张 敏,赵牧秋,车志伟,史云峰

(1. 海南热带海洋学院 热带生态环境保护学院,海南 三亚 572022；2. 国家海洋局 海口海洋环境监测中心站,海南 海口 570100)



三亚河红树林沉积物酶活性时空动态研究

张 敏1,赵牧秋1,车志伟2,史云峰1

(1. 海南热带海洋学院 热带生态环境保护学院,海南 三亚 572022；2. 国家海洋局 海口海洋环境监测中心站,海南 海口 570100)

本文对三亚河红树林沉积物4种与C、N、P转化密切相关的酶(蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶)活性的时空动态进行了研究.结果表明：沉积物酶活性随季节总体呈现夏季较高、冬季较低的规律；随取样深度的增加,蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性呈降低趋势,过氧化氢酶活性则随取样深度的增加无显著变化；蔗糖酶和酸性磷酸酶活性呈现林内>林缘>光滩,而脲酶和过氧化氢酶活性则林内最高,林缘与光滩差异不显著；与上游和中游相比,下游河段沉积物酶活性总体较低,而上游和中游沉积物酶活性无显著性差异.

红树林；沉积物；酶活性；时空动态

0 引言

红树林生态系统是分布于亚热带和热带淤泥质潮间带,主要由具有耐盐特性的常绿乔木和灌木构成的生物多样性丰富、生产力较高的海岸湿地生态系统[1].由于红树林通常分布于河口附近的细质冲击土上,故林内动植物资源非常丰富,且具有防浪护岸、维持沿海生物多样性、提供物种栖息地等重要生态功能[2].近年来,随着城市化、工业化的加剧和旅游业的兴盛,红树林分布区所受到的威胁越来越严重,红树林生态系统已经成为世界上最濒危的生态系统之一[3].

基质是影响植物群落生态分布并得以维持的重要因素[4].红树林内的沉积物(或称土壤基质)主要由黏土矿物、活性金属氧化物和有机质组成,由于这种沉积物颗粒具有较大的比表面积,因此比一般潮滩更容易吸附具有生物毒性的重金属和有机污染物,这种特性使红树林潮滩成为各种水体污染物的源和汇[5].同时,由于红树林地区沉积物处于海陆交汇的潮间带敏感区,其生态环境受海相和陆相的双重影响,这也使该区沉积物性质更为复杂多变[6].

存在于基质(土壤或沉积物)内的酶既是有机物转化的执行者,又是污染物的分解者,其活性在一定程度上能够反映生物代谢的强度[7].近年来,有关沉积物理化性质对不同红树植物分布和生长发育的影响已有不少报道[8-9],而对红树林沉积物酶活性的研究却甚少.本文对三亚河红树林自然保护区内沉积物酶活性进行了较系统的研究,这将有助于更全面认识现存红树林的生态环境现状,为海南红树林生境及沿岸海洋生态系统的可持续利用提供科学依据.

1 研究方法

1.1 实验区概况

三亚河红树林自然保护区(约东经109°30′,北纬18°13′)位于三亚河下游城市区东岸,呈窄条带状沿河分布,是我国现存热带特征最典型的红树林区,其底质沉积物主要为河口冲击淤泥.三亚河下游河段属于弱潮区,主要受不规则全日潮影响[10].该区气候季风特征较明显,冬季盛行东北风,夏季则以偏南风为主；年平均温度为25.5 ℃,平均日照2523.5 h,年均降水量为1280.6 mm.保护区内分布的主要红林植物种类为红树(Rhizophoraapiculata)、红海榄(Rhizophorastylosa)、白骨壤(Avicenniamarina)、海漆(Excoecariaagallocha)、桐花树(Aegicerascorniculatun)等[11].

1.2 取样方法

沉积物酶活性随季节的变化：在三亚河红树林分布带中段红树林分布密集区内定点,分别于2015年春(3月15日)、夏(5月20日)、秋(9月16日)、冬(12月28日)四个季节,采集表层沉积物.每个采样点周围100 m范围内,应用梅花采样法采集7处沉积物组合为1个样品,采样时除去动、植物残体及砾石、砖块等杂物.

