各向異性導(dǎo)電膠膜用新型導(dǎo)電粒子的制備-南京大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)

1、秦淮河沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽及相關(guān)酶活性時(shí)空變異特征及其響應(yīng)關(guān)系研究趙振華1,2基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金（41230640）和國(guó)家自然科學(xué)基金（41371307）收稿日期：*通訊聯(lián)系人，E-mail: zzh4000，曹晶晶1,2, 劉月利1,2（1.河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 南京 210098）摘要：本文以南京市典型城市景觀河道秦淮河主城區(qū)段為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)主城區(qū)段內(nèi)外秦淮河20個(gè)典型點(diǎn)位沉積物秋冬2個(gè)批次的采樣及分析，研究了沉積物中脲酶、磷酸酶和熒光素水解酶及氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空變異特征及其響應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明，研究區(qū)域河

2、道沉積物中的營(yíng)養(yǎng)鹽及相應(yīng)酶活性的時(shí)空變異均較為顯著。氮、磷及有機(jī)質(zhì)含量大多數(shù)都超過(guò)了豐富標(biāo)準(zhǔn)值，是典型的低碳高氮水體；堿性磷酸酶和熒光素水解酶的時(shí)空變異性較為一致，均為冬季高于秋季，而脲酶則正好相反。聚類、主成分、典型相關(guān)分析（CCA）及相關(guān)性分析表明，熒光素（簡(jiǎn)寫為FDA）水解酶與磷酸酶和全磷的時(shí)空變異特征比較一致，呈顯著正相關(guān)關(guān)系（p0.05），由于FDA水解酶可以代表微生物的總體活性，因此，研究區(qū)域沉積物中磷酸酶的來(lái)源很可能主要來(lái)自微生物。其次，F(xiàn)DA水解酶又與氮營(yíng)養(yǎng)鹽均顯著負(fù)相關(guān)（p0.05），且與脲酶弱負(fù)相關(guān)，說(shuō)明脲酶可能并不主要來(lái)自微生物，且沉積物中總微生物的高活性，有利于水體中氮

3、污染物的削減。關(guān)鍵詞：沉積物，微生物酶，統(tǒng)計(jì)分析，交互作用中圖分類號(hào)： TP181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ATemporal and spatial variability and their response relationship of nutrients and relevant enzymatic activities in the sediments of Qinhuai RiverZhao Zhenhua1,2*, Cao Jingjing1,2, Liu Yueli1,2(1. Key Laboratory of Integrated Regulation and Resource De

4、velopment on Shallow Lake of Ministry of Education, College of Environment, Hohai University, Nanjing 210098,China. 2. College of Environment, Hohai University, Nanjing 210098, China)Abstract：This paper focus on the typical urban landscape rivers - Qinhuai River in Nanjing downtown, the sediments of

5、 20 typical sites in internal and external Qinhuai River were monitored by two batches of samples analysis of sediments in autumn and winter. Temporal and spatial variability and their response relationship of urease, alkaline phosphatase, fluoresceindiacetate (FDA) hydrolase and environmental index

6、es including nitrogen and phosphorus nutrients in the sediments were studied. Results showed that the temporal and spatial variability of nutrients and related enzyme activities in the sediment in the corresponding area are significant. Most of nitrogen, phosphorus and organic matter content exceede

7、d the standard values of rich level, and Qinhuai River is a typical water body with low-carbon and high- nitrogen. Temporal and spatial variability of alkaline phosphatase was consistent with fluoresceindiacetate hydrolase, both of their enzyme activities in winter are more than those in autumn, whi

8、le the urease was just the opposite. The analysis of clustering, principal component, canonical correlation and correlation analysis showed that the temporal and spatial variation of FDA hydrolase, phosphatase and total phosphorus showed a significant positive correlation (p 0.05). Since the FDA hyd

9、rolase activity can be representative of the activity of total microorganisms, therefore, the source of phosphatase in the sediments of study area may be mainly derived from microorganisms. Secondly, FDA hydrolase significantly negatively correlated with nitrogen nutrients (p 0.05), and weakly negat

