松嫩石油污染及重度盐碱化草地土壤酶动力学及热力学特征的比较研究

摘要

松嫩草地生态环境日趋恶化，改良石油污染和盐碱胁迫的退化草地对维持和促进区域发展具有重要的意义。土壤酶是土壤中产生专一生物化学反应的生物催化剂，其活性能够指示石油污染及重度盐碱化草地的生物化学变化。土壤酶动力学及热力学参数能够表征石油污染和盐碱化土壤酶-底物复合体之间的紧密程度、作用过程及反应过程的能量状态，从酶促反应机理上解释石油污染和重度盐碱化草地土壤酶的变化。本研究以松嫩石油污染和重度盐碱化草地为对象，研究不同温度石油污染和重度盐碱化草地土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、转化酶、脲酶的活性、动力学及热力学特征的变化趋势，并对两种生境的酶活性、动力学及热力学特征进行比较，从而探究石油污染和重度盐碱化草地植物修复和升温后土壤酶酶促反应行为特征，揭示土壤酶活性变化机理，以期为恢复松嫩石油污染盐碱草地的退化提供理论依据。研究得到以下结果: 1、5种土壤酶活性在石油污染草地（距石油工作区1km、5km、15km裸地和羊草修复地）和不同植物生长（自然草地、羊草、燕麦、苜蓿修复地）重度盐碱化草地中随温度和底物浓度的变化而变化。随温度升高，5种土壤酶活性都表现为逐渐增大趋势。在石油污染草地中，土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、脲酶活性随底物浓度的增加呈逐渐增大趋势，土壤转化酶活性在35℃和45℃随底物浓度增加也呈逐渐增大趋势，但在15℃和25℃时呈逐渐减小趋势;在重度盐碱化草地中，土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶活性随底物浓度增加呈逐渐增大趋势，而土壤转化酶和脲酶活性随底物浓度增加呈逐渐增大或逐渐减小趋势。 2、在石油污染草地和重度盐碱化草地两种生境中，各样地土壤酶活性大小不同。土壤过氧化氢酶活性表现为距石油工作区1km裸地和1km羊草修复地显著大于其他石油污染草地和重度盐碱化草地;土壤多酚氧化酶活性表现为距石油工作区5km裸地显著大于其他石油污染草地和重度盐碱化草地;土壤碱性磷酸酶、转化酶、脲酶活性表现为在不同植物生长的盐碱化草地和石油污染羊草修复地显著大于石油污染裸地。 3、5种土壤酶动力学参数Km（米氏常数）、Vmax（酶促反应最大速度）、Vmax/Km（催化效率）在石油污染和重度盐碱化草地中随温度的变化而变化。在石油污染草地中，随温度升高，5种土壤酶的Km值没有规律性变化;5种土壤酶的Vmax值均呈逐渐增大趋势;土壤过氧化氢酶的Vmax/Km值呈逐渐减小或先减小后增大两种趋势，土壤多酚氧化酶、碱性磷酸酶、转化酶、脲酶的Vmax/Km值都呈逐渐增大趋势。在重度盐碱化草地中，随温度升高，土壤过氧化氢酶的Km值呈逐渐增大趋势，土壤多酚氧化酶、碱性磷酸酶、转化酶、脲酶的Km值呈逐渐减小趋势;5种土壤酶的Vmax值均呈逐渐增大趋势;土壤过氧化氢酶的Vmax/Km值呈先减小后增大趋势，土壤多酚氧化酶、碱性磷酸酶、转化酶、脲酶的Vmax/Km值都呈逐渐增大趋势。 4、在石油污染和重度盐碱化草地两种生境中，各样地土壤酶的Km值、Vmax值、Vmax/Km值大小不同。土壤过氧化氢酶的Km值表现为在自然草地、羊草、燕麦、苜蓿修复地都大于石油污染草地，Vmax值表现为距石油区1km羊草修复地显著大于其他石油污染草地和重度盐碱化草地，Vmax/Km值表现为距石油区1km裸地和1km羊草修复地显著大于其他石油污染草地和重度盐碱化草地;土壤多酚氧化酶的Km值无规律性变化，Vmax值表现为距石油区5km裸地＞距石油区1km、15km裸地和羊草修复地＞盐碱化自然裸地＞距石油区5km羊草修复地＞自然草地、羊草、燕麦、苜蓿修复地，Vmax/Km值表现为盐碱化自然裸地＞距石油区5km裸地＞距石油区1km、15km裸地和羊草修复地＞自然草地、羊草、燕麦、苜蓿修复地;土壤碱性磷酸酶、转化酶、脲酶的Km值无规律性变化;Vmax值和Vmax/Km值表现为不同植物生长的盐碱化草地大于石油污染草地，其中石油污染羊草修复地又大于石油污染裸地。 5、5种土壤酶热力学参数△G（活化自由能）、△H（活化焓）、△S(活化熵)、Q10（温度系数）、Ea（活化能）在石油污染和重度盐碱化草地中都随温度的变化而变化。随温度升高，5种土壤酶Q10、△H、△S呈逐渐减小趋势，△G呈逐渐增大趋势。 6、在石油污染和重度盐碱化草地两种生境中，各样地土壤酶Q10、△H、△S、Ea大小不同，△G差异不显著。土壤过氧化氢酶△H、△S、Ea无规律性变化;土壤多酚氧化酶△H、△S、Ea在石油污染草地小于重度盐碱化草地（除羊草修复地外）;土壤碱性磷酸酶、转化酶、脲酶△H、△S、Ea在不同植物生长的盐碱化草地小于石油污染草地，且石油污染羊草修复地又小于石油污染裸地。

