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        河流沉积物碱性磷酸酶分布及成因分析

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        摘要:以南京城市河流秦淮河、运粮河为研究对象,通过测定11个点位表层沉积物中碱性磷酸酶活性(APA),分析了不同类型城市河道沉积物APA分布差异性;通过测定沉积物pH值、营养元素(碳、氮、磷)含量,探讨了沉积物理化特征对APA分布影响。结果表明:(1)外秦淮河沉积物APA平均浓度最低,为10214.9m•g•kg-1•h-1,内秦淮河最高,为20021.2mg•kg-1•h-1,APA分布与河道水力流通性及优势植物类型有关;(2)APA含量与总磷、氨氮、硝酸盐氮、有机质含量显著正相关(p<0.05),与pH显著负相关(p<0.05),表明表层沉积物丰富的营养成分充足情况下,将促使微生物新陈代谢,使得APA升高,而pH升高则会抑制APA。

        关键词:碱性磷酸酶;营养元素;表层沉积物;城市河流

        水体沉积物是水体营养元素的重要蓄积库,是水体营养盐的缓冲剂,维持水中营养盐平衡,在水体缺乏营养时,水生生物的生长主要是靠沉积物释放的营养盐维?#20540;?#33410;。磷是造成水质富营养化的关键性?#21335;?#21046;性因素之一[1]。城市河流闸控滞流,水力流通性差,造成大量沉积物淤积,内源负荷累积。城市河流沉积物磷的沉积物-水界面交?#32531;?#36755;送研究具有重要意义。本文研究了南京城市河流秦淮河、运粮河表层沉积物中碱性磷酸酶分布特征,测定了相应沉积物中pH值、营养元素(碳、氮、磷)含量及氮、磷形态,分析了南京城市河流中表层沉积物中碱性磷酸酶活性(APA)与营养元素、pH值?#21335;?#20851;性。研究结果可初步揭示南京城市河流表层沉积物中碱性磷酸酶的分布状况,以及与营养元素的关系。

        1材料与方法

        1.1采样点布设和样品采集根据南京河流污染状况,于2014年11月在外秦淮河、运粮河及内秦淮河共布设了11个采样点,位置见表1。每点采样3~5次,共采集表层沉积物样品1~2kg,剔除杂物后将沉积物样品充分混合、沥干水分后放入塑料袋中密封,并置于4℃冰箱保存。分取部分样品,24h内测定碱性磷酸酶活性(APA)。另一部分分装于小封口袋?#24615;冢?0℃冷冻干燥5~7d,将冻干后样品压散,过20目筛,直至?#24178;?#29289;不含泥土,弃去?#24178;?#29289;,筛下物用四分法缩分至约150g,用玛瑙研钵研磨至样品全部通过100目筛,4℃保存,用于营养元素的测定。

        1.2试验与分析方法1.2.1碱性磷酸酶活性的测定[2]将1.00g沉积物样品放于50mL三角瓶中,然后加入0.2mL甲苯、4mLpH=11的缓冲溶液和1mL对硝基苯磷酸二钠溶?#28023;?#36731;摇混匀塞上瓶盖,在37℃下培养1h。加入1mLCaCl2溶液和4mLNaOH溶?#28023;?#36731;摇几秒钟后,铝制过滤。用分光光度计在400~420nm进行比色,测定溶液的吸光值。同时测定无泥及无底物对照。?#23548;蔄PA用每小时每千克干重沉积物产生对硝基苯酚的?#37327;?#25968;计算。1.2.2沉积物pH值与营养元素测定[2]沉积物pH测定选择玻璃电极法(水土比2.5:1)。碳元素选择有机质和烧失量,其中有机质测定采用低温外热重铬酸钾氧化-比色法;氮元素选择凯氏氮和可交换氮中?#21335;?#24577;氮和铵态氮,测定方法分别为半微量开氏法、水提-酚二磺酸光度法及2molKCl浸提-纳式试剂光度法;磷形态分析采用?#20998;?#26631;准测试委员会框架下发展的SMT法[3]。它将表层沉积物的磷分为总磷(TP)、有机磷(OP)、无机磷(IP)、非磷灰石无机磷(NAIP)和磷灰石磷(AP)。