10、ively correlated with urease, indicating that the main sources for urease may be not from microorganisms, and the high activity of microorganisms in sediment may be beneficial to reduction of nitrogen pollutants.Key words: sediment, enzymes, statistical analysis, interaction 河流沉積物是河流生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，是

11、水環(huán)境物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要場(chǎng)所。通過(guò)生物與生物，生物與非生物之間相互作用，沉積物與水體不斷進(jìn)行物質(zhì)交換，周而復(fù)始地進(jìn)行著各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與循環(huán)來(lái)維持水環(huán)境的生態(tài)平衡。微生物由于具有種群數(shù)量多、分布范圍廣、繁殖速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑豐富多樣等，在水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)中起重要作用1。胞外酶是沉積物中一種重要的活性微生物，其在沉積物中的活性非常穩(wěn)定，在一年或更多時(shí)間內(nèi)不失去活性2。胞外酶在水生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化過(guò)程中具有關(guān)鍵作用，它們通過(guò)水解機(jī)制將大分子轉(zhuǎn)化為寡聚或單分子物質(zhì)，后者再度被微生物同化，故胞外酶活性的高低與水體富營(yíng)養(yǎng)化程度緊密聯(lián)系3-5。Fabiano和Danovaro發(fā)現(xiàn)海

12、洋沉積物有機(jī)質(zhì)殘?bào)w的轉(zhuǎn)化需要微生物胞外水解酶的參與6。 Risto和Mika研究發(fā)現(xiàn)芬蘭北部鄉(xiāng)村Uurainen湖、Jmijrvi和Pyylampi湖沉積物中11種有關(guān)C、N、P、S循環(huán)的水解酶活性與缺氧區(qū)域有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化能力相對(duì)應(yīng)7。環(huán)境因子對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)生物酶活性的影響也是目前研究的熱點(diǎn)。Wright和Reddy研究了不同磷負(fù)荷對(duì)Everglades濕地土壤胞外酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)僅堿性磷酸酶活性受到磷負(fù)荷影響，其活性隨著磷含量的變化而變化8。Kalinowska發(fā)現(xiàn)在水生植物占優(yōu)勢(shì)的湖泊中，磷酸酶對(duì)有機(jī)磷的分解作用幾乎可以忽略，原因可能是較多的腐殖質(zhì)通過(guò)絡(luò)合作用而使酶活性降低，也可能是植物分泌

13、了抑制磷酸酶活性的物質(zhì)9。Freeman10等去除濕地土壤中大分子量的有機(jī)物后，磷酸酶和酯酶的活性均顯著增加，因此認(rèn)為酚類物質(zhì)可能是主要的抑制因子。也有研究發(fā)現(xiàn)磷酸酶的活性與人工濕地總磷（TP）、無(wú)機(jī)磷（OP）以及化學(xué)需氧量（COD）的去除率有很顯著的相關(guān)關(guān)系，而脲酶的活性與凱氏氮的去除率相關(guān)極顯著，原因可能是這些酶增加了外源有機(jī)物的分解，促進(jìn)了植物對(duì)氮磷的吸收11-14。脲酶和磷酸酶是水體和沉積物中兩種重要的水解酶類，其對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)中氮磷的生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要的作用。其中，脲酶可催化尿素的水解反應(yīng)，還能夠催化羥基、二羥基脲、半卡巴脲等化合物的分解，而磷酸酶可催化有機(jī)磷分解釋放正磷酸鹽。同

14、時(shí)許多研究人員認(rèn)為熒光素二乙酸酯（Fluoresceindiacetate，又稱36-二乙酰-熒光素，F(xiàn)DA）水解反應(yīng)能較好地反映微生物的總體活性15。因此，本研究以南京市內(nèi)外秦淮河20個(gè)典型點(diǎn)位沉積物為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)以上三種生物酶活性及氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的監(jiān)測(cè)，探索生物酶活性在不同沉積環(huán)境中的時(shí)空分布特征及其影響因素，以期為類似水體的生物修復(fù)及健康生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建提供技術(shù)支撐。1.材料與方法1.1樣品采集分別于2013年秋末11月18日（代表秋末）和2014年元月8日（代表冬初），在內(nèi)外秦淮河沿線設(shè)置采樣點(diǎn)（見圖1），各采樣點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的功能區(qū)域特征見表1。沉積物采用抓斗式采樣器采集，在采樣點(diǎn)周圍三次取

