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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 21 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
白洋淀富营养化湖泊湿地厌氧氨氧化菌的分布及对氮循环的影响 王衫允,祝贵兵,曲冬梅,等 (6591)………
造纸废水灌溉对滨海退化盐碱湿地土壤酶活性的响应 夏孟婧,苗颖,陆兆华,等 (6599)………………………
图们江下游湿地生态系统健康评价 朱卫红,郭艳丽,孙摇 鹏,等 (6609)…………………………………………
适应白洋淀湿地健康评价的 IBI方法 陈摇 展,林摇 波,尚摇 鹤,等 (6619)………………………………………
基于 MODIS的洞庭湖湿地面积对水文的响应 梁摇 婕,蔡摇 青,郭生练,等 (6628)……………………………
崇明东滩湿地不同潮汐带入侵植物互花米草根际细菌的多样性 章振亚,丁陈利,肖摇 明 (6636)……………
中国东部亚热带地区树轮 啄13C方位变化的谐波分析 赵兴云,李宝惠,王摇 建,等 (6647)……………………
甘肃臭草型退化草地优势种群空间格局及其关联性 高福元,赵成章 (6661)……………………………………
川西亚高山 /高山森林土壤氧化还原酶活性及其对季节性冻融的响应 谭摇 波,吴福忠,杨万勤,等 (6670)…
模拟分类经营对小兴安岭林区森林生物量的影响 邓华卫,布仁仓,刘晓梅,等 (6679)…………………………
苹果三维树冠的净光合速率分布模拟 高照全,赵晨霞,张显川,等 (6688)………………………………………
拟茎点霉 B3 与有机肥配施对连作草莓生长的影响 郝玉敏,戴传超,戴志东,等 (6695)………………………
落叶松林土壤可溶性碳、氮和官能团特征的时空变化及与土壤理化性质的关系
苏冬雪,王文杰,邱摇 岭,等 (6705)
………………………………
……………………………………………………………………………
人工固沙区与流沙区准噶尔无叶豆种群数量特征与空间格局对比研究
张永宽,陶摇 冶,刘会良,等 (6715)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
山地河流浅滩深潭生境大型底栖动物群落比较研究———以重庆开县东河为例
王摇 强,袁兴中,刘摇 红 (6726)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
荣成俚岛人工鱼礁区游泳动物群落特征及其与主要环境因子的关系 吴忠鑫,张摇 磊,张秀梅,等 (6737)……
北黄海秋、冬季浮游动物多样性及年间变化 杨摇 青,王真良,樊景凤,等 (6747)………………………………
鄂尔多斯市土地利用生态安全格局构建 蒙吉军,朱利凯,杨摇 倩,等 (6755)……………………………………
村落文化林与非文化林多尺度物种多样性加性分配 高摇 虹,陈圣宾,欧阳志云 (6767)………………………
不同生计方式农户的环境感知———以甘南高原为例 赵雪雁 (6776)……………………………………………
两种预测模型在地下水动态中的比较与应用 张摇 霞,李占斌,张振文,等 (6788)………………………………
四川黄龙沟少花鹤顶兰繁殖成功特征 黄宝强,寇摇 勇,安德军 (6795)…………………………………………
硝化抑制剂对蔬菜土硝化和反硝化细菌的影响 杨摇 扬,孟德龙,秦红灵,等 (6803)……………………………
新疆两典型微咸水湖水体免培养古菌多样性 邓丽娟,娄摇 恺,曾摇 军,等 (6811)………………………………
白洋淀异养鞭毛虫群落特征及其与环境因子的相关性 赵玉娟,李凤超,张摇 强,等 (6819)……………………
双酚 A对萼花臂尾轮虫毒性及生活史的影响 陆正和,赵宝坤,杨家新 (6828)…………………………………
孵化温度对双斑锦蛇初生幼体行为和呼吸代谢的影响 曹梦洁,祝摇 思,蔡若茹,等 (6836)……………………
黄玛草蛉捕食米蛾卵的功能反应与数值反应 李水泉,黄寿山,韩诗畴,等 (6842)………………………………
互惠鄄寄生耦合系统的稳定性 高摇 磊,杨摇 燕,贺军州,等 (6848)………………………………………………
超微七味白术散对肠道微生物及酶活性的影响 谭周进,吴摇 海,刘富林,等 (6856)……………………………
专论与综述
氮沉降对森林生态系统碳吸存的影响 陈摇 浩,莫江明,张摇 炜,等 (6864)………………………………………
全球 CO2水平升高对浮游植物生理和生态影响的研究进展 赵旭辉,孔繁翔,谢薇薇,等 (6880)………………
跨界自然保护区———实现生物多样性保护的新手段 石龙宇,李摇 杜,陈摇 蕾,等 (6892)………………………
研究简报
会同和朱亭 11 年生杉木林能量积累与分配 康文星,熊振湘,何介南,等 (6901)………………………………
退化草地阿尔泰针茅生殖株丛与非生殖株丛的空间格局 任摇 珩,赵成章,高福元,等 (6909)…………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*326*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 白洋淀是华北地区最大的淡水湖泊湿地。 淀区内沟壕纵横交织错落,村庄、苇地、园田星罗棋布,在水文、水化学、生
物地球化学循环以及生物多样性等方面,具有非常复杂的异质性。 随着上游城镇污废水、农田径流进入水域,淀区
富营养化日益加剧。 复杂的水环境特点、高度的景观异质性和良好的生物多样性,使得该地区成为探索规模性厌氧
氨氧化反应的良好研究地点(详见本期第 6591—6598 页)。
彩图提供: 王为东博士摇 中国科学院生态环境研究中心摇 E鄄mail: wdwangh@ yahoo. com
第 32 卷第 21 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 21
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目: 国家“十一五冶科技支撑项目(2010BAC68B01,2006BAC01A13); 国家“十二五冶科技支撑项目(2011BAC02B01);“十一五冶国家科技
支撑项目
收稿日期:2011鄄09鄄16; 摇 摇 修订日期:2012鄄03鄄26
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail:luzhaohua@ cumtb. edu. cn
DOI:10. 5846 / stxb201109161358
夏孟婧,苗颖,陆兆华,谢国莉,裴定宇.造纸废水灌溉对滨海退化盐碱湿地土壤酶活性的响应.生态学报,2012,32(21):6599鄄6608.
