全 文 ：红 壤 酶 活 性 与 肥 力 的 关 系 3
薛　冬　姚槐应 3 3 　何振立　黄昌勇
(浙江大学环境与资源学院 ,杭州 310029)
【摘要】　对供试红壤的基本化学性质、微生物量以及酶活性进行分析. 结果表明 ,红壤脲酶、蔗糖酶、磷酸
酶及过氧化氢酶与土壤有机碳、全氮及全磷显著相关或极显著相关 ,这些酶活性反映了红壤肥力水平的差
异. 土壤酶活性聚类分析结果与根据土壤化学、生物学性质所得结果基本相似. 酶活性可用于评价红壤肥
力质量. 新鲜土样的酶活性不仅高于风干土样 ,且与土壤肥力质量联系更为密切.
关键词 　红壤 　酶活性 　相关分析 　聚类分析
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 08 - 1455 - 04 　中图分类号 　S154. 4 ,S158. 3 　文献标识码 　A
Relationships between red soil enzyme activity and fertility. XU E Dong , YAO Huaiying , HE Zhenli , HUAN G
Changyong ( College of Envi ronmental and Resource Sciences , Zhejiang U niversity , Hangz hou 310029 , Chi2
na) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (8) :1455～1458.
Correlation and cluster analyses on the enzyme activities and chemical2biological properties of eight red soils
showed that soil urease ,invertase ,phosphatase and catalase activities correlated significantly with soil organic car2
bon ,total nitrogen and total phosphorous. Similar results of soil fertility evaluation were obtained by using soil en2
zyme activities and by using soil chemical2biological properties ,indicating that soil enzyme activity could be used
as an index of evaluating red soil fertility. The enzyme activities of fresh soil were generally greater than those of
air2dried sample ,and more closely correlated with soil fertility.
Key words 　Red soil , Enzyme activity , Correlation analysis , Cluster analysis.
3 国家自然科学基金资助项目 (30200164 ,40201026) .3 3 通讯联系人.
2004 - 11 - 16 收稿 ,2005 - 03 - 14 接受.
1 　引 　　言
由土壤微生物生命活动和植物根系产生的土壤
酶 ,不但在土壤物质转化和能量转化过程中起主要
的催化作用 ,而且通过对进入土壤的多种有机物质
和有机残体进行生命化学转化 ,使生态系统的各组
分间有了功能上的联系 ,从而保持了土壤生物化学
的相对稳定状态. 然而 ,诸多学者对土壤酶活性能否
作为土壤肥力的指标存在争议. 虽然对红壤、黑土、
黑垆土、棕色石灰土、冲积土等土壤酶活性与土壤肥
力关系的研究肯定了土壤酶活性可以作为衡量土壤
肥力的指标[1 ,11 ,12 ,18 ,22 ,23 ,26 ,27 ] . 但也有不少学者提
出不同见解 ,如有人曾提出热带土有机磷矿化数量
与磷酸酶活性并没有联系 ,也没发现山地黑锈土磷
酶酶与有机磷的相关性[5 ] . Sakron 等 [13 ]认为 ,酶活
性与土壤任一理化性质均不显著相关. 这些争议及
相互矛盾的见解可能与研究者多着眼于某一土壤酶
类有关. 评价土壤肥力水平应考虑与土壤主要肥力
因素有关的、分布最广的土壤酶活性的总体[2 ,5 ,25 ] .
我国南方红壤由于高度风化 ,矿物释放的养分
十分有限 ,微生物和土壤酶在土壤物质循环中所起
的作用更大. 研究表明 ,红壤微生物量与土壤肥力的
化学指标及植物产量之间显著相关 ,可作为红壤肥
力的指标之一[20 ] . 本文拟通过对红壤中 6 种常见酶
的研究 ,探讨红壤酶活性与土壤肥力水平的联系及
其作为土壤肥力指标的可能性.
2 　材料与方法
211 　土样采集与处理
研究地位于浙江省龙游县境内 ,海拔 50～80 m ,年降雨
1 317～1 632 mm ,年均气温 17 ℃. 除 2 号土样属红砂土、母
质为第三纪红砂岩外 ,其余土壤均为黄筋泥 ,母质为第四纪
红土 ,土壤基本性质见表 1. 取样深度 0～20 cm ,土样过 2
mm 筛、去除植物根系 ,备用.