15、樣后，取抓斗中采集樣品的中央部分，多點(diǎn)混勻后，放入預(yù)先備好的黑色塑料袋中密封。運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后，風(fēng)干、剔除石塊及雜物，采用4分法取樣，自然風(fēng)干后，全部研磨，過(guò)100目篩裝瓶備用。圖1采樣點(diǎn)位分布圖Fig.1 The distribution map of sampling sites 表1 采樣點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的功能區(qū)域特征Table 1 Sampling sites and the corresponding regional characteristics功能分段編號(hào)位置區(qū)域特征內(nèi)秦淮河北段1#珍珠橋主城區(qū)交通鬧市區(qū)，水面有漂浮污染現(xiàn)象內(nèi)秦淮河?xùn)|段2#逸仙橋內(nèi)秦淮河中段3#文津橋位于朝天宮，周圍有生活

16、污水排入現(xiàn)象，閘控前池，水體緩流4#文昌橋接內(nèi)秦淮河?xùn)|段來(lái)水，代表了秦淮風(fēng)光帶景觀水體的水質(zhì)南湖片區(qū)5#拖板橋生活污染嚴(yán)重污染區(qū)，周邊為南京市果蔬、畜禽集散地，河道水位極低6#長(zhǎng)虹路橋區(qū)域交通道路密集，河道水量很少，黑臭較嚴(yán)重7#南湖第一泵站下游運(yùn)糧河區(qū)域8#運(yùn)糧河上游位于城東污水處理廠上游9#運(yùn)糧河受納城東污水處理廠處理水，實(shí)際為當(dāng)?shù)嘏盼酆拥?0#公園內(nèi)七橋甕濕地公園內(nèi)的主干水體11#運(yùn)秦七連接處運(yùn)糧河、外秦淮河、七橋甕濕地公園混合區(qū)12#運(yùn)秦交匯處運(yùn)糧河、外秦淮河匯合區(qū)秦淮河上游13#秦淮河上游主城區(qū)來(lái)水水質(zhì)外秦淮河14#武定門閘南京市控水、調(diào)水的主控閘15#鳳臺(tái)橋外秦淮河主體水區(qū)，沿岸主

17、要為交通道路、商用建筑，河道水位基本穩(wěn)定，河岸邊坡為水泥固化。16#石頭城17#清江橋18#大陡門19#定淮門橋20#三汊河口外秦淮河入長(zhǎng)江河口1.2.樣品的測(cè)定有機(jī)質(zhì)（OM）分析采用低溫外加熱重鉻酸鉀氧化-比色法進(jìn)行測(cè)定15；沉積物總氮（TN）采用開氏消煮法，底質(zhì)中硝態(tài)氮（NO3-N）測(cè)定采用酚二磺酸法，氨氮（NH4+-N）的測(cè)定采用KCl浸提法測(cè)定16；沉積物總磷（TP）測(cè)定采用酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定17；脲酶活性測(cè)定采用比色法，堿性磷酸酶活性的測(cè)定采用關(guān)松蔭版磷酸苯二鈉比色法18；熒光素二乙酸酯（FDA）水解酶活性的測(cè)定采用熒光素比色法測(cè)定19。 以上樣品的測(cè)定均進(jìn)行三個(gè)平行樣品測(cè)定，所