Xia M J, Miao Y, Lu Z H, Xie G L, Pei D Y Y. Responds of soil enzyme activities of degraded coastal saline wetlands to irrigation with treated paper mill
effluent. Acta Ecologica Sinica,2012,32(21):6599鄄6608.
造纸废水灌溉对滨海退化盐碱湿地
土壤酶活性的响应
夏孟婧1,苗颖1,陆兆华1,2,*,谢国莉3,裴定宇4
(1. 中国矿业大学(北京)恢复生态学研究所, 北京摇 100083;2. 山东省黄河三角洲生态环境重点实验室, 滨州摇 256600;
3. 北京电子科技职业学院, 北京摇 100029; 4. 北京计科能源新技术开发公司环境事业部 北京摇 100038)
摘要:经生物塘处理后的造纸废水矿化度低,有机物质含量高,可用来改善滨海盐碱土壤。 研究了不同量(每次灌溉深度为 5、
10、15 和 20 cm)处理后的造纸废水灌溉对土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性的影响,通过酶活性的变化来反
映对土壤改良的效果并寻求最佳灌溉量。 结果表明:5 种土壤酶上层(0—10 cm)和中层土壤(10—20 cm)的活性大于下层土壤
(20—30 cm),造纸废水灌溉没有改变土壤酶活性在不同土层的分布规律;灌溉造纸废水对土壤脲酶和磷酸酶活性的提高主要
发生在表层土壤,而对蔗糖酶、脱氢酶以及过氧化氢酶活性的提高主要发生在上层和中层土壤;20 cm 灌溉对下层土壤酶活性
的提高最明显。 5 种酶活性均受温度降雨等因素影响,最大值出现在 8 月份。 总体上,灌溉量的增加能提高酶活性的增加程
度,最佳灌溉量为 20 cm,土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶相对对照分别提高了 70. 0% 、30. 9% 、56. 2% 、135. 2%和 20郾 84% 。
酶活性与土壤盐碱度和微生物代谢商(qCO2)显著负相关,与速效磷和微生物量碳显著正相关,与有机质和速效氮相关性不
显著。
关键词:造纸废水;灌溉;滨海退化盐碱湿地;改良;土壤酶
Responds of soil enzfyme activities of degraded coastal saline wetlands to
irrigation with treated paper mill effluent
XIA Mengjing1, MIAO Ying1, LU Zhaohua1,2,*, XIE Guoli3, PEI Dingyu4
1 Institute of Restoration Ecology, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China
2 Key Laboratory of Eco鄄environmental Science for Yellow River Delta in Shandong Province, Binzhou, Shandong 256600, China
3 Biotechnology Department of Beijing Vocational College of Electronic Science, Beijing 100029, China
4 Beijing Jike Energy New Technology Development Co. , Beijing 100038, China
Abstract:Yellow River Delta, which is surrounded by Bohai Sea to the north and Laizhou Bay to the east, is one of the
three largest deltas in China. However, large amounts of water and salts that were brought by penetration of water in the
Yellow River and encroachment of sea water resulted in the rise of groundwater level and salinization. Under the influence of
strong evaporation, the soil degraded into saline soil. Currently, up to around 1670 km2 of land have turned into saline soil
in the Yellow River Delta. Thus, it is urgent to ameliorate the saline soil for the assurance of ecological security and
coordinated development of economy and ecology. Treated paper mill effluent was low in salinity and high in organic matter,
and could be used to restore saline soil. Irrigation with treated paper mill effluent could enrich soil nutrients, improve soil
activity and leach soil salts, and meanwhile it could solve the disposal problem of paper mill effluent. Thus, different
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depths (viz. 5, 10, 15 cm and 20 cm) of treated paper mill effluent were irrigated for remediation of saline soil in this
study. In addition, anti鄄waterlogging ditches were built around the plots for discharging leached soil salts. Soil enzyme
activities, which can reflect soil fertility, are important parameters for evaluating soil quality. Five enzymes, viz. urease,
phosphatase, sucrase, dehydrogenase and catalase, were used to evaluate the effectiveness of saline soil remediation. Under
the multi鄄influences of soil water content, temperature, aeration, nutrients and salts, soil enzyme activities were higher in
soil layers of 0—10 cm and 10—20 cm than those in soil layer of 20—30 cm. Irrigation did not change the distribution of
soil enzymes in the different soil layers. The improvements of urease and phosphatase mainly achieved in soil layer of 0—10
cm, and those of sucrase, dehydrogenase and catalase mainly achieved in both soil layers of 0—10 cm and 10—20 cm.
Irrigation rate of 20 cm was the most effective in improving soil enzyme activities in lower soil layer (20—30 cm). The five
enzymes also presented regular seasonal dynamics, all reaching the highest level in August. Irrigation with treated paper
mill effluent, salinity (2080 mg / L) of which was very low compared to the present saline soil (2. 31% ), was effective in
reducing soil salinity. Thus, inhibition of soil salinity to enzymes was reduced. In addition, irrigation with treated paper
mill effluent introduced abundant of substrates for enzymes. Consequently, all the five enzyme activities were significantly
improved. In general, higher irrigation rates were more effective in the improvement of enzyme activities and 20 cm turned
out to be the optimum irrigation rate. Compared to the control, the activities of urease, phosphatase, sucrose,
dehydrogenase and catalase were improved by 70. 0% , 30. 9% , 56. 2% , 135. 2% and 20. 84% , respectively. The results
also showed that in the studied saline soil, the five soil enzyme activities presented significantly negative correlation with soil
salinity, sodicity and microbial metabolic quotient (qCO2), and significantly positive correlation with available phosphorus
and microbial biomass carbon, while no significant correlation with soil organic matter and available nitrogen due to the
different dynamics over time after irrigation.
