土壤质量的生物学指标研究进展

4.转化酶是至今研究最多的土壤酶 4.转化酶是至今研究最多的土壤酶，反映土壤呼吸 转化酶是至今研究最多的土壤酶， 强度，酶促作用产物—葡萄糖是植物 葡萄糖是植物、 强度，酶促作用产物 葡萄糖是植物、微生物的营 养源。 养源。土壤的肥力水平和生物学活性强度在转化酶 上反映得最明显。 上反映得最明显。孙翠玲等在杨树混交林地的研究 表明转化酶活性与土壤有机质、全氮、全钾、 表明转化酶活性与土壤有机质、全氮、全钾、碱解 速效磷、有效钾均呈显著相关。 氮、速效磷、有效钾均呈显著相关。 5.磷酸酶活性能够表示有机磷转化状况， 磷酸酶活性能够表示有机磷转化状况 5.磷酸酶活性能够表示有机磷转化状况，酶促作用 产物—有效磷是植物磷素营养源之一 有效磷是植物磷素营养源之一。 产物 有效磷是植物磷素营养源之一。杨树混交林 地的研究表明，酸性磷酸酶活性与土壤中全氮、 地的研究表明，酸性磷酸酶活性与土壤中全氮、碱 解氮、全钾、有效钾及速效磷的含量呈正相关， 解氮、全钾、有效钾及速效磷的含量呈正相关，与 全磷呈负相关。可见， 全磷呈负相关。可见，土壤酸性磷酸酶受有机质含 量的影响较大，其活性与土壤氮、 量的影响较大，其活性与土壤氮、磷、钾元素的有 效性密切相关。 效性密切相关。
3.土壤水热状况对土壤酶活性也会产生直接 3.土壤水热状况对土壤酶活性也会产生直接 土壤水热状况 或间接的影响。一般而言， 或间接的影响。一般而言，过高和过低的土 壤温度会导致土壤酶活性的钝化和失活， 壤温度会导致土壤酶活性的钝化和失活，土 壤水分过多和过低均不利于土壤微生物和动 物的生长和繁衍，减少了土壤酶的来源， 物的生长和繁衍，减少了土壤酶的来源，造 成土壤酶活性降低，因此， 成土壤酶活性降低，因此，在不良水热状况 土壤酶活性较低。 下，土壤酶活性较低。
兰州交通大学化学与生源自文库工程学 院
土壤质量的概念
1.1840 年李比希提出的“矿质营养学说” 1.1840 年李比希提出的“矿质营养学说” ; 2.定义 综合表征土壤维持生产力、 定义： 2.定义：综合表征土壤维持生产力、环境净 化能力以及保障动植物健康而不发生土壤退 化及其它生态环境问题的能力。 化及其它生态环境问题的能力。
Kiss研究了蚯蚓对于转化酶活性的影响， Kiss研究了蚯蚓对于转化酶活性的影响，并 研究了蚯蚓对于转化酶活性的影响 指出，在草地和耕作土壤的表层， 指出，在草地和耕作土壤的表层，蚯蚓的排 泄物对提高转化酶的活性有着重要的作用。 泄物对提高转化酶的活性有着重要的作用。 Kozlov的研究结果支持了Kiss的结论 的研究结果支持了Kiss的结论， Kozlov的研究结果支持了Kiss的结论，即土 壤动物确实在某种程度上对土壤酶含量的变 化有作用。 但土壤动物在土壤酶的来源方面， 化有作用。 但土壤动物在土壤酶的来源方面， 其作用往往是有限的。 其作用往往是有限的。因此有关土壤动物对 土壤酶的贡献及其与土壤酶的相互关系将是 今后研究的重要内容之一。 今后研究的重要内容之一。
物理指标 理化指标 N P N PH 指标 物学指标 物指标 物 物 物 指标 物指标 物理 化学 物 物 物 K P K 化学指标
土 壤 质 量 指 标
一.土壤质量的酶活性指标
土壤酶是一种生物催化剂, 土壤酶是一种生物催化剂,参与土壤中的各种 生物化学过程。 生物化学过程。它不仅能反映土壤生物活性 的高低,而且能表征土壤养分转化的快慢, 的高低,而且能表征土壤养分转化的快慢,在 一定程度上能反映土壤肥力状况， 一定程度上能反映土壤肥力状况，可作为衡 量土壤质量高低的较好指标。 量土壤质量高低的较好指标。
土壤质量的三个主要组成部分 土壤质量的三个主要组成部分: 三个主要组成部分:
1.土壤肥力质量： 1.土壤肥力质量：主要强调土壤的可持续生 土壤肥力质量 产能力,以高产为主要目标； 产能力,以高产为主要目标； 2.土壤环境质量 土壤环境质量： 2.土壤环境质量：主要强调土壤中容纳和清 除有害有毒物质的能力, 除有害有毒物质的能力,以及对整个生态环境 的效应。 的效应。 3.土壤健康质量 强调满足前两个条件下, 土壤健康质量： 3.土壤健康质量：强调满足前两个条件下,土 壤对人类健康和生活质量的影响, 壤对人类健康和生活质量的影响,包括有毒和 有益物质两大类。 有益物质两大类。