18、得結(jié)果均為三次重復(fù)的平均值。1.3 數(shù)據(jù)處理文中圖譜繪制采用Graphpad prism 5.0軟件。對(duì)數(shù)據(jù)的聚類、主成分分析及相關(guān)性分析均采用Statistica 10軟件進(jìn)行。其中，聚類分析時(shí)以加權(quán)的成對(duì)分群質(zhì)量中心（即中位數(shù)）作為合并連接法則，以Pearson相關(guān)作為距離量測(cè)依據(jù)；主成分分析法中以生物酶作為活性變量，以環(huán)境因子作為補(bǔ)償變量，以相關(guān)系數(shù)作為分析基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。典型相關(guān)分析（CCA）以酶活性作為物種數(shù)據(jù)、以營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)作為環(huán)境數(shù)據(jù)，采用CANOCO 5.0軟件進(jìn)行分析和作圖。2.結(jié)果與討論2.1沉積物中生物酶的時(shí)空變異特征由圖2可見，秦淮河秋冬季脲酶活性大都在015 mg NH4

19、+-N/(100g干土3h）之間，秋季脲酶活性是冬季的1.4倍左右。其中，秋季脲酶活性的最小值、中值和最大值分別為1.20、6.28 和96.13 mg NH4+-N/(100g干土3h），而冬季則分別為0.11、4.52和25.26 mg NH4+-N/(100g干土3h）。值得注意的是秋季2#、4#及18#脲酶活性相當(dāng)高，均在50以上，對(duì)應(yīng)的為逸仙橋、文昌橋和大陡門泵站，而冬季則較低，其分布差異不如前者的大，這可能與突發(fā)性污染源輸入有關(guān)。兩次采樣中堿性磷酸酶的時(shí)空變異較為顯著，總體上冬季磷酸酶活性比秋季高很多。其中，秋季酶活性在0.241.69 mg P2O5 (2h100g干土）之間，平

20、均值為0.71；而冬季在11.5461.48 mg P2O5 (2h100g干土）之間，平均值為26.65。呈現(xiàn)了較為明顯的季節(jié)變動(dòng)，這與宋煒等人的研究一致20。對(duì)于FDA水解酶而言，秋季大多活性較低，在05.0 g熒光素/(g干樣20min）之間，只有6#點(diǎn)位高出其余點(diǎn)很多，達(dá)到20.33個(gè)活性單位。但冬季酶的活性顯著升高，且空間差異較大，在10.7255.77g熒光素/(g干樣20min）之間。時(shí)空變異性同樣呈現(xiàn)出較為明顯的季節(jié)變動(dòng)，這與孫善峰等人的研究結(jié)果相似21?？傮w而言，三種酶活性的時(shí)空變異性均較為顯著，堿性磷酸酶和熒光素水解酶的時(shí)空變異性較為一致，均為冬季高于秋季，而脲酶則正好相反

21、。圖2 沉積物中酶活性時(shí)空變異特征Fig.2 The temporal and spatial variation characteristics of the enzymatic activities in sediment2.2 底質(zhì)指標(biāo)時(shí)空變異特征秦淮河沉積物中TN含量隨時(shí)空變化波動(dòng)在2.888.17 g/kg，與河道底質(zhì)TN含量豐富標(biāo)準(zhǔn)值（1.50 g/kg）和TN含量中等標(biāo)準(zhǔn)值（0.75 g/kg）22比較后可知，整個(gè)河道的TN含量是比較豐富的，總體表現(xiàn)為秋季高于冬季。空間上高值點(diǎn)位于內(nèi)秦淮河、南湖片區(qū)和運(yùn)糧河區(qū)域，其最大值為內(nèi)秦淮河?xùn)|段的2#逸仙橋的8.17 g/kg，超出全氮含量

22、豐富標(biāo)準(zhǔn)值5倍以上。這三個(gè)片區(qū)的相同特征就是水體閘控滯流嚴(yán)重，沿岸有城市面源的輸入。相對(duì)污染較輕的為秦淮河上游13#和三汊河口20#，說(shuō)明秦淮河的污染主要來(lái)自主城區(qū)的生活及城市面源污染，來(lái)自于秦淮河上游的可能性較小。氨態(tài)氮在沉積環(huán)境中主要以交換態(tài)存在，易于釋放到上覆水體中，對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的影響較大。底質(zhì)中氨氮的含量表現(xiàn)出明顯的時(shí)間上的異質(zhì)性，總體表現(xiàn)為秋季高于冬季。秋季平均值為47.40 mg/kg，含量波動(dòng)在20.5485.12 mg/kg，含量豐富點(diǎn)為內(nèi)秦淮河中段、東段以及外秦淮河3處。冬季平均值為26.58 mg/kg，最大值出現(xiàn)在20#三汊河口，為49.16 mg/kg，最小值在10#七