Key Words:paper mill effluent; irrigation; degraded coastal saline wetlands; remediation; soil enzymes
黄河三角洲是我国三大三角洲之一,位于渤海西岸、渤海湾和莱州湾湾口。 黄河水侧渗、引黄河水、海水
侵染和风暴潮侵袭给黄河三角洲带来大量的水分和盐分,成为该地区土壤盐碱化的重要物质基础。 水分和盐
分进入地下水系统导致地下水位上升,在强烈的蒸发作用下,土壤向盐渍化方向发展[1];同时三角洲新生土
地成土历程短、熟化程度低、土壤养分少[2]。 目前,黄河三角洲地区已经有大约 1670 km2 的土地退化成了盐
碱地[3],导致了大量土地资源的浪费并严重影响了当地的生态安全。 近年来,黄河三角洲实施了高效生态经
济的发展规划,改良黄河三角洲地区滨海盐碱湿地、恢复绿色生态屏障是发展高效生态经济的重要保障。
已有研究报道采用引黄河水灌溉压盐的方法改良黄河三角洲地区退化盐碱湿地并取得一定成效[4],但
由于工程费用巨大而难以推广。 另外,该区域年蒸发量远大于降水量,干旱缺水,加之地下水矿化度高而无法
用于灌溉压盐。 因此,水成为该地区盐碱地改良的瓶颈。 国内外大量研究表明采用再生水或废水灌溉可以提
高土壤养分和活性[5鄄10],但是尚无研究报道不同灌溉量的改良效果。 不合理的废水灌溉方式会加剧土壤盐碱
化[9,11鄄12],Qadir等人[13]提出利用非淡水灌溉的关键在于土壤盐分的充分淋溶和完善的排水系统。 结合当地
条件,本研究采用经过处理后的造纸废水灌溉来改良退化盐碱地,同时修建降渍沟将盐分排出土壤。 由于处
理后的造纸废水的矿化度和有机污染物含量均显著降低,结合降渍沟,灌溉后不但不会造成土壤盐分的累积,
还能起到提高土壤养分和活性的作用。 马欣等人[14]已报道了该改良措施对退化盐碱湿地土壤理化性质的影
响,结果表明土壤 pH值略有升高,但未加重土壤碱化,土壤水溶性总盐、Na+和 Cl-均降低,土壤养分(有机质、
碱解氮、速效磷)均升高。
土壤酶是由微生物、动植物活体分泌及植物残骸分解释放于土壤中的一类具有催化能力的生物活性物
质;酶活性在一定程度上反映了土壤肥力和活性状况,是评价土壤水平高低的重要指标。 本文通过研究造纸
废水灌溉对土壤酶活性的改变来反映盐碱土壤改良的效果并寻求最佳灌溉量,同时探讨在盐碱水平下土壤酶
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活性和其他性质的相关性。
1摇 材料和方法
1. 1摇 试验区概况
试验区位于黄河三角洲地区沾化县北约 10 km 处的滨海盐碱地(37毅46忆37. 6义N, 118毅07忆37. 9义E),见图
1A。 由于该区域属于东亚温暖带大陆季风性气候,平均降水量约 600 mm / a,蒸发量 1800—2000 mm / a,年平
均气温 12. 5 益。 该地区淡水资源紧缺,引用黄河水获取淡水资源工程费用高,无法大范围实施。 高矿化度地
下水的大量农用、海水倒灌以及高蒸发量导致该地区土壤盐碱化,区域内土壤呈现不同的盐碱化程度。 本实
验选取约 10000 m2 重度盐碱地为试验区,区域内几乎没有植物生长,为光板地,土壤属于滨海石灰性潮土,表
面有大量盐析出,土体构型多有厚粘层,基本性质见表 1。
表 1摇 试验区域土壤基本性质
Table 1摇 Soil properties of experimental region
指标 Index 数值 Value 指标 Index 数值 Value
pH 7. 890依0. 03 容重 Bulk density / (g / cm3) 1. 60依0. 02
水溶性总盐 Total soluble salt / % 2. 310依0. 14 有机质 Organic matter (g / kg) 7. 79依0. 71
速效氮 Available N / (mg / kg) 11. 360依1. 84 速效磷 Available P (mg / kg) 8. 09依0. 44
速效钾 Available K / (mg / kg) 294. 800依36. 51 总氮 Total N (g / kg) 0. 55依0. 16
总磷 Total P / (g / kg) 0. 630依0. 03 总钾 Total K (g / kg) 21. 15依4. 35
微生物量碳 Microbial biomass C / (mg / kg) 30. 890依1. 56 土壤呼吸 Soil respiration / (mg CO2 鄄C kg-1 d-1) 46. 82依1. 79
脲酶活性 Urease activity / (mg NH3 鄄N g-1 d-1) 0. 056依0. 008 磷酸酶活性 Phosphatase activity / (mg PNP g-1 d-1) 0. 11依0. 004
蔗糖酶 Sucrase activity / (mg GLU g-1 d-1) 0. 530依0. 03
脱氢酶活性 Dehydrogenase activity
/ (滋g TPF g-1 20h-1)
2. 41依0. 08
过氧化氢酶活性 Catalase activity / (ml 0. 01mol / L
KMnO4 g-1)
2. 320依0. 28
摇 摇 数据为平均值依标准偏差(n=15)
1. 2摇 试验设计
沾化县某造纸厂在该试验区域附近建立造纸废水生物塘处理系统,工艺流程为:原水寅调节塘寅厌氧塘
寅好氧塘寅兼性塘寅储存塘。 原水和储存塘废水水质见表 2,本实验采取储存塘出水对重度盐碱地进行灌
溉;可看出,处理后的造纸废水水质得到很大程度的改善。 对试验田进行修整、分区(图 1B),小区间的排碱沟
(1—7)以及两侧的主降渍沟(8 和 9)用以排水。 另外,各小区间均深埋土工布 30 cm做隔离,以防相互影响。
2007 年 8 月份开始对其中 5 个小区分别灌溉了 0 cm(CK)、5 cm(I5)、10 cm (I10)、15 cm(I15)和 20 cm(I20)
深度的废水,灌溉后,待通过蒸发和下渗地面没有积水后,并晾田 1 周后再以相同方式进水;冬季(2007 年 12
月份—2008 年 3 月份)停止灌水。 另一小区为翻耕处理,现不考虑,本文仅分析废水灌溉小区。
表 2摇 造纸厂原水和储存塘废水水质
Table 2摇 Characteristics of paper mill raw effluent and effluent from storage pond
pH
化学需氧量
COD
/ (mg / L)
五日生化
需氧量 BOD5
/ (mg / L)
总氮
TN
/ (mg / L)
总磷
TP
/ (mg / L)
矿化度
Salinity
/ (mg / L)
钠离子 Na+
/ %
原水 Raw effluent 8. 50 2500 750 60. 47 9. 56 2750 0. 15
储存塘废水
Effluent from storage pond 7. 44 957 84 28. 43 7. 22 2080 0. 12
1. 3摇 试验方法
1. 3. 1摇 土壤样品采集
小区土壤采样按 S型设置 5 个采样点,每个采样点按剖面分 0—10 cm、10—20 cm以及 20—30 cm三层,
1066摇 21 期 摇 摇 摇 夏孟婧摇 等:造纸废水灌溉对滨海退化盐碱湿地土壤酶活性的响应 摇