沉积物酶活性随深度的变化：在三亚河红树林分布带中段林内定点,用内径5 cm的不锈钢管分别钻取0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm层次的沉积物,采样方法同上.

沉积物酶活性随滩位的变化：在三亚河红树林分布带中段,分别采集林内、林缘和光滩表层沉积物,采样方法同上.

沉积物酶活性随河段的变化：在三亚河红树林分布带内,每隔300 m定点取样,共设3个采样点,沿水流方向区分为下游、中游和上游,采样方法同上.

所有沉积物样本均设3个重复.新鲜样品置于聚乙烯袋中带回实验室,贮存于4℃冰箱中用于测定与C、N、P元素转化密切相关的蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性.

1.3 检测分析方法

蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定,以37℃条件下24 h生成葡萄糖的量表示,单位为mg/g；脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定,以37℃条件下24 h生成NH3-N的量表示,单位为mg/g；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定,以37℃条件下24 h生成酚的量表示,单位为mg/g；过氧化氢酶活性采用KMnO4滴定法测定,以培养2 h消耗的0.1 mol/L高锰酸钾的量表示,单位为mL/g.

2 结果与分析

2.1 三亚河红树林沉积物酶活性随季节的变化

不同季节(春季、夏季、秋季、冬季)三亚河红树林沉积物4种酶活性的动态变化如图1所示.研究结果

图1 三亚河红树林沉积物酶活性随季节的变化

注：图中不同字母代表差异显著(P<0.05)，下同.

表明,沉积物酶活性随季节总体呈现夏季较高、冬季较低的规律.对于两种水解酶类(脲酶和酸性磷酸酶),夏、秋两季高于冬、春两季,而对于蔗糖酶和过氧化氢酶,则表现为春、夏两季高于秋、冬两季.之所以呈现出这种规律性变化,可能与不同季节气候差异有关：夏季光照时间长、气温高,对红树林内植物生长发育有利,植被根系代谢旺盛,沉积物内酶促反映激烈,故酶活性也相对较高；冬季则恰好相反.这一研究结果与九龙江口秋茄(Kandeliacandel)林沉积物酶活性[12]及泉州湾河口红树林酶活性[13]随季节的变化基本一致.

2.2 三亚河红树林沉积物酶活性随取样深度的变化

三亚河红树林沉积物蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶4种酶活性随取样深度的变化如图2所示.由图可知,随取样深度的增加,蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性总体呈降低趋势,且表层(0-10 cm)和次表层(10-20 cm)变化不显著.过氧化氢酶活性则随取样深度的增加无显著变化.上述研究结果与张银龙和林鹏[14]对九龙河口秋茄林及白骨壤红树林沉积物酶活性的研究结果基本一致.红树林沉积物酶活性的垂直变化规律与不同深度的微生物数量、植被根系密度及活力、有机质含量的分布有密切关系.通常沉积物表层可积累更多的上层凋落物,这为微生物的生长和代谢提供了较好的物质基础,故此酶活性相对较高.底层沉积物内有机质高度腐殖化、养分含量相对较低,加之高含水量和高盐度等因素,限制了土壤生物的繁殖和活动,使得酶活性也有所降低[15].