23、橋甕濕地公園為3.53 mg/kg。底質(zhì)中氨氮含量豐富標(biāo)準(zhǔn)值為120 mg/kg，中等值為60 mg/kg，所以整體來(lái)說(shuō)，秦淮河底質(zhì)中氨氮含量處于較低水平，這可能與其向上覆水體的釋放有關(guān)。底質(zhì)中硝態(tài)氮含量很少，大都在0到6 mg/kg之間，占TN比例很小，表明沉積物為厭氧環(huán)境，不利于NH4+-N通過(guò)硝化作用經(jīng)NO2-N進(jìn)一步氧化成NO3-N。與國(guó)內(nèi)其它水體中磷的含量相比，秦淮河磷含量較為豐富，含量在1.312.95 g/kg。相對(duì)于文獻(xiàn)22提出的磷的豐富標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)說(shuō)，研究區(qū)域磷的含量亦處于豐富狀況，超過(guò)TP含量豐富標(biāo)準(zhǔn)值（1.50 g/kg）。同時(shí)，秦淮河底質(zhì)中TP最大值為最小值2.25的倍，說(shuō)

24、明TP分布存在很大的空間差異。秦淮河有機(jī)質(zhì)的含量為0.362.78%，與水體有機(jī)污染臨界值（即有機(jī)質(zhì)0.034%）22相比，秦淮河底質(zhì)中有機(jī)質(zhì)的含量較高。這可能是由于秦淮河長(zhǎng)年接納生活污水，水體沉積物中有機(jī)質(zhì)含量有了較高的積累，這與劉久根23的分析是一致的。綜上，底質(zhì)中的氮、磷和有機(jī)質(zhì)含量時(shí)空變異性均較大，大多數(shù)都超過(guò)了豐富標(biāo)準(zhǔn)值，無(wú)機(jī)氮中主要是以氨態(tài)氮存在，硝氮含量很少。C/N比值大多分布在23之間，屬于低碳高氮水體。圖3 底質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空變異特征Fig.3 The temporal and spatial variation characteristics of quality indexe

25、s in sediment2.3沉積物中營(yíng)養(yǎng)元素與生物酶間的交互作用研究2.3.1聚類分析由圖4可以看出，沉積物中磷酸酶與FDA水解酶、全磷及有機(jī)質(zhì)歸于一類，F(xiàn)DA水解酶一般作為微生物的總體活性評(píng)價(jià)指標(biāo)，說(shuō)明磷酸酶主要是由水體中的微生物產(chǎn)生的，磷酸酶的活性與全磷密切正相關(guān)。脲酶與氨氮、全氮和硝氮連接緊密，沉積環(huán)境中脲酶可酶促有機(jī)氮水解為氨氮，并進(jìn)而轉(zhuǎn)化成其他形態(tài)的氮11-14，在沉積環(huán)境中累積，本研究結(jié)果說(shuō)明脲酶活性與氮轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。圖4 沉積物中營(yíng)養(yǎng)元素及酶活性間的聚類分析Fig.4 The clustering analysis between nutrient elements and

26、enzyme activities in the sediments2.3.2主成分分析本節(jié)利用主成分分析法探討秦淮河沉積物中生物酶活性與環(huán)境變量間的變化及相互作用關(guān)系。圖5給出了秦淮河沉積物中酶活性與營(yíng)養(yǎng)成分的主成分分析圖。表2和表3分別給出了主成分分析的特征值和特征向量的計(jì)算結(jié)果。由計(jì)算結(jié)果可見，原變量的方差在新變量中的集中度較高，前兩個(gè)主成分變量的方差貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到了89.12%，根據(jù)主成分分析原理，當(dāng)累積方差貢獻(xiàn)率大于85%時(shí)，即可以用來(lái)代表研究樣本的變異信息。可見用第一、二主成分這兩個(gè)綜合因素，基本上可反映秦淮河原來(lái)8個(gè)變量的變異信息。表2 各主成分與變量的相關(guān)性Table 2 th