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图 1摇 试验区域位置(A)和野外试验设计示意图(B)
Fig. 1摇 Location of study region (A) and field experimental design (B)
分别于 2007 年 5 月份、2007 年 8 月份、2007 年 11 月份和 2008 年 3 月份进行采样。 采集的新鲜土样一部分用
来测定土壤微生物量性质,另一部分适当自然风干后磨碎、过 2 mm筛,4 益条件下密封保存以待测各项指标。
1. 3. 2摇 样品测定方法
水质指标参照《水和废水监测方法》 [15];土壤理化性质参照《土壤农化分析》 [16];土壤微生物碳量采用氯
仿熏蒸浸提法,土壤呼吸采用 NaOH吸收法[17];脲酶采用苯酚钠比色法,以 mg NH3 鄄N g
-1d-1 表示;磷酸酶采
用磷酸苯二钠比色法,以 mg PNP g-1d-1 表示;蔗糖酶采用 3,5鄄二硝基水杨酸比色法,以 mg GLU g-1d-1 表示;
脱氢酶采用氯化三苯四氯唑( TTC)法,以 ug TPF g-1d-1 表示;过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法,以 mL
0郾 01mol / L KMnO4 g
-1 干土表示;其中,测定脲酶、磷酸酶和蔗糖酶时均是在 37 益恒温箱培养 24 h,测定脱氢
酶是在 30 益恒温箱培养 20 h[18]。
1. 4摇 数据分析
采用 SPSS 统计软件利用单因素方差分析( ANOVA) 对实验数据差异性进行显著性分析,利用最小显著
差异( LSD) 多重比较方法分别对不同土壤深度之间和不同造纸废水灌溉量之间的两两差异性进行比较分
析;同时采用 SPSS对土壤酶活性和其他土壤性质如土壤含盐量、钠吸附比(SAR)、有机质、速效氮、速效磷、
微生物量碳、土壤呼吸和微生物代谢商(qCO2)做相关性分析。
2摇 结果分析与讨论
土壤酶活性在不同土层深度呈现出一定的差异性,5 种酶表现出不同的土层分布规律;造纸废水灌溉改
善了土壤酶活性,但没有改变其在不同土层的分布情况。 土壤酶还受温度降水等气候性因素的影响,具有一
定的季节性变化规律。 5 种酶活性表现出相同的季节性变化规律:从 5 月份到 8 月份,随着气温的升高,酶活
性随之升高,之后随气温下降呈现降低趋势。
2. 1摇 造纸废水灌溉对土壤脲酶活性的影响
脲酶是对土壤有机氮分解转化起重要作用的一种专性酶,主要分解有机氮转化过程中形成的尿素,使其
转化为 NH3,从而被植物吸收利用。 造纸废水富含氮素(表 2),灌溉带来的大量有机氮为土壤脲酶提供了充
分的反应基质,从而提高了脲酶活性。 从图 2 可看出,在灌溉造纸废水之前(5 月份)各块小区脲酶活性表现
出显著性差异,表明该试验区域土壤脲酶活性不均。 土壤脲酶活性在本试验区域的空间分布规律为:10—20
cm > 0—10 cm > 20—30 cm(图 2)。 大量研究报道土壤脲酶活性和总氮相关,但本试验中脲酶和土壤总氮却
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表现出不同的空间分布情况,总氮在不同土层中分布情况为:0—10 cm (0. 62 g / kg) > 10—20 cm (0. 52 g /
kg) > 20—30 cm (0. 41 g / kg)。 这主要是由土壤盐分引起的,土壤盐分在从上到下的 3 层土壤中含量分别为
3. 3% 、1. 4%和 1. 0% ,表层大量盐分抑制了土壤酶活性。 造纸废水灌溉提高了土壤脲酶的活性,但对不同土
层的提高程度不同。 I5—I20 各处理平均值在 0—10 cm、10—20 cm 和 20—30 cm 分别相对对照提高了
79郾 5% ,37. 1%和 50. 1% ,表明灌溉对表层土壤的提高率最大。 这是因为造纸废水灌溉后土壤表层相对中下
层累积了更多的有机氮。 差异显著性分析表明不同量造纸废水灌溉对各土层酶活性的提高程度也不同,0—
10 cm和 10—20 cm土层各灌溉处理均显著高于对照,而 20—30 cm土层只有 I20 显著高于对照,表明只有高
灌溉量才能提高深层土壤脲酶活性。
在季节性因素和灌溉共同的作用下,各小区灌溉翌年 3 月份脲酶活性和灌溉前相比均增加,分别提高了
53% (CK),28. 2% (I5),46. 4% (I10),232. 0% (I15)以及 200. 6% (I20),I15 和 I20 的提高率远大于 CK,
表明灌溉 15 cm和 20 cm造纸废水可以显著提高土壤酶脲活性。
图 2摇 不同量造纸废水灌溉下不同土层深度和不同时间脲酶活性的变化
Fig. 2摇 Change of urease activity in different soil layers and different times under the influence of irrigation with different amounts of
treated paper mill effluent
不同字母表示不同处理在同一土层深度或同一时间显著差异(P <0. 05)
2. 2摇 造纸废水灌溉对土壤磷酸酶活性的影响
土壤磷酸酶水解有机磷化合物,为植物生长提供无机磷。 磷酸酶活性是土壤有机磷矿化潜力和微生物活
性的重要指标。 土壤磷酸酶在不同土层的分布规律表现为:0—10 cm > 10—20 cm > 20—30 cm(图 3),和土
壤总磷分布一致;表明和脲酶相比,磷酸酶活性受土壤盐分的抑制作用较小。 15—120 各处理磷酸酶活性平
均值在 0—10、10—20 cm和 20—30 cm分别相对对照提高了 42. 0% 、5. 5%和 17. 7% ,表明灌溉造纸废水主要
提高了表层土壤的磷酸酶活性,这是由于造纸废水富含磷素(表 2),灌溉在土壤表层累积了大量磷酸酶的反
应基质有机磷。 差异显著性分析进一步证实了此结果,不同量灌溉均显著提高了 0—10 cm土层磷酸酶活性,
而 10—20 cm土层各灌溉处理磷酸酶活性均不显著高于对照,20—30 cm土层只有 I10 和 I20 显著高于对照。
从图 3 可看出此试验样地各小区土壤磷酸酶分布均匀,各小区间差异不显著。 磷酸酶随时间变化没有脲酶明
显,最高活性也在 8 月份。 灌溉造纸废水后在 2008 年 3 月份,只有 I20 显著高于对照,比对照高 30. 9% ,表明
只有灌溉 20 cm的造纸废水显著提高了磷酸酶的活性。
2. 3摇 造纸废水灌溉对土壤蔗糖酶活性的影响
土壤蔗糖酶参与碳水化物的转化,将蔗糖水解成植物以及土壤微生物可直接利用的葡萄糖和果糖。 土壤
蔗糖酶也表现出 0—10 cm > 10—20 cm > 20—30 cm 的空间分布规律(图 4)。 造纸废水灌溉主要提高了 0—
3066摇 21 期 摇 摇 摇 夏孟婧摇 等:造纸废水灌溉对滨海退化盐碱湿地土壤酶活性的响应 摇
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图 3摇 不同量造纸废水灌溉下不同土层深度和不同时间磷酸酶活性的变化