212 　盆栽试验
盆栽试验在浙江大学温室进行. 将土样装入 2 L 的塑料
盆 (直径 13 cm ,高 15 cm) ,每盆装土 115 kg ,播种 100 颗预
先催芽的一年生黑麦草 ( L olium linn) 种子 ,出苗整齐后间
苗 ,每盆留 70 株壮苗 ,3 次重复. 实验过程中不施任何肥料 ,
每天浇水保持土壤相对稳定的含水量. 40 d 后收获黑麦草植
株 ,取样烘干称重 ,得出干物质产量.
213 　研究方法
土壤有机碳用重铬酸钾容量法2外加热法、全氮用半微
应 用 生 态 学 报 　2005 年 8 月 　第 16 卷 　第 8 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY , Aug. 2005 ,16 (8)∶1455～1458
表 1 　供试土样的土地利用方式和基本理化性质
Table 1 Land use pattern and basic physico2chemical properties of tested soils
土样
Soil
samples
土地利用方式
Land use
patterns
p H
( H2O)
有机碳
Organic C
(g·kg - 1)
全氮
Total N
(g·kg - 1)
全磷
Total P
(g·kg - 1)
可提取 Al
Extractable Al
(mg·g - 1)
可提取 Fe
Extractable Fe
(mg·g - 1)
1 荒土 Eroded2unarable 5142 2134 0128 0117 7159 38141
2 菜园 Vegetable (3 yr) 6131 4181 0143 0128 0182 6118
3 桔园 Citrus (4 yr) 4168 4108 0142 0125 5126 31156
4 桔园 Citrus (8 yr) 5153 14154 1173 0142 5104 27157
5 桔园 Citrus (12 yr) 5159 16146 1182 0157 4126 31183
6 黄筋泥田 Paddy (15 yr) 5111 16100 1141 0151 3166 22129
7 茶叶园 Tea bush (30 yr) 4134 26133 2104 0152 4143 25167
8 森林 Forest (38 yr) 4157 34148 2126 0177 3156 22127
量开氏法、全磷用 OLSEN2P 法、p H 用 p H 计测定[10 ] .
土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸2015 mol·L - 1 K2 SO4 提
取 ,TOC2500 有机碳自动分析仪测定[14 ] ;土壤蔗糖酶活性采
用 3 ,52二硝基水杨酸比色法、土壤脲酶采用靛酚蓝比色法、
土壤酸性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法、土壤蛋白酶采用茚
三酮比色法、土壤多酚氧化酶采用碘量滴定法、土壤过氧化
氢酶采用高锰酸钾滴定法测定 [5 ] .
214 　数据处理
数据均采用 SPSS(V1010)和 DPS统计软件分析.
3 　结果与讨论
311 　不同土地利用方式下的红壤酶活性
由表 1 可知 ,供试 8 种红壤由于耕作培肥历史
及利用状况不同 ,从未经开垦的荒地到具有 38 年植
树历史的林地红壤 ,构成了比较完整的肥力水平梯
度 ,表现在土壤有机碳、全氮及全磷含量从荒地到
38 年林地红壤呈逐渐升高的趋势. 该林地红壤的有
机碳、全氮和全磷含量分别达到了荒地红壤的 15、8
和 5 倍. 因此 ,这批红壤适合于红壤酶活性与土壤肥
力及植物生长之间的关系研究.
由表 2 可知 ,土样间各酶活性值存在一定差异 ,
其中土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性均
表 2 　供试红壤的酶活性 3
Table 2 Enzymatic activities of the tested soils
土样
Soil samples
蔗糖酶
Invertase
过氧化氢酶
Catalase
蛋白酶
Protease
脲酶
Urease
磷酸酶
Phophatase
多酚氧化酶
Peroxidase
1 0135 0120 0105 0110 0108 0190
2 0187 1125 0111 0121 0107 1166
3 1108 0195 0115 0114 0106 1175
4 2118 2105 0113 0123 0109 1117
5 3101 2195 0114 0167 0125 1170
6 0197 1135 0117 0124 0111 1127
7 1155 1110 0116 0155 0116 1164
8 2166 2170 0113 0180 0133 1132
平均 Mean 1158 1157 0113 0137 0115 1143
C1V1 ( %) 59148 59124 28123 72138 67165 211503 蔗糖酶活性单位 Invertase activit y unit : Glucose mg·g - 1soil ,37 ℃,4 h ;过氧化氢酶活性单
位 Catalase activity unit :011 mol·L - 1 KMnO4 ml·g - 1soil ,20 min ;蛋白酶活性单位 Protease
activity unit :NH22N mg·g - 1soil ,37 ℃,20 h ;脲酶活性单位 Urease activity unit : NH32N mg·
g - 1 soil ,37 ℃,24 h ;磷酸酶活性单位 Phophatase activity unit : P2O5 mg·g - 1soil ,30 ℃,1 h ;
多酚氧化酶活性单位 Peroxidase activity unit :01005 mol·L - 1 I2 ml·g - 1 ,30 ℃,2 min. 下同
The same below.