27、e correlation of principal components and environmental variable變量主成分1主成分2主成分3磷酸酶0.87600.26430.4035脲酶-0.54710.8371-0.0027FDA水解酶0.87740.2581-0.4045NO3-N-0.3580-0.3005-0.0989NH4+-N-0.61250.52040.0778全氮-0.50370.10600.0921全磷0.39410.5133-0.0684有機(jī)質(zhì)0.1786-0.18590.1537表3 主成分特征值及貢獻(xiàn)率Table 3 the characteristic

28、 value and contribution of principal components特征值貢獻(xiàn)率%累積特征值累積貢獻(xiàn)率%主成分11.836461.211.836461.21主成分20.837127.902.673689.12主成分30.326410.883.0000100.00由主成分組成因素可知，在第一個(gè)主成分中，主要集中了全磷、磷酸酶及FDA水解酶的變異信息，所占權(quán)系數(shù)很大，說(shuō)明這幾個(gè)變量間的相關(guān)系數(shù)較高，該主成分主要反映與磷循環(huán)有關(guān)微生物生化反應(yīng)信息，說(shuō)明沉積物中磷的循環(huán)與微生物的總體活性密切相關(guān)24-26。第二個(gè)主成分高相關(guān)變量包括脲酶、氨氮和全磷，主要反映了與沉積物有機(jī)氮轉(zhuǎn)

29、化有關(guān)的生化進(jìn)程。第三個(gè)主成分為磷酸酶的變異信息，由于前述前兩個(gè)主成分已經(jīng)可以反映整體因素的的變異信息，在此不作討論。圖5 沉積物中酶活性與營(yíng)養(yǎng)鹽主成分分析圖Fig.5 The principal component analysis between enzyme activity and nutrient elements in sediments2.3.3相關(guān)性分析營(yíng)養(yǎng)鹽與酶活性的相關(guān)分析結(jié)果見表4。結(jié)果表明，磷酸酶與全磷達(dá)到了0.05水平上的顯著正相關(guān)，F(xiàn)DA水解酶與NH4+-N、全磷、全氮及磷酸酶均顯著相關(guān)，其中，F(xiàn)DA水解酶與氨氮和全氮達(dá)到了0.05水平的顯著負(fù)相關(guān)，而其與全磷和磷酸

30、酶則分別達(dá)到0.05和0.01水平的顯著正相關(guān)。說(shuō)明FDA水解酶活性越高，即沉積物中總體微生物活性越強(qiáng)，沉積物中積累的氮污染物質(zhì)越少，沉積環(huán)境越好。這與前述的主成分分析和聚類分析結(jié)論是基本一致的。而且FDA水解酶與脲酶的弱負(fù)相關(guān)，可能意味著脲酶的主要來(lái)源并不是微生物，可能有其他來(lái)源。表4 沉積物中酶活性和營(yíng)養(yǎng)鹽Pearson相關(guān)性分析Table 4 the pearson correlation analysis of enzyme activities and nutrients in sedimentNO3-NNH4+-N全氮全磷有機(jī)質(zhì)磷酸酶脲酶FDA水解酶NO3-N1.00NH4+-N0

31、.191.00全氮0.230.231.00全磷-0.23-0.110.051.00有機(jī)質(zhì)0.31-0.400.050.331.00磷酸酶-0.43*-0.37-0.380.45*0.171.00脲酶-0.060.77*0.360.21-0.25-0.261.00FDA水解酶-0.35-0.43*-0.45*0.51*0.050.67*-0.261.00 注：*代表0.05水平的顯著相關(guān)，*代表0.01水平的顯著相關(guān)。2.3.4 典型相關(guān)分析（CCA）本節(jié)運(yùn)用典型相關(guān)分析（CCA）方法，將生物酶作為物種數(shù)據(jù)，各營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)作為環(huán)境數(shù)據(jù)，利用CANOCO 5.0進(jìn)行分析及作圖，具體結(jié)果見表5和圖6。