Fig. 3摇 Change of phosphatase activity in different soil layers and different times under the influence of irrigation with different amounts of
treated paper mill effluent
不同字母表示不同处理在同一土层深度或同一时间显著差异(P<0. 05)
10 cm和 20—30 cm 土层的蔗糖酶活性,I5—I20 各处理平均值分别相对对照提高了 58. 7%和 58. 0% ,且不同
量灌溉均显著高于对照;10—20 cm土层蔗糖酶活性提高了 16. 6% ,仅 I20 显著高于对照。 所有处理土壤蔗
糖酶活性在 4 次不同采样时间均表现出两两显著差异(P<0. 05),表明蔗糖酶活性随季节性变化非常明显,波
动很大(图 4)。 2008 年 3 月份蔗糖酶活性和灌溉前相比分别提高了 83. 2% (CK),123. 5% (I5),152郾 4%
(I10),205. 1% (I15)以及 194. 8% (I20)。 所有灌溉处理提高率均明显高于对照,表明造纸废水灌溉可显著
提高土壤蔗糖酶活性并且在 0—15 cm灌溉量范围内随灌溉量的增加而增加;20 cm 灌溉量对蔗糖酶的提高
率反而低于 15 cm,可能是由于较高量造纸废水灌溉所带来的污染物对蔗糖酶有一定的抑制作用,但抑制作
用不显著。
图 4摇 不同量造纸废水灌溉下不同土层深度和不同时间蔗糖酶活性的变化
Fig. 4摇 Change of sucrase activity in different soil layers and different times under the influence of irrigation with different amounts of
treated paper mill effluent
不同字母表示不同处理在同一土层深度或同一时间显著差异(P<0. 05)
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2. 4摇 造纸废水灌溉对土壤脱氢酶活性的影响
脱氢酶是一种胞内氧化酶,能促进化合物、有机酸等有机物脱氢氧化,起着递氢体作用[19],可作为反应土
壤微生物总体氧化能力的指标[20]。 土壤脱氢酶同样表现出 0—10 cm > 10—20 cm > 20—30 cm 的空间分布
规律(图 5)。 和蔗糖酶类似,造纸废水灌溉主要提高了 0—10 cm和 20—30 cm 土层脱氢酶活性,15—120 各
处理平均值分别相对对照提高了 44. 7%和 39. 4% ,而 10—20 cm土层仅提高了 11. 3% 。 0—10 cm和 20—30
cm 土层不同量灌溉脱氢酶活性均显著高于对照,10—20 cm土层仅 I20 显著高于对照。 同时,各不同土层中
I20 均显著高于 I5、I10 以及 I15,表明 I20 对各层土壤脱氢酶活性提高最显著。
盐渍土壤由于有毒离子以及有机质含量低导致了脱氢酶活性很低[21],本试验样地脱氢酶活性灌溉前平
均仅有 2. 41 滋g TPFg-1 d-1。 脱氢酶活性在 8 月份最高,和 8 月份的高降雨量有关。 根据 Dick 等人[22]的研
究,脱氢酶活性在雨季较高,因为大部分脱氢酶是由厌氧微生物分泌,雨季土壤积水创造的厌氧环境有利于厌
氧微生物的繁殖,从而分泌较多脱氢酶。 2008 年 3 月份和灌溉前相比,各处理土壤脱氢酶活性均没有得到显
著提高,有些小区甚至较灌溉前降低,这主要是季节性因素引起的。 但不同量灌溉处理均显著高于对照,5—
20 cm灌溉量分别比对照高 74. 0% 、118. 6% 、115. 8%和 135. 2% 。 表明造纸废水灌溉可以显著提高土壤脱氢
酶活性并且基本上随灌溉量的增加而增加,但不同灌溉量间除 5 cm 和 20 cm 外均差异不显著。 脱氢酶主要
参与有机物质降解的初级阶段,有机物质量的增加是提高脱氢酶活性的主要途径[23],因此高造纸废水灌溉量
对土壤脱氢酶活性的提高最显著;这也是和其他土壤酶相比,20 cm 造纸废水灌溉对脱氢酶活性提高最大的
原因。
图 5摇 不同量造纸废水灌溉下不同土层深度和不同时间脱氢活性的变化
Fig. 5摇 Change of dehydrogenase activity in different soil layers and different times under the influence of irrigation with different amounts
of treated paper mill effluent
不同字母表示不同处理在同一土层深度或同一时间显著差异(P<0. 05)
2. 5摇 造纸废水灌溉对土壤过氧化氢酶活性的影响
土壤过氧化氢酶催化土壤中对植物生长有害的 H2O2 分解,是土壤生物化学反应过程氧化还原能力的重
要指示。 土壤过氧化氢酶在不同土层的空间分布规律和脲酶一致:10—20 cm > 0—10 cm > 20—30 cm。 造
纸废水灌溉对不同土层过氧化氢酶活性的提高率为:0—10 cm > 20—30 cm >10—20 cm, I5—I20 三层各处
理平均值分别比对照提高了 27. 8% ,21. 5%和 10. 2% 。 0—10 cm和 20—30 cm土层,仅 I15 和 I20 显著高于
对照,而 20—30 cm 仅 I20 显著高于对照。 土壤过氧化氢酶活性和蔗糖酶活性一致,在 4 次不同采样时间均
表现出两两显著差异(P<0. 05),随季节性变化明显。 鲁萍等人[24]研究表明过氧化氢酶活性受土壤水分的影
5066摇 21 期 摇 摇 摇 夏孟婧摇 等:造纸废水灌溉对滨海退化盐碱湿地土壤酶活性的响应 摇
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响很大,本研究过氧化氢酶活性在 8 月份雨季达到最高值。 2008 年 3 月份和灌溉前相比,过氧化氢酶活性分
别提高了 167. 7% (CK),174. 9% (I5),186. 8% (I10),205. 4% (I15)和 247. 2% (I20), I10、I15 和 I20 三处
理显著高于对照,表明一定量造纸废水灌溉可以提高土壤过氧化氢酶酶活性。 造纸废水灌溉给土壤输入了一
定量的有毒物质,对土壤过氧化氢酶有一定的激活作用,但如果有毒物质超过一定的量,又会抑制过氧化氢酶
活性。 本研究最大灌溉量 20 cm没有表现出对土壤过氧化氢酶的抑制,表明该实验所用处理后的造纸废水有
毒物质含量不高,可以用来灌溉。
图 6摇 不同量造纸废水灌溉下不同土层深度和不同时间过氧化氢酶活性的变化
Fig. 6摇 Change of catalase activity in different soil layers and different times under the influence of irrigation with different amounts of
treated paper mill effluent
不同字母表示不同处理在同一土层深度或同一时间显著差异(P<0. 05)
2. 6摇 土壤酶活性与土壤理化性质和微生物性质的相关性分析
从表 3 可知,土壤各种酶活性均在 P<0. 01 水平上与土壤水溶性总盐和钠吸附比(SAR)显著负相关,表
明土壤盐度和碱度会抑制土壤酶活性,这和 Rietz等人研究一致[25]。 高土壤盐分抑制酶活性主要是由于盐析