        2结果与讨论

        2.1南京城市河流表层沉积物中碱性磷酸酶活性分布南京外秦淮河、运粮河、内秦淮河表层沉积物中碱性磷酸酶活性分布如图1所示。由图1可见,南京城市河流表层沉积物中APA在各采样点分布各有不同。3个河段的平均APA分布表现为:外秦淮河(10214.9mg•kg-1•h-1)<运粮河(15095.2mg•kg-1•h-1)<内秦淮河(20021.2mg•kg-1•h-1)。外秦淮河的水力流通性相对较好,且部分河段生长有大型水生植物;运粮河由于下游外秦淮河闸控影响而造成滞留,甚至部分倒流;内秦淮河水体流速极缓。因此,3个河段的平均APA分布与水力流通性的关系较为显著。Q2、Y2位于七桥瓮生态湿地公园,大型水生植物生长较为丰富,因此它们APA值明显高于外秦淮河其他点位。藻类生长较为丰富。对APA与营养元素碳、氮、磷的聚类分析结果如图2,表明Q1、Q4、Q6与Q3、Q5、Q7为一类,N1、N2与Q2、Y2为一类。这一结果与APA分布相一致,?#24471;鰽PA与表层沉积物碳、氮、磷等营养元素有一定?#21335;?#20851;性。图2采样点表层沉积物APA与营养元素?#20302;?#32858;类分析树状关系图

        2.2碱性磷酸酶活?#26434;?#21508;种营养元素及pH值的关系对各点营养元素分析,pH值、有机质、凯氏氮、可交换氮和磷形态分析结果如表2所示。表3为表层沉积物APA与pH值及营养元素相关性分析结果。从各相关系数来看,与南京河流表层沉积物中APA最具相关性的是有机质质量百分数(r=0.763),极显著正相关(p=0.006);其次是总磷(r=0.703),显著正相关(p=0.016);再次为可交换态氮,与硝酸盐氮、铵态氮均显著正相关。表明表层沉积物营养成分充足情况下,使各种微生物保持旺盛的新陈代谢,则APA相对较高。各种磷形态中TP与APA?#21335;?#20851;性最好,OP其次。APA与OP相关性较好,为正相关(r=0.576)。这一现象?#24471;?#35843;查区域沉积物的有机磷经碱性磷酸酶作用产生的无机磷为沉积物中生物所利用。可交换态氮与APA?#21335;?#20851;性好于凯氏氮,进一步印证了上述结论。另外,APA与表层沉积物pH值显著负相关(r=-0.634,p=0.036)。?#24471;鞫杂?#30897;性磷酸酶而言,并非碱度越高其活性?#35282;浚?#20445;?#21046;?#27963;性的碱度存在一定的阈值。

        3结论

        (1)南京城市河流表层沉积物碱性磷酸酶活性在各采样点分布各有不同。3个河段的平均APA分布表现为:外秦淮河<运粮河<内秦淮河。表现出与水力流通性及优势植物类型有关。与?#20302;?#32858;类分析结果的对照表明,碱性磷酸酶活?#26434;?#34920;层沉积物碳、氮、磷等营养元素有一定?#21335;?#20851;性。(2)碱性磷酸酶活?#26434;?#30899;、氮、磷营养元素及pH值?#21335;?#20851;性分析表明,APA与有机质质量百分数呈极显著正相关;与总磷、可交换态氮(硝酸盐氮、铵态氮)呈显著正相关,与表层沉积物pH值显著负相关;与OP相关性较好,为正相关(r=0.576)。表明表层沉积物营养成分充足情况下,使各种微生物保持旺盛的新陈代谢,则APA相对较高。调查区域沉积物的有机磷经碱性磷酸酶作用产生的无机磷为沉积物中生物所利用。?#26434;?#30897;性磷酸酶而言,并非碱度越高其活性?#35282;浚?#20445;?#21046;?#27963;性的碱度存在一定的阈值。

        参考?#21335;?

        [2]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:农业科技出版社,2000:12-14,22-29,146-160,248~254.

        作者:马天海 孙娟 单位:南京大学金陵学院

        青海环境杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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