32、排序圖中箭頭的長(zhǎng)度代表了此項(xiàng)指標(biāo)在整體上的影響作用大小，兩種箭頭夾角的余弦值代表了該物種變量與各環(huán)境要素變量之間的相關(guān)關(guān)系25。結(jié)果顯示，前2個(gè)物種排序軸與前兩個(gè)環(huán)境因子排序軸的相關(guān)系數(shù)分別為0.743和0.533，相關(guān)性較好。前2個(gè)物種軸相關(guān)性為-0.035，前兩個(gè)環(huán)境軸相關(guān)系數(shù)為0.000，說(shuō)明它們彼此間的相關(guān)性較小。前兩個(gè)排序軸的特征值分別為0.107和0.008，總特征值為0.2220，前兩個(gè)排序軸能夠解釋的信息量占總信息量的51.8%（見表5），盡管其所能解釋的信息量未達(dá)到理想狀態(tài)，但總體而言，CCA排序結(jié)果是可以較真實(shí)反映酶和環(huán)境要素之間的相關(guān)性關(guān)系的。由圖6可見，第一個(gè)排序軸可較

33、好反映與氮轉(zhuǎn)化有關(guān)的脲酶、氨氮及全氮的信息，但第二排序軸環(huán)境意義不明顯。由磷酸酶和FDA水解酶在相應(yīng)環(huán)境變量軸上的投影距離可以發(fā)現(xiàn)，這兩種酶與有機(jī)質(zhì)和TP也有較好的相關(guān)性。CCA的分析結(jié)果總體與主成分分析的結(jié)果類似。表5 各排序軸特征值及相關(guān)性Table 5 The eigenvalues and correlation of ordination axes排序軸1234總變量特征值0.1070.0080.0870.0200.222累積解釋變量48.3151.8591.12100擬-典范相關(guān)0.74290.53300累積擬合解釋變量93.17100圖6 CCA排序圖Fig.6 CCA ordi

34、nation plot綜合以上聚類分析、主成分分析、相關(guān)性分析及CCA結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，與此前的許多研究一致27，F(xiàn)DA水解酶與磷酸酶和全磷的時(shí)空變異特征比較一致，呈顯著正相關(guān)關(guān)系，由于FDA水解酶可以代表微生物的總體活性28，因此，研究區(qū)域沉積物中磷酸酶的來(lái)源很可能主要來(lái)自微生物。其次，F(xiàn)DA水解酶又與氮營(yíng)養(yǎng)鹽均顯著負(fù)相關(guān)，且與脲酶弱負(fù)相關(guān)，說(shuō)明脲酶可能有其他來(lái)源，且微生物的高活性，有利于水體中氮污染物的削減。人們對(duì)于土壤或沉積物中脲酶的來(lái)源一直存在不同看法，既有來(lái)自微生物來(lái)源的報(bào)道，也有來(lái)自植物的報(bào)道29，但是這些研究均不能得出脲酶是起源于植物根，還是起源于土壤或沉積物微生物，具體結(jié)果可能與

35、脲酶存在的實(shí)際環(huán)境有關(guān)，在本研究中，脲酶與代表沉積物中微生物總活性的FDA水解酶的相關(guān)分析僅呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明其來(lái)源可能既有微生物的來(lái)源，也有植物的來(lái)源。在后續(xù)研究中。希望進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)夏季河流和上覆水體中不同類型的微生物及酶的分布等特性的研究，以期對(duì)河流水體中生物酶與營(yíng)養(yǎng)鹽的內(nèi)在關(guān)系有更深的了解。3、結(jié) 論：（1）底質(zhì)中的氮、磷和有機(jī)質(zhì)含量時(shí)空差異性均較大，大多數(shù)都超過(guò)了豐富標(biāo)準(zhǔn)值，無(wú)機(jī)氮中主要是以氨態(tài)氮存在，硝氮含量很少。C/N比值大多分布在23之間，屬于低碳高氮水體。（2）三種酶活性的時(shí)空變異性均較為顯著，堿性磷酸酶和熒光素水解酶的時(shí)空變異性較為一致，均為冬季高于秋季，而脲酶則正好相反