目录

摘要

第1章前言

1．1土壤酶概述

1．1．1土壤酶的研究简史

1．1．2土壤酶的来源

1．1．3土壤酶的分类和功能

1．1．4影响土壤酶活性的因素

1．2土壤酶动力学及热力学特征

1．2．1土壤酶动力学及热力学特征的概述

1．2．2土壤酶动力学及热力学特征的研究现状

1．3草地土壤酶研究进展

1．3．1退化程度

1．3．2季节变化

1．3．3人为扰动

1．4研究目的意义

2．1研究区域概况

2．1．1石油污染草地

2．1．2重度盐碱化草地

2．2土壤样品采集与处理

2．3土壤酶活性的测定方法

2．4土壤酶酶促反应特征计算

2．4．1土壤酶酶促反应动力学参数计算

2．4．2土壤酶酶促反应热力学参数计算

2．5数据分析方法

2．6技术路线

第3章松嫩石油污染及重度盐碱化草地土壤酶活性的变化

3．1石油污染草地土壤酶活性的变化

3．1．1过氧化氢酶活性

3．1．2多酚氧化酶活性

3．1．3碱性磷酸酶活性

3．1．4转化酶活性

3．1．5脲酶活性

3．2重度盐碱化草地土壤酶活性的变化

3．2．1过氧化氢酶活性

3．2．2多酚氧化酶活性

3．2．3碱性磷酸酶活性

3．2．4转化酶活性

3．2．5脲酶活性

3．3松嫩石油污染和重度盐碱化草地土壤酶活性的比较

3．3．1过氧化氢酶活性的比较

3．3．2多酚氧化酶活性的比较

3．3．3碱性磷酸酶活性的比较

3．3．4转化酶活性的比较

3．3．5脲酶活性的比较

3．4讨论

3．4．1石油污染和盐碱化草地土壤酶活性的变化

3．4．2植物修复和升温对土壤酶活性的影响

第4章松嫩石油污染及重度盐碱化草地土壤酶动力学特征

4．1石油污染草地土壤酶动力学特征

4．1．1过氧化氢酶动力学参数

4．1．2多酚氧化酶动力学参数

4．1．3碱性磷酸酶动力学参数

4．1．4转化酶动力学参数

4．1．5脲酶动力学参数

4．2重度盐碱化草地土壤酶动力学特征

4．2．1过氧化氢酶动力学参数

4．2．2多酚氧化酶动力学参数

4．2．3碱性磷酸酶动力学参数

4．2．4转化酶动力学参数

4．2．5脲酶动力学参数

4．3松嫩石油污染和重度盐碱化草地土壤酶动力学特征的比较

4．3．1过氧化氢酶动力学特征的比较

4．3．2多酚氧化酶动力学特征的比较

4．3．3碱性磷酸酶动力学特征的比较

4．3．4转化酶动力学特征的比较

4．3．5脲酶动力学特征的比较

4．4讨论

4．4．1石油污染和盐碱化草地土壤酶动力学特征的变化

4．4．2植物修复和升温对土壤酶动力学特征的影响

第5章松嫩石油污染及重度盐碱化草地土壤酶热力学特征

5．1．1过氧化氢酶热力学参数

5．1．2多酚氧化酶热力学参数

5．1．3碱性磷酸酶热力学参数

5．1．4转化酶热力学参数

5．1．5脲酶热力学参数

5．2．1过氧化氢酶热力学参数

5．2．2多酚氧化酶热力学参数

5．2．3碱性磷酸酶热力学参数

5．2．4转化酶热力学参数

5．2．5脲酶热力学参数

5．3松嫩石油污染和重度盐碱化草地土壤酶热力学特征的比较

5．3．1过氧化氢酶热力学特征的比较

5．3．2多酚氧化酶热力学特征的比较

5．3．3碱性磷酸酶热力学特征的比较

5．3．4转化酶热力学特征的比较

5．3．5脲酶热力学特征的比较

5．4讨论

5．4．1石油污染和盐碱化草地土壤酶热力学特征的变化

5．4．2植物修复和升温对土壤酶热力学特征的影响

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