有随着土壤 C、N、P 含量增加而递增的总体趋势 ,这
与前人研究结果一致[4 ,7～9 ,16 ,24 ] . 但是未观察到多
酚氧化酶与肥力间的整体变化趋势 ,较高的土壤酶
活性出现在 8 号森林红壤或 5 号桔园红壤中 ,而荒
土的这些酶活性均很低 ,表明利用方式及耕作培肥
历史不同的红壤的酶活性存在较大差异 ,其中脲酶、
磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性的变异幅度较大 ,
蛋白酶活性的变异幅度次之 ,多酚氧化酶活性的变
异较小.
312 　红壤酶活性与主要肥力因子间的相关性
土壤酶主要来自土壤微生物和植物根系 ,而微
生物和植物生长状况均与土壤肥力特征关系密切.
研究表明 ,土壤肥力水平在很大程度上受土壤酶影
响 ,与土壤酶活性密切相关[3 ,15 ,17～19 ,21 ,22 ,24 ] . 红壤
的酶活性与土壤肥力化学指标的相关性分析表明
(表 3) ,脲酶、磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性与
土壤有机碳、全氮及全磷显著相关或极显著相关 ,能
明显反映土壤肥力的差异 ,其中脲酶和磷酸酶与微
生物量碳及盆栽干物质产量亦相关 ,此结果与和文
祥等[7 ]结论相似. 由于 8 种红壤中除 2 号红砂土外
土壤母质、物理性质、p H 均相近 ,本文主要通过碳、
氮和磷的含量来区分 ,而蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分别
参与土壤碳、氮和磷的周转和循环 ,故试验结果较容
易理解. 表 3 亦表明蛋白酶和多酚氧化酶与土壤肥
力无显著相关 ,特别是多酚氧化酶. 由于土壤肥力是
一个综合概念 ,因此在用酶活性评价土壤肥力时 ,应
主要考虑酶的总体趋势.
313 　红壤不同酶活性相关分析
红壤酶活性的相关性分析表明 (表 4) ,脲酶、蔗
糖酶、磷酸酶及过氧化氢酶之间显著或极显著相关 ,
而蛋白酶和多酚氧化酶与其它酶类不显著相关 ,说
明红壤中多糖、有机磷的转化与氮素循环之间关系
密切并相互影响 ,即这 4 种酶活性之间存在着相互
刺激机制 ,在进行酶促反应时 ,不仅具有自身的专一
特性 ,同时存在着一些共性[8 ] ,酶的专性能反映土
6541 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 3 　红壤酶活性与土壤 C、N、P、微生物量及干物质产量的相关性
Table 3 Correlation bet ween enzymatic activities and soil carbon ,nitrogen ,phosphrous ,microbial biomass and dry matter yield
蔗糖酶
Invertase
过氧化氢酶
Catalase
蛋白酶
Protease
脲酶
Urease
磷酸酶
Phophatase
多酚氧化酶
Peroxidase
有机碳 Organic C 01673 01621 01446 01872 3 3 01826 3 01060
全氮 Total N 01805 3 01739 3 01527 01833 3 01761 3 01069
全磷 Total P 01789 3 01802 3 01514 01902 3 3 01888 3 3 01130微生物量碳 Microbial biomass
C 01648 01643 01475 01850 3 3 01821 3 01128干物质产量 Dry matter yield 01534 01513 01655 01775 3 01668 01250
n = 8 , 3 P < 0105 ; 3 3 P < 01011 下同 The same below.