作用,对酶活性起重要作用的蛋白质分子的三级结构被破坏,导致土壤酶水溶性降低甚至变性,从而改变了酶
促反应的催化部位[25]。 值得注意的一点,在高盐碱度的胁迫下土壤酶仍保持着一定强度的活性,这是因为耐
盐碱微生物分泌的酶比非耐盐碱微生物分泌的酶需要较高的盐碱度来刺激活性[26]。 灌溉造纸废水后土壤盐
分(平均 1. 6% )的降低是土壤酶活性提高的一个重要因素。 Pathak 等人[27]报道,在盐渍化条件下,土壤有机
质的提高会增加酶活性,因为有机质不仅是土壤酶的作用基质,还可以使酶在土壤中矿质和腐殖质的复合系
统中得以固定,从而起到保护酶的作用[28]。 但此研究中土壤有机质含量与 5 种酶均未表现出显著相关性,主
要由于从 8 月份到 11 月份持续灌溉造纸废水使土壤有机质仍呈现上升趋势,而土壤酶活性由于受到温度降
低的影响而降低,导致了土壤有机质和酶活性在季节变化上的不同步。 速效氮和有机质的季节性变化规律一
致:从 5 月份到 11 月份持续上升,之后停止灌溉造纸废水后下降,所以各种土壤酶活性也未与速效氮表现出
显著相关性。 与有机质和速效氮不同,速效磷的季节性变化和土壤酶一致,在 8 月份达到最大值,所以与 5 种
酶均显著相关。
土壤微生物量碳与 5 种酶均在 P<0. 01 水平上显著相关,这是因为微生物分泌是土壤酶的主要来源。 土
壤呼吸与酶(蔗糖酶除外)没表现出显著相关性,可能是由于土壤呼吸在 08 年 3 月份较 2007 年 11 月份升高,
而土壤酶却未升高。 土壤呼吸在 2008 年 3 月份升高可能是由于冻融循环引起的,微生物在外界环境发生剧
烈变化的情况下通过加大自身呼吸来调节活性;而土壤酶在外界相对低的基质环境中活性没有升高。 qCO2
6066 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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(微生物代谢商)是指单位生物量的微生物在单位时间里的呼吸作用,是一个广泛被用来表征微生物对环境
胁迫或干扰所做出的反应的指标,在环境胁迫或干扰下,微生物维持生存可能需要更多的能量,qCO2 值就越
大[29]。 5 种土壤酶均与 qCO2 显著负相关,表明环境胁迫或者干扰作用加强会降低土壤酶活性;本试验中胁
迫因素主要是土壤盐碱度,土壤酶与 qCO2 的显著负相关性进一步验证了高盐碱度对土壤酶的抑制作用。
表 3摇 土壤酶活性与其他性质的相关性分析(n=20)
Table 3摇 Correlation analysis between soil enzyme activities and other properties (n=20)
水溶性总盐
Total soluble
salts
钠吸附比
Sodium
adsorption ratio
有机质
Organic matter
速效氮
Available N
速效磷
Available P
微生物量碳
Microbial
biomass C
土壤呼吸
Soil respiration
微生物代谢商
Microbial metabolic
quotient
脲酶淤 -0. 860** -0. 878** 0. 082 0. 015 0. 557* 0. 932** 0. 396 -0. 897**
磷酸酶于 -0. 532** -0. 730** -0. 342 -0. 277 0. 599** 0. 738** 0. 235 -0. 530**
蔗糖酶盂 -0. 951** -0. 920** 0. 335 0. 283 0. 519* 0. 830** 0. 495* -0. 903**
脱氢酶榆 -0. 685** -0. 797** -0. 14 -0. 122 0. 501* 0. 821** 0. 139 -0. 782**
过氧化氢酶虞 -0. 899** -0. 872** 0. 158 0. 073 0. 569** 0. 930** 0. 32 -0. 941**
摇 摇 *,**分别表示在 0. 05 和 0. 01 水平上显著相关;淤 Urease activity;于 Phosphatase activity;盂 Sucrase activity;榆Dehydrogenase activity;虞
Catalase activity
3摇 结论
(1)上层土壤累积了较多的有机物质,有充分的营养源,水热和通气状况较好,利于微生物的生长,能分
泌较多的酶。 但由于本试验土壤为盐碱土壤,上层盐分含量较高,对酶活性的抑制作用相对中层和下层较大。
综合作用之下,5 种酶在土壤不同土层(0—10、10—20 和 20—30 cm )的分布规律不尽相同,但总体上中上层
土壤酶活性大于下层土壤。 灌溉造纸废水对土壤脲酶和磷酸酶活性的提高主要发生在表层土壤,而对蔗糖
酶、脱氢酶以及过氧化氢酶活性的提高主要发生在中上层土壤。 20 cm 灌溉对下层(20—30 cm )土壤酶活性
的提高最明显。
(2)土壤酶活性受气温、降水等季节性因素的影响,同时受随季节性变化较大的土壤盐分影响很大,因此
具有很强的季节性变化规律。 本试验土壤 5 种酶均在 8 月份达到最大值。
(3)本试验所用处理后造纸废水矿化度(2080 mg / L)相对土壤含盐量(2. 31% )很低,灌溉对土壤起到压
盐的效果,同时通过降渍沟将盐分排出土壤。 因此,灌溉造纸废水后盐碱土壤酶活性不会因为盐分累积而降
低;相反,盐分的降低减少了对土壤酶活性的抑制,并且造纸废水中所含的丰富有机物质为土壤酶提供了大量
基质,从而显著提高了各种酶的活性。 总体上,最大灌溉量 20 cm对土壤酶活性的提高最大,是提高酶活性的
最佳灌溉量,对土壤改良的作用显著。
(4)本试验酶活性与土壤盐碱度和微生物代谢商(qCO2)显著负相关,与速效磷和微生物碳显著正相关,
与有机质和速效氮相关性不显著。
致谢:山东省黄河三角洲生态环境研究中心老师对实验给予帮助, 中国科学院生态环境研究中心邓红兵研究
员帮助写作,特此致谢。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 21 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Widespread of anaerobic ammonia oxidation bacteria in an eutrophic freshwater lake wetland and its impact on nitrogen cycle
WANG Shanyun, ZHU Guibing, QU Dongmei, et al (6591)
………
………………………………………………………………………
Responds of soil enzfyme activities of degraded coastal saline wetlands to irrigation with treated paper mill effluent
XIA Mengjing, MIAO Ying, LU Zhaohua, et al (6599)
…………………
……………………………………………………………………………
Wetland ecosystem health assessment of the Tumen River downstream ZHU Weihong,GUO Yanli,SUN Peng,et al (6609)…………
An index of biological integrity:developing the methodology for assessing the health of the Baiyangdian wetland
CHEN Zhan, LIN Bo, SHANG He,et al (6619)
………………………
……………………………………………………………………………………
MODIS鄄based analysis of wetland area responses to hydrological processes in the Dongting Lake
LIANG Jie, CAI Qing, GUO Shenglian, et al (6628)
………………………………………
………………………………………………………………………………
The diversity of invasive plant Spartina Alterniflora rhizosphere bacteria in a tidal salt marshes at Chongming Dongtan in the Yangtze
River estuary ZHANG Zhengya, DING Chengli, XIAO Ming (6636)………………………………………………………………
Analyzing the azimuth distribution of tree ring 啄13C in subtropical regions of eastern China using the harmonic analysis
ZHAO Xingyun, LI Baohui,WANG Jian, et al (6647)
………………
……………………………………………………………………………
In the process of grassland degradation the spatial pattern and spatial association of dominant species
GAO Fuyuan, ZHAO Chengzhang (6661)
…………………………………
……………………………………………………………………………………………
Activities of soil oxidordeuctase and their response to seasonal freeze鄄thaw in the subalpine / alpine forests of western Sichuan
TAN Bo, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (6670)
………
………………………………………………………………………………
Simulating the effects of forestry classified management on forest biomass in Xiao Xing忆an Mountains
DENG Huawei, BU Rencang,LIU Xiaomei, et al (6679)
…………………………………
…………………………………………………………………………
The simulation of three鄄dimensional canopy net photosynthetic rate of apple tree
GAO Zhaoquan,ZHAO Chenxia, ZHANG Xianchuan, et al (6688)
………………………………………………………
………………………………………………………………
The effect of Phomopsis B3 and organic fertilizer used together during continuous cropping of strawberry (Fragaria ananassa Duch)
HAO Yumin, DAI Chuanchao, DAI Zhidong, et al (6695)
…
…………………………………………………………………………
Temporal and spatial variations of DOC, DON and their function group characteristics in larch plantations and possible relations
with other physical鄄chemical properties SU Dongxue,WANG Wenjie,QIU Ling,et al (6705)……………………………………
Comparisons of quantitative characteristics and spatial distribution patterns of Eremosparton songoricum populations in an artificial
sand fixed area and a natural bare sand area in the Gurbantunggut Desert, Northwestern China
ZHANG Yongkuan, TAO Ye, LIU Huiliang, et al (6715)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Comparison study on macroinvertebrate assemblage of riffles and pools:a case study of Dong River in Kaixian County of Chongqing,
China WANG Qiang,YUAN Xingzhong,LIU Hong (6726)…………………………………………………………………………
Nekton community structure and its relationship with main environmental variables in Lidao artificial reef zones of Rongcheng
WU Zhongxin,ZHANG Lei,ZHANG Xiumei,et al (6737)
………
…………………………………………………………………………
Zooplankton diversity and its variation in the Northern Yellow Sea in the autumn and winter of 1959, 1982 and 2009
YANG Qing, WANG Zhenliang, FAN Jingfeng, et al (6747)
………………
………………………………………………………………………
Building ecological security pattern based on land use:a case study of Ordos, Northern China