2.多酚氧化酶参与土壤有机组分中芳香族化合物的 2.多酚氧化酶参与土壤有机组分中芳香族化合物的 多酚氧化酶 转化。相关分析表明， 转化。相关分析表明，多酚氧化酶活性与全氮含量 呈极显著负相关，与有机质和有效磷呈显著负相关， 呈极显著负相关，与有机质和有效磷呈显著负相关， 与水解氮、有效钾和pH 值未达到显著水平， 与水解氮、有效钾和pH 值未达到显著水平，但相 关性较好，表明多酚氧化酶活性愈大， 关性较好，表明多酚氧化酶活性愈大，土壤养分含 量愈低。这与关松荫对贵州黄壤的研究结果一致。 量愈低。这与关松荫对贵州黄壤的研究结果一致。 3.过氧化氢酶可促进土壤中多种化合物的氧化， 过氧化氢酶可促进土壤中多种化合物的氧化 3.过氧化氢酶可促进土壤中多种化合物的氧化，防 止过氧化氢积累对生物体造成毒害。 止过氧化氢积累对生物体造成毒害。李双霖等研究 发现过氧化氢酶活性与有机质、全氮、 发现过氧化氢酶活性与有机质、全氮、全钾呈极显 著正相关。 著正相关。土壤过氧化氢酶活性与土壤肥力诸因素 均密切相关，是影响土壤肥力的一个关键酶。 均密切相关，是影响土壤肥力的一个关键酶。
Taylor等采用活细胞计数、显微镜直接观察、 Taylor等采用活细胞计数、显微镜直接观察、 等采用活细胞计数 DNA 技术和菌落计数等研究手段对比研究了 粉砂粘壤土和壤土不同层次的土壤微生物数 量与土壤酶活性的关系，结果表明， 量与土壤酶活性的关系，结果表明，土壤微 生物数量， 生物数量，尤其是土壤细菌丰度与土壤芳基 硫酸酯酶、磷酸单酯酶、 葡聚糖酶、 硫酸酯酶、磷酸单酯酶、β-葡聚糖酶、脱氢 酶和FDA水解酶等酶活性呈显著正相关。 FDA水解酶等酶活性呈显著正相关 酶和FDA水解酶等酶活性呈显著正相关。
(三)土壤酶活性与土壤微生物
随着酶和微生物新测试技术的发展， 随着酶和微生物新测试技术的发展，人们 清楚认识到土壤酶与土壤生物之间存在某些 密切关系。有研究表明， 密切关系。有研究表明，在测得的土壤酶活 性值中， 性值中，活体微生物是直接影响酶活性的主 要因子。 要因子。根际微生物通过吸收土壤中的大量 养分，形成近根缓效供应的养分库， 养分，形成近根缓效供应的养分库，而且根 际微生物固持 N 导致根际土壤蛋白酶和酰 胺酶活性高于非根际土壤； 胺酶活性高于非根际土壤；土壤酶活性的提 进一步提高了根际微生物量的转化速度， 高，进一步提高了根际微生物量的转化速度， 的富集更加明显。 使根际微生物 N 的富集更加明显。
(二)土壤酶活性与土壤化学性质
一般来说， 土壤脲酶 多酚氧化酶、 脲酶、 一般来说， 土壤脲酶、多酚氧化酶、过氧化 氢酶、转化酶和酸性磷酸酶与土壤全氮、全 氢酶、转化酶和酸性磷酸酶与土壤全氮、 与土壤全氮 全钾、碱解氮、速效磷、 磷、全钾、碱解氮、速效磷、有效钾等含量 有非常好的相关关系。 有非常好的相关关系。
土壤质量的指标
概念： 概念：表示从生产潜力和环境管理的角度监 测和评价土壤的那些性能、功能和条件。 测和评价土壤的那些性能、功能和条件。 目前，对土壤质量的评价是通过土壤的物理 目前，对土壤质量的评价是通过土壤的物理 化学性质、生物学性质及环境条件等综合性 化学性质、生物学性质及环境条件等综合性 指标来得出的。 指标来得出的。
土壤酶活性与土壤质量的很多理化指标以及 土壤生物数量和生物多样性相互联系， 土壤生物数量和生物多样性相互联系，并受 到土壤有机-无机复合体保护， 到土壤有机-无机复合体保护，具有一定的稳 定性。 定性。
(一)土壤酶活性与土壤物理性质
土壤酶活性是一系列土壤理化性状的具体反 映。因为土壤物理状况直接或间接地影响着 包括植物和微生物在内的一切土壤生物的活 性, 从而影响着这些生物在土壤中分泌酶的 情况、 情况、酶在土壤中的稳定程度和酶活性的显 现水平等,而土壤生物活性对改变土壤物理性 现水平等, 质也同样具有极为重要的地位。因此, 质也同样具有极为重要的地位。因此,改善土 壤的物理状况是有效调节土壤酶活性的一项 有力措施。 有力措施。
