùn)糧河(15095．2mg•kg－1•h－1)＜內(nèi)秦淮河(20021．2mg•kg－1•h－1)。外秦淮河的水力流通性相對(duì)較好，且部分河段生長(zhǎng)有大型水生植物;運(yùn)糧河由于下游外秦淮河閘控影響而造成滯留，甚至部分倒流;內(nèi)秦淮河水體流速極緩。因此，3個(gè)河段的平均APA分布與水力流通性的關(guān)系較為顯著。Q2、Y2位于七橋甕生態(tài)濕地公園，大型水生植物生長(zhǎng)較為豐富，因此它們APA值明顯高于外秦淮河其他點(diǎn)位。藻類生長(zhǎng)較為豐富。對(duì)APA與營(yíng)養(yǎng)元素碳、氮、磷的聚類分析結(jié)果如圖2，表明Q1、Q4、Q6與Q3、Q5、Q7為一類，N1、N2與Q2、Y2為一類。這一結(jié)果與APA分布相一致，說(shuō)明APA與表層沉積物碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素有一定的相關(guān)性。圖2采樣點(diǎn)表層沉積物APA與營(yíng)養(yǎng)元素系統(tǒng)聚類分析樹狀關(guān)系圖

2．2堿性磷酸酶活性與各種營(yíng)養(yǎng)元素及pH值的關(guān)系對(duì)各點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)元素分析，pH值、有機(jī)質(zhì)、凱氏氮、可交換氮和磷形態(tài)分析結(jié)果如表2所示。表3為表層沉積物APA與pH值及營(yíng)養(yǎng)元素相關(guān)性分析結(jié)果。從各相關(guān)系數(shù)來(lái)看，與南京河流表層沉積物中APA最具相關(guān)性的是有機(jī)質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(r=0．763)，極顯著正相關(guān)(p=0．006);其次是總磷(r=0．703)，顯著正相關(guān)(p=0．016);再次為可交換態(tài)氮，與硝酸鹽氮、銨態(tài)氮均顯著正相關(guān)。表明表層沉積物營(yíng)養(yǎng)成分充足情況下，使各種微生物保持旺盛的新陳代謝，則APA相對(duì)較高。各種磷形態(tài)中TP與APA的相關(guān)性最好，OP其次。APA與OP相關(guān)性較好，為正相關(guān)(r=0．576)。這一現(xiàn)象說(shuō)明調(diào)查區(qū)域沉積物的有機(jī)磷經(jīng)堿性磷酸酶作用產(chǎn)生的無(wú)機(jī)磷為沉積物中生物所利用。可交換態(tài)氮與APA的相關(guān)性好于凱氏氮，進(jìn)一步印證了上述結(jié)論。另外，APA與表層沉積物pH值顯著負(fù)相關(guān)(r=－0．634，p=0．036)。說(shuō)明對(duì)于堿性磷酸酶而言，并非堿度越高其活性越強(qiáng)，保持其活性的堿度存在一定的閾值。

3結(jié)論

(1)南京城市河流表層沉積物堿性磷酸酶活性在各采樣點(diǎn)分布各有不同。3個(gè)河段的平均APA分布表現(xiàn)為:外秦淮河＜運(yùn)糧河＜內(nèi)秦淮河。表現(xiàn)出與水力流通性及優(yōu)勢(shì)植物類型有關(guān)。與系統(tǒng)聚類分析結(jié)果的對(duì)照表明，堿性磷酸酶活性與表層沉積物碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素有一定的相關(guān)性。(2)堿性磷酸酶活性與碳、氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素及pH值的相關(guān)性分析表明，APA與有機(jī)質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān);與總磷、可交換態(tài)氮(硝酸鹽氮、銨態(tài)氮)呈顯著正相關(guān)，與表層沉積物pH值顯著負(fù)相關(guān);與OP相關(guān)性較好，為正相關(guān)(r=0．576)。表明表層沉積物營(yíng)養(yǎng)成分充足情況下，使各種微生物保持旺盛的新陳代謝，則APA相對(duì)較高。調(diào)查區(qū)域沉積物的有機(jī)磷經(jīng)堿性磷酸酶作用產(chǎn)生的無(wú)機(jī)磷為沉積物中生物所利用。對(duì)于堿性磷酸酶而言，并非堿度越高其活性越強(qiáng)，保持其活性的堿度存在一定的閾值。

參考文獻(xiàn):

［2］魯如坤．土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］．北京:農(nóng)業(yè)科技出版社，2000:12－14，22－29，146－160，248～254.

作者：馬天海 孫娟 單位：南京大學(xué)金陵學(xué)院