MENG Jijun,ZHU Likai,YANG Qianet al (6755)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Additive partition of species diversity across multiple spatial scales in community culturally protected forests and non鄄culturally
protected forests GAO Hong, CHEN Shengbin, OUYANG Zhiyun (6767)…………………………………………………………
Environmental perception of farmers of different livelihood strategies: a case of Gannan Plateau ZHAO Xueyan (6776)………………
Application and comparison of two prediction models for groundwater dynamics
ZHANG Xia,LI Zhanbin,ZHANG Zhenwen, et al (6788)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Pollination success of Phaius delavayi in Huanglong Valley, Sichuan HUANG Baoqiang, KOU Yong, AN Dejun (6795)……………
Mechanism of nitrification inhibitor on nitrogen鄄transformation bacteria in vegetable soil
YANG Yang, MENG Denglong, QIN Hongling, et al (6803)
………………………………………………
………………………………………………………………………
Archaea diversity in water of two typical brackish lakes in Xinjiang DENG Lijuan, LOU Kai, ZENG Jun, et al (6811)……………
Abundance and biomass of heterotrophic flagellates in Baiyangdian Lake, as well as their relationship with environmental factors
ZHAO Yujuan,LI Fengchao,ZHANG Qiang,et al (6819)
……
…………………………………………………………………………
Effects of bisphenol A on the toxicity and life history of the rotifer Brachionus calyciflorus
LU Zhenghe, ZHAO Baokun, YANG Jiaxin (6828)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Effect of incubation temperature on behavior and metabolism in the Chinese cornsnake, Elaphe bimaculata
CAO Mengjie, ZHU Si, CAI Ruoru, et al (6836)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Functional and numerical responses of Mallada besalis feeding on Corcyra cephalonica eggs
LI Shuiquan, HUANG Shoushan, HAN Shichou,et al (6842)
……………………………………………
………………………………………………………………………
Stability analysis of mutualistic鄄parasitic coupled system GAO Lei, YANG Yan, HE Junzhou, et al (6848)…………………………
Effect of ultra鄄micro powder qiweibaishusan on the intestinal microbiota and enzyme activities in mice
TAN Zhoujin,WU Hai,LIU Fulin,et al (6856)
………………………………
……………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The effects of nitrogen deposition on forest carbon sequestration:a review
CHEN Hao, MO Jiangming, ZHANG Wei, et al (6864)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of enhanced CO2 level on the physiology and ecology of phytoplankton
ZHAO Xuhui, KONG Fanxiang, XIE Weiwei, et al (6880)
…………………………………………………………
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Transboundary protected areas as a means to biodiversity conservation SHI Longyu, LI Du, CHEN Lei, et al (6892)………………
Scientific Note
The energy storage and its distribution in 11鄄year鄄old chinese fir plantations in Huitong and Zhuting
KANG Wenxing,XIONG Zhengxiang,HE Jienan,et al (6901)
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Spatial pattern of sexual plants and vegetative plants of Stipa krylovii population in alpine degraded grassland
REN Heng, ZHAO Chengzhang, GAO Fuyuan, et al (6909)
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 21 期摇 (2012 年 11 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 21 (November, 2012)
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