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水热条件变化对泥炭沼泽中酚类物质和酚氧化酶的影响及其意义

作　者: 孙兴庭
导　师: 向武
学　校: 中国地质大学
专　业: 地球化学
关键词: 小兴安岭泥炭沼泽水热条件酚类物质酚氧化酶
分类号: P343.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

分布于北半球,横跨欧亚和北美的北方泥炭沼泽等湿地(Northern peatlands),总面积达400万km2,碳储量高达450Pg,是具有全球意义的巨大陆地碳库和影响全球碳循环的重要湿地类型。全球变暖和极端气候事件的频繁发生等都有可能对北方泥炭沼泽碳循环产生显著影响,使其生态环境功能发生改变,导致其向大气或水体中碳输出量的增加。酚类化合物直接或间接参与泥炭沼泽中碳的循环与输出。占泥炭沼泽中泥炭干重50-60%的木质素及其他有机物的分解会产生大量的酚类物质和有机酸,而酚类物质对一些重要土壤酶(如β-葡萄糖苷酶、磷酸酶等)的活性有强烈的抑制作用。酚氧化酶是少数几类能分解复杂酚类的水解酶之一,其活性的增加能促进酚类物质的降解,间接促进土壤酶活性的增强,加速泥炭沼泽中有机物的分解。通过研究泥炭沼泽中酚类物质和酚氧化酶的水热响应,有助于了解泥炭沼泽对全球气候变化(如气候变暖、频繁的干旱和洪涝等)的响应和反馈,以及这种反馈对气候和水体的影响。中国东北地区具有大面积的泥炭沼泽,但在全球气候变化的背景下对其开展的研究却非常有限。本文以东北小兴安岭地区两类典型泥炭沼泽——泥炭藓型泥炭沼泽(Forest swamp)和苔草型泥炭沼泽(Marsh)为研究对象,对酚类物质和酚氧化酶进行了系统的模拟试验研究。我们于2008年四次前往研究区采集泥炭样品,并转移至实验室进行不同水位和温度条件下的模拟培养,并分析测试样品水溶性总酚和酚酸含量、酚氧化酶活性、pH值、含水率、有机质含量等指标。结合样品采集时的气候、水文及植物生长情况,以期了解不同季节、水热条件下两类沼泽中酚类物质和酚氧化酶的组成、变化及相关关系。通过研究总结得出以下结论：1、两类泥炭沼泽中水溶性总酚浓度的最大值均出现在高水位条件下泥炭表层0-9cm内,尤其是0-3cm；其他水位则不然。在0-6cm的泥炭表层中,不同水位间的相对标准偏差最大。表明高水位条件有利于酚类物质的积累,水位的波动对表层泥炭的影响远大于深部泥炭。2、不同水位条件培养下,7月泥炭样品中酚酸占水溶性总酚百分含量值高于10月份；经不同温度条件培养后,7月苔草沼泽泥炭样品中酚酸占水溶性总酚的比率均出现了较大幅度的提升,甚至在15℃中、低水位条件下达到了63.28%和86.70%。10月两类沼泽样品的总酚酸含量及其占水溶性总酚的百分比则出现了较大的减少。同一沼泽不同月份间凋落物存在的差异是泥炭沼泽中酚类浓度的重要影响因素。3、苔草泥炭沼泽样品中总酚酸占水溶性总酚的比率远高于泥炭藓沼泽,其中7、10月单酚酸含量最高值均出现在25℃低水位条件。表明短期温度的升高和水位的降低加剧了沼泽中以复杂有机物形式储存的碳的丢失。不同的是,随着干旱和升温事件的继续发生,泥炭藓泥炭沼泽的碳丢失率趋于减少；苔草泥炭沼泽则仍然保持较高的碳丢失率。泥炭藓泥炭沼泽对极端的气候事件表现出了更大的耐受能力。也表明酚酸、水溶性总酚浓度及它们相互关系的变化对泥炭沼泽碳的循环和输出有明显的反馈意义。4、苔草沼泽泥炭中酚氧化酶最大活性均出现在0-9cm内,尤其是0-3cm深度；深部泥炭酚氧化酶活性则急剧下降,尤其是中水位情况下,苔草泥炭沼泽中酚氧化酶受深度影响较显著,且规律明显。泥炭藓泥炭沼泽样品则未随深度表现出显著的规律性。5、泥炭藓泥炭沼泽各月份样品中酚氧化酶的最大活性均出现在样品采集时的环境温度附近；苔草泥炭沼泽中酚氧化酶最大活性值则未出现在原位环境温度条件,且最佳活性温度对应的季节均晚于采样季节。6、两类泥炭沼泽中酚酸和水溶性总酚的浓度及酚氧化酶活性均存在较大差异,且两类泥炭沼泽间的差异远高于泥炭沼泽内因环境变化所导致的的差异,沼泽类型及其植被类型是影响泥炭沼泽中酚类物质浓度和酚氧化酶活性的最主要制约因素。总之,无论是水溶性总酚和酚酸,还是酚氧化酶,其最显著的差异存在于两类泥炭沼泽之间；同一类型沼泽内,不同月份间凋落物的特征则更为关键。苔草沼泽对水热条件变化的响应较泥炭藓沼泽更为敏感,处于泥炭沼泽更高发展阶段的泥炭藓沼泽对气候变化表现出了更强的耐受性。每种酚酸对水位变化的不同响应,也表明酚酸所起的作用各有差异,其进入水系中的作用仍需深入研究。进一步考量下游附近河水、湖泊中水溶性总酚和酚酸类的含量及变化,对泥炭沼泽气候响应过程中水系环境的变化意义深远。

全文目录

作者简介  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
第一章绪论  11-18
  1.1 土壤中的酚类物质和酚氧化酶  11-13
    1.1.1 土壤中的酚类物质  11-13
    1.1.2 土壤中的酚氧化酶  13
  1.2 泥炭沼泽中酚类物质和酚氧化酶的研究现状  13-17
    1.2.1 水位变化对泥炭沼泽中酚类物质和酚氧化酶的影响  14-15
    1.2.2 温度变化对酚类物质和酚氧化酶的影响  15-16
    1.2.3 不同类型沼泽间的对比研究  16-17
  1.3 研究目的和意义  17-18
第二章研究区域概况和研究方法  18-25
  2.1 区域概况  18-20
    2.1.1 区域沼泽的主要特点  18-19
    2.1.2 区域沼泽的主要类型  19-20
  2.2 采样地点选择  20-21
  2.3 样品采集与实验室培养  21-22
  2.4 样品的分析测试及数据统计  22-25
    2.4.1 酚氧化酶活性测定  22-23
    2.4.2 水溶性总酚浓度测定  23
    2.4.3 酚酸测定  23-24
    2.4.4 其他指标的分析测试  24-25
第三章实验结果与讨论  25-46
  3.1 水热条件变化对泥炭沼泽中水溶性总酚的影响  25-30
  3.2 水热条件变化对酚酸的影响  30-35
  3.3 不同水热条件下泥炭沼泽中酚酸与水溶性总酚的关系  35-37
  3.4 水热条件变化对酚氧化酶活性的影响  37-41
  3.5 酚类物质和酚氧化酶对水热条件变化的响应机制分析  41-46
第四章结论  46-47
致谢  47-48
参考文献  48-51

水热条件变化对泥炭沼泽中酚类物质和酚氧化酶的影响及其意义

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