36、。（3）由聚類、主成分、典型相關(guān)及相關(guān)性分析，可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DA水解酶與磷酸酶和全磷的時(shí)空變異特征比較一致，呈顯著正相關(guān)關(guān)系，由于FDA水解酶可以代表微生物的總體活性，因此，研究區(qū)域沉積物中磷酸酶的來(lái)源很可能主要來(lái)自微生物。其次，F(xiàn)DA水解酶又與氮營(yíng)養(yǎng)鹽均顯著負(fù)相關(guān)，且與脲酶弱負(fù)相關(guān)，說(shuō)明脲酶可能有其他來(lái)源，且微生物的高活性，有利于水中氮污染物削減。參考文獻(xiàn)1郭亞新.淺水湖泊沉積物中若干氧化還原酶活性的分布及其生態(tài)學(xué)意義D.中國(guó)科學(xué)院研究生院（水生生物研究所）: 中國(guó)科學(xué)院研究生院（水生生物研究所）, 2006.2Burns R G, DeForest J L, Marxsen J, et al

37、. Soil enzyme research: current knowledge and future directionsJ. Soil Biology and Biochemistry, 2013, 58: 216-234.3Boska E. Enzyme activity in forest peat soilsM. 2010.4Stark S, Mnnist M K, Eskelinen A. Nutrient availability and pH jointly constrain microbial extracellular enzyme activities in nutr

38、ient-poor tundra soilsJ. Plant and Soil, 2014, 383(1-2): 373-385.5 Sinsabaugh R L, Hill B H, Shah J J F. Ecoenzymatic stoichiometry of microbial organic nutrient acquisition in soil and sedimentJ. Nature, 2009, 462(7274): 795-798.6Bianchelli S, Gambi C, Zeppilli D, et al. Metazoan meiofauna in deep-

39、sea canyons and adjacent open slopes: A large-scale comparison with focus on the rare taxaJ. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2010, 57(3): 420-433.7Hakulinen R, Khknen M A, Salkinoja-Salonen M. Vertical distribution of sediment enzyme activities involved in the cycling of car

40、bon, nitrogen, phosphorus and sulphur in three boreal rural lakes J. Water Research, 2005, 39(11): 2319-2326.8Wright A L, Reddy K R, Corstanje R. Patterns of heterotrophic microbial activity in eutrophic and oligotrophic peatlandsJ. european journal of soil biology, 2009, 45(2): 131-137.9Serrano l,

41、Matouschek A, Fersht A R. The folding of an enzyme: III. Structure of the transition state for unfolding of barnase analysed by a protein engineering procedure J. Journal of Molecular Biology, 1992, 224(3): 805-818.10Freeman S, Ross K C. Prodrug design for phosphates and phosphonatesJ. Progress in m

42、edicinal chemistry, 1997, 34: 111-147.11梁威. 復(fù)合垂直流構(gòu)建濕地凈化機(jī)理研究微生物和酶D.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所,2002.12梁威,周巧紅,成水平等. 構(gòu)建濕地基質(zhì)微生物與凈化效果及相關(guān)分析J.中國(guó)環(huán)境科學(xué),2002,22(3):282-28513吳振斌. 人工濕地系統(tǒng)對(duì)污水磷的凈化效果J.水生生物學(xué)報(bào),2001,25(1):28-35.14 Mieczan T, Adamczuk M, Pawlik-Skowronska B, et al. Eutrophication of peatbogs: consequences of P and N enrichment for microbial and metazoan communities in mesocosm experimentsJ. AQUATIC MICROBIAL ECOLOGY, 2015, 74(2): 121-141.15王佳佳,周樺,張進(jìn),范世華. 土壤樣品中微生物活性的熒光分析方法J, 環(huán)境化學(xué), 2012, 31(10): 1637-164416土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法M. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.17林海濤. 太湖梅梁灣和胥口灣多環(huán)芳烴、有機(jī)氯農(nóng)藥和多溴聯(lián)苯醚的沉積記錄研究 D