图2 三亚河红树林沉积物酶活性随取样深度的变化

2.3 三亚河红树林沉积物酶活性随取样滩位的变化

取样滩位对4种与沉积物C、N、P转化密切相关的酶活性的影响见图3.由测定结果可知,沉积物蔗糖酶和酸性磷酸酶活性呈现林内>林缘>光滩,而脲酶和过氧化氢酶活性则林内最高,林缘与光滩差异不显著.不同滩位红树林沉积物酶活性出现差异可能有两个原因.其一,沉积物内的微生物和植物根系分泌及枯枝落叶分解是酶的主要来源[16],林内是红树林生态系统植物现存量最大的区域,是根系的密集分布区,也是接受上层枯枝落叶最多的区域,通常微生物的数量和种类也比较丰富,因此比林缘和光滩拥有较高的酶活性.另外,不同滩位酶活性的差异可能还与其沉积动力作用不同有关[17].林内通常盘根错节,对水流速度的缓冲作用较强,使得细颗粒泥沙得以沉积[18]；通常细颗粒态物质拥有更大的比表面积和吸附能力,使活性酶分子得以吸持并能够更稳定持久地存在于沉积物中[19].

图3 三亚河红树林沉积物酶活性随取样滩位的变化

2.4 三亚河红树林沉积物酶活性随取样河段的变化

不同河段沉积物的酶活性如图4所示.研究结果表明,与上游和中游比较,下游河段沉积物酶活性总体较低,而上游和中游沉积物酶活性无显著性差异.由于三亚河红树林主要分布于东岸的狭长区域,上、中游河段受潮汐影响较弱,而下游河段受潮汐影响则比较强烈.一方面,下游区域涨、退潮时的水流使得凋落物难于累积,微生物和酶活性的提升缺乏物质基础;另一方面,潮水的周期性浸渍使下游沉积物含盐量高于上、中游,而通常土壤酶活性与含盐量呈显著负相关关系[15].

图4 三亚河红树林沉积物酶活性随取样河段的变化

3 结论

红树林湿地沉积物有着独特的生态环境,其酶活性也具有明显的时空分布规律.受不同气候条件的影响,通常红树林沉积物酶活性随季节变化呈现夏季较高、冬季较低的规律.随取样深度的增加,蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性呈降低趋势,过氧化氢酶活性则随取样深度的增加无显著变化,这可能与不同深度沉积物中微生物数量、植被根系密度及活力、有机质含量的分布有关.由于植物分布密度和水动力学的影响,林内沉积物的酶活性高于林缘和光滩.下游河段由于受潮汐影响较大,沉积物酶活性总体低于上、中游河段.

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(编校：李由明)

Seasonal and Spatial Dynamics of Sediment Enzyme Activities under Sanya River Mangrove Forest

ZHANG Min1, ZHAO Mu-qiu1, CHE Zhi-wei2, SHI Yun-feng1

(1. School of Tropical Biology and Agronomy,Hainan Tropical Ocean University, Hainan, Sanya 572022, China;2. Haikou Marine Environmental Monitoring Station,State Oceanic Administration, Haikou 570100, China)

The seasonal and spatial dynamics of sediment enzyme activities under Sanya river mangrove forest were studied. Four enzymes were involved, namely, invertase, urease, acid phosphatase and catalase, which are closely related to C, N and P transformation. The results showed that sediment enzyme activities are high in summer but low in winter. The activities of invertase, urease and acid phosphatase are decreased with the increase of sampling depth, and the activity of catalase has no significant changes with the increase of sampling depth. The activities of acid phosphatase and invertase in forest center are the highest, followed by those of acid phosphatase and invertase at forest edge and in naked tidal flat. The activities of urease and catalase are the highest in forest center, while there is no significant discrepancy between those of urease and catalase at forest edge and in naked tidal flat. Compared with in upper and middle reaches, the sediment enzyme activity in lower reaches is relatively low, and there is no significant discrepancy between that in upper reaches and in middle reaches.

Mangrove forest; sediment; enzyme activity; seasonal and spatial dynamics

2016-01-29

海南省大学生创新创业训练计划项目(20140137)；三亚市院地科技合作项目(2015YD04)；三亚市专项科研试制项目(2014CZ17)

史云峰(1981-),男,内蒙赤峰人,海南热带海洋学院热带生态环境保护学院教授,博士，研究方向为海岸带生态保护和近海农业生态学.

S153

A

1008-6722(2016) 02-0086-06

10.1 3307/j.issn.1 008-6722.2 016.02.1 8