(四) 土壤酶与土壤动物
土壤酶也可能来源于土壤动物， 土壤酶也可能来源于土壤动物，但这一方面 的证据较少。近年来人们加强了土壤动物， 的证据较少。近年来人们加强了土壤动物， 如蚯蚓、白蚁、蜗牛、 如蚯蚓、白蚁、蜗牛、线虫等与土壤酶活性 相关性的研究， 相关性的研究，以揭示动物在生态系统物质 循环中的作用及机制。目前， 循环中的作用及机制。目前，有关蚯蚓粪便 能增强土壤酶活性的报道也相当多。 能增强土壤酶活性的报道也相当多。
2.土壤气体状况对土壤酶活性有着重要的影 2.土壤气体状况对土壤酶活性有着重要的影 土壤气体状况 土壤CO 响。土壤CO2和O2与土壤微生物的活动状态有 因此土壤空气对土壤酶活性有直接影响。 关，因此土壤空气对土壤酶活性有直接影响。 Overrein指出除半纤维素酶外 蔗糖酶、 指出除半纤维素酶外， Overrein指出除半纤维素酶外，蔗糖酶、淀 粉酶、纤维素酶、脲酶、 粉酶、纤维素酶、脲酶、磷酸酶和硫酸酶同 土壤氧的摄取量均呈正相关。 土壤氧的摄取量均呈正相关。
细菌、真菌和放线菌等是土壤生态系统中土 细菌、真菌和放线菌等是土壤生态系统中土 壤酶活性的重要来源。植物群落演替过程中， 壤酶活性的重要来源。植物群落演替过程中， 土壤酶活性与土壤微生物数量、 土壤酶活性与土壤微生物数量、微生物多样 性、微生物生物量及土壤动物数量等呈显著 相关。 相关。
一般而言，特定的土壤酶活性与细菌、 一般而言，特定的土壤酶活性与细菌、真菌 和放线菌类群密切相关， 和放线菌类群密切相关，如菌根菌等真菌可 提高土壤酶活性。 提高土壤酶活性。木霉属和腐霉属增加了砂 壤土上的酸性和碱性磷酸酶、脲酶、 壤土上的酸性和碱性磷酸酶、脲酶、β-葡聚 糖酶、纤维素分解酶和几丁质酶活性。 糖酶、纤维素分解酶和几丁质酶活性。放线 菌能释放降解腐殖质和木质素的过氧化物酶、 菌能释放降解腐殖质和木质素的过氧化物酶、 酯酶和氧化酶等。 酯酶和氧化酶等。
1.土壤的比表面、孔隙度和容重对土壤酶活 1.土壤的比表面、孔隙度和容重对土壤酶活 土壤的比表面 性的影响非常显著。土壤作为一个分散体系， 性的影响非常显著。土壤作为一个分散体系， 有许多特性取决于土壤的总比表面 总比表面。 有许多特性取决于土壤的总比表面。由于绝 大多数的酶在土壤中处于被吸附的状态， 大多数的酶在土壤中处于被吸附的状态， 所 以土壤固相的表面特性(比表面) 以土壤固相的表面特性(比表面) 决定了进入 土壤的酶活性。而土壤容重 孔隙度是通过 容重和 土壤的酶活性。而土壤容重和孔隙度是通过 影响土壤的水、 影响土壤的水、肥、气、热等状况来间接地 影响土壤酶活性的。 影响土壤酶活性的。
Beck于1984年提出了一个酶数量指标 于1984年提出了一个酶数量指标 (enzymaenumber，EAN）： ， ） EAN = 0.2 (DH + CA/10 + AP/40 + PR/2 + AM/20) DH-脱氢酶活性 (TPF g/(10 kg•27 h))， ， CA-过氧化氢酶活性 (O2 %/3 min)， ， AP-碱性磷酸酶活性 (PNP mg/(10 kg•5 h))， ， PR-蛋白酶活性（氨基氮 -蛋白酶活性（氨基氮g/(10kg•16 h))， ， AM-淀粉酶活性 (淀粉分解 %/(l0g•16 h ))。 。 利用了这五种酶活性来进行计算, 利用了这五种酶活性来进行计算,可用作评价不同 土壤在酶活性质量上的相对高低。 土壤在酶活性质量上的相对高低。
1.脲酶能分解有机物质，促其水解生成NH 1.脲酶能分解有机物质，促其水解生成NH3 脲酶能分解有机物质 和CO2 。许景伟等在不同类型的黑松混交林 的研究认为脲酶与有机质、碱解氮、 的研究认为脲酶与有机质、碱解氮、有效钾 密切相关。但在菜园土壤上， 密切相关。但在菜园土壤上，於忠祥等发现 脲酶活性仅与水解氮显著相关， 脲酶活性仅与水解氮显著相关，与有机质呈 显著负相关。 显著负相关。