表 4 　红壤酶活性之间的相关系数
Table 4 Correlation coeff icient among the red soil enzymatic activities
蔗糖酶
Invertase
过氧化氢酶
Catalase
蛋白酶
Protease
脲酶　
Urease 　
磷酸酶
Phophatase
多酚氧化酶
Peroxidase
蔗糖酶 Invertase 11000 01955 3 3 01371 01823 3 01794 3 01263
过氧化氢酶 Catalase 11000 01384 01775 3 01774 3 01258
蛋白酶 Protease 11000 01332 01193 01605
脲酶 Urease 11000 01962 3 3 01283
磷酸酶 Phophatase 11000 01112
多酚氧化酶 Peroxidase 11000
图 1 　红壤肥力状况的系统聚类分析
Fig. 1 Cluster analysis of red soil fertility.
a)根据土壤有机碳、全氮、全磷、微生物量碳及干物质产量 According
to soil organic C ,total N ,total P , microbial biomass C and dry matter
yield ;b)根据 6 种土壤酶活性 According to soil enzyme activities1
壤中与某类酶相关的有机化合物的转化进程 ,而这
些有共性关系的土壤酶类的总体活性在某种程度上
反映着土壤肥力水平的高低[6 ] .
314 　红壤酶活性与主要肥力因子的聚类分析
研究表明 ,用酶活性的总体来表征土壤肥力很
有意义. 周礼恺等[25 ,27 ]认为这种方法对黑土、草甸
黑土和棕壤是可行的. 图 1 为红壤酶活性与主要肥
力因子的聚类分析 ,表 5 则是分别以距离系数 d =
510 或 d = 50 为界的聚类分析统计表. 从表 5 可以
看出 ,根据土壤化学、生物学等性质得到的结果与根
据土壤酶活性得到的结果极为相近. 1 号荒土的肥
力水平最低 ,8 号森林土壤的肥力水平最高. 其余土
壤的肥力界于两者之间 ,除 5 号桔园土壤和 7 号茶
园土壤的排序略有差别外 ,两种方法得到的数群基
本一致 ,说明可以根据酶活性的总体对不同肥力水
平的红壤进行分类.
表 5 　树状图的系统聚类分析
Table 5 Systemic cluster analyses of dendrograph ( a :d = 50 ;b :d = 510)
种类
Species
聚类分析结果 Resuts
a b
1 1 1
2 23 2346
3 456 5
4 7 7
5 8 8
315 　风干土和新鲜土在红壤酶活性测定中的差异
检测土壤酶活性通常用风干土 ,这样便于测定
和比较. 但酶活性作为生化反应指标 ,明显与含水量
有密切联系 ,风干土中的酶活性可能不能完全反映
田间的真实状况. 从表 6 可以看出 ,新鲜土样的酶活
性均高于风干土样 ,6 号黄筋泥田土壤蔗糖酶、磷酸
酶活性 ,8 年桔园土 (4 号) 的磷酸酶活性等相差达 4
～5 倍 ,而过氧化氢酶的活性差异较小. 新鲜土样酶
活性与肥力指标相关性分析表明 (表 7) ,新鲜土样
表现出的蔗糖酶和磷酸酶活性与土壤肥力间的相关
性明显优于风干土样. 说明风干过程会导致一些存
在形式不太稳定的土壤酶的活性下降或丧失 ,有必
要采用新鲜土样测定土壤酶活性. 需要指出的是 ,用
新鲜土样测定土壤酶活性应针对不同土壤类型确定
一个适用的含水量标准 ,以便对测定值进行有效比
75418 期 　　　　　　　　　　　　　　　薛 　冬等 :红壤酶活性与肥力的关系 　　　　　　　　　　　
较.
表 6 　新鲜土样与风干土样酶活性的比较
Table 6 Comparsion of enzymatic activities in air2dried and fresh soils
土样 Soil samples 1 2 3 4 5 6 7 8
蔗糖酶 Ⅰ 0135 0187 1108 2118 3101 0197 1155 2166
Invertase Ⅱ 0172 2126 2192 4151 6138 3161 5134 9106
过氧化氢酶 Ⅰ 0120 1125 0195 2105 2195 1135 1110 2170
Catalase Ⅱ 0158 2133 1142 2118 3158 2106 2108 2153
磷酸酶 Ⅰ 0108 0107 0106 0109 0125 0111 0116 0133
Phophatase Ⅱ 0109 0114 0111 0141 0163 0141 0149 0156
Ⅰ1 风干土 Air2dried soil ; Ⅱ1 新鲜土 Moist soil. 下同 The same below.
表 7 　新鲜土样酶活性与土壤 C、N、P、微生物量及干物质产量的相
关性
Table 7 Correlation bet ween enzymatