土壤酶活性与土壤肥力关系的研究进展

土壤酶活性与土壤肥力关系的研究进展
作者：孟立君
来源：《中国科技博览》2013年第27期
摘要：本文综述了土壤酶的作用、土壤肥力的评价、土壤酶活性和土壤肥力的作用机理及相互关系等。

关键词：土壤酶活性；土壤肥力；研究进展
中图分类号：S158.2
土壤酶主要来源于土壤微生物、土壤动物、植物根系和植物残体等。

土壤酶反映了土壤中养分的转化能力以及土壤的生物活性的大小，它参与土壤中的各种代谢过程和能量转化，是土壤生物化学特征的重要组成部分，是评价土壤肥力的一项重要指标[1，2]。

1 土壤酶与土壤肥力的概念
1.1 土壤酶的概念及其作用
土壤酶是由生物体产生的，具有高度催化作用的一类蛋白质。

土壤中的一切生物化学过程都是在土壤酶的作用下进行的。

它数量虽小，但作用颇大：如腐殖质的分解与合成；有机化合物、动植物和微生物残体的水解与转化；某些无机化合物的氧化、还原反应等。

这些过程与土壤中各营养元素的释放与贮存、土壤中腐殖质的形成与发育、以及土壤的结构和物理状况都是密切相关的。

也就是说，它们参与了土壤的发生和发育以及土壤肥力的形成和演化的全过程。

1.2 土壤肥力的概念及土壤肥力的评价
土壤肥力的概念根据各个学者的研究范围，主要包括以下几方面的内容：一是研究土壤肥力基础物质及其作用功能，这些作用联系着土壤物理、化学、生物学性质等各个方面，受环境条件的影响，是土壤的本质属性，反应土壤肥力的实质，这属于基础性的研究，做的工作不多；二是研究植物营养物质，土壤是植物所需营养物质及水的给源，研究这些物质的贮量和供应能力，为合理施肥提供依据，这方面研究的最多；三是土壤生态条件，土壤在生态系统中是物质和能量的转换库，具有贮存、转化、供应等功能，土壤受生态因素的影响而发生变化，这方面的研究多，三者虽然各有侧重，但是相互联系，相互补充，互为依据。

根据我国目前对土壤肥力的认识，土壤肥力即土壤的本质属性：是物理、化学和生物等性质的综合反映，是土壤中水、肥、气、热及诸因素综合协调供应植物生长发育需要的能力。

土壤质量是指土壤的生产力状态或健康状况，特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力。

土壤质量的核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力。

土壤肥力质量内容包括：土壤养分状况、土壤pH值、土壤代换量（CEC）、土壤的物理性状等。

其中，土壤养分是影响土壤肥力水平的重要因素，受农田建设、耕作制度和施肥水平的影响。

土壤pH值受成土母质等自然因素和人类活动的影响。

土壤代换量基本上反映了土壤保持养分的能力和土壤缓冲性能的强弱，与土壤质地和有机质含量的高低关系密切。

土壤物理性状主要受自然因素的影响，但人为因素如耕作活动在特定的条件下是主要影响因素。

因此，土壤中各种肥力因素不是孤立的，而是相互联系和相互制约的。

这说明土壤不是一个简单的仓库来贮存水分和养分以供植物利用，而它的结构和功能具有相互协调和易于人工调节的能力，所以土壤肥力是土壤本质的特性和生命力，土壤有了肥力植物就能生长，没有肥力就没有植物的生长。

2 土壤酶与土壤肥力的研究
2.1土壤的酶活性与土壤肥力的研究机理
土壤酶以结合态或游离态存在于土壤固相或土壤溶液中，参与土壤有机质的分解与合成氮、磷、钾等一切物质循环，酶促一切生物化学反应，酶促反映强度则表现土壤酶的活性。

在土壤这一多相介质中，酶活性受到土壤养分、水分、温度、酸度等直接或间接影响，与土壤理化性质密切相关，尤其是供应植物养分能力更与酶活性有直接关系。

正是基于此，通过研究土壤酶活性及其引起的土壤代谢作用功能，从而揭示土壤的本质—土壤代谢作用强度及其适应外界环境和维持植物生长条件的能力—土壤肥力[3]。

2.2土壤酶与土壤肥力水平的评价
土壤酶学的研究，从一开始便于土壤肥力的研究紧密的结合在一起。

早在 1926 年，Waksman 与 Dubos 就提出用过氧化氢酶的活性作为土壤肥力指标。

二十世纪三十年代
Κуъмаков 等人试图将过氧化氢酶活性与土壤肥力水平联系起来。

五十年代初 Hofmann 提出了用土壤的酶活性作为衡量土壤的生物学活性和生产力指标。

其后，Lajudie 与 Pochon指出，根据蛋白酶活性进行的分类，能较好的反应土壤的表观肥力。

Moureaux在研究了许多土壤的转化酶活性后，也提出了类似的见解。

Kyпρевич根据自己的工作，反复强调了酶活力与土壤肥力直接相关，并建议将这种酶用于实际的目的[4]。

周礼恺认为，将土壤酶活性的总体用于评价土壤的肥力水平时进行数量化分类是完全可能和可行的[5]。

土壤酶是来自微生物、动植物活体或残体，既是生物体又是生物过程的产物。

因此，土壤酶活性必然与土壤肥力诸因子紧密联系。

土壤酶本身性质又较稳定，故其活性可成为土壤肥力的极好指标。

关于酶活性评定土壤肥力，要算К？Упревич、Hofmann 和 Kiss 等人的工作最能支持这一点，他们通过研究大量关于土壤酶的资料与土壤肥力及其因子联系起来加以分析指出，土壤酶活性比土壤微生物区系和生物群落组成及作用强度、土壤呼吸是更灵敏可靠的土壤生物活性指标和土壤肥力指标。

在表征土壤的生物活性时，人们常利用土壤析出的CO2（土壤
呼吸强度）或土壤的微生物数量，土壤中的二氧化碳来自于土壤微生物、动物及高等植物的呼吸，但绝大部分来自于微生物，在许多工作中，认为土壤呼吸强度与过氧化氢酶、脲酶、转化酶、磷酸酶和脱氢酶的活性间几乎存在着直线相关，因而建议将土壤的酶活性作为土壤生物活性的指标。

Hofmann早就指出用土壤酶作为土壤肥力和生产力指标比利用土壤呼吸作用更能反映出肥力的水平。

Ввягинце？Д？Г指出，在自然条件下潜在的微生物社群常是很大的，而且潜在的土壤酶活性也常成倍地高于田间条件下的实际活性范围，但真正能反映土壤肥力的却正是土壤的潜在的生物学活性，所以他认为土壤酶活性的测值可以用来诊断土壤的肥沃程度、熟化程度和被侵蚀的程度。

我国从解放后才引进方法开展土壤酶学的研究，近20 年来有了蓬勃发展，邱凤琼等认为：黑土中有机质较多，可以认为有机质是构成土壤肥力的核心物质，酶活性可作为表征土壤肥力的重要辅助指标[6]。

黄世伟对不同施肥水平、不同生育期和不同栽培方式下土壤酶活性的变化及酶活性与土壤有机质、矿质养分的关系进行了研究[7]。

周礼恺等对黑土草甸土和棕壤进行了研究，用聚类的方法证明了土壤酶活性的总体在评价士壤肥力水平中的重要作用[8]。

戴伟等调查分析，土壤有机质含量和土壤全氮量对酶活性影响最大[9]。

但是，不少学者也提出了不同的见解，Kopepf曾指出，在酶活性与营养水平之间不存在紧密的相关[10]。

Дроσник指出土壤酶活性不能全面反映土壤的生物学状况，从而不能作为评价土壤肥力水平的标准，产生这种不同争议的原因是对土壤酶的专属性和土壤的异质性缺乏辩证的考虑[11]。

土壤酶除了表现了专属性外，由于它们主要是以酶—有机质复合体的形式存在于土壤里，也表现了一些共同特性；同时，不同酶类之间也有一定的相关性。

因此用与土壤主要肥力因素有关的、分布最广的酶活性的总体而不是用个别的土壤酶活性表征土壤肥力水平将有助于达到这一目的。

周礼恺等人先应用单变量和双变量的统计分析方法，证明了草甸黑土、黑土和棕壤的各种酶活性与相应的土壤肥力因素的相关性，肯定了土壤酶在表征土壤肥力中的作用。

在后来的工作中，他们进一步采用群分析方法论证了土壤酶活性总体可以将不同肥力水平的土壤进行分类。

正像 Hard 曾经见解的：随着土壤酶学的研究不断发展，在获悉了更多的必要参数和相关关系后，用土壤酶活性作为土壤肥力标准是完全可能的。

2.3土壤酶活性与土壤肥力因素的相关性
土壤酶是土壤生物学中的一项重要内容，对土壤肥力起着重要的作用。

一般情况下，土壤蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性与土壤有机碳、全氮含量有非常好的相关关系[12]。

张小磊等研究了长期施肥对城市边缘不同作物土壤酶活性的影响，结果表明，土壤酶以及土壤酶与其它肥力因素之间相关关系显著，因此土壤酶活性可以作为城市边缘区土壤环境质量评价的生物肥力指标之一[13]。

李美茹等通过对黄瓜大棚土壤的研究发现，磷酸酶与有机质、全氮、全钾、速效钾呈极显著相关，与碱解氮、有效磷呈显著相关，所以可以用磷酸酶来表征黄瓜大棚土壤的肥力状况[14]。

刘庆新等的研究表明，土壤有机质、全氮、碱
解氮、速效钾、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶之间均呈极显著正相关，所以这四种酶可以作为黄土丘陵沟壑区小流域土壤肥力的评价指标[15]。

综上所述，许多学者对土壤酶活性和土壤肥力之间的关系做了大量的研究，并把这些酶类分别作为评价该种类型土壤肥力水平的指标，但是许多酶都表现出专属性，因此我们应该用与土壤主要肥力因素有关的、分布最广的土壤酶活性的总体，可以间接地指导或是预测营养物质的转化情况以及土壤肥力的一般状况，这对土壤肥力的研究是很有意义的。

参考文献
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8周礼恺，张志明，曹承绵.土壤酶活性的总体在评价土壤肥力水平中的作用.土壤学
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10 Kopepf， H.，Investigations on the biological activity in soils. Z.Acker and Pflanzenbau，1954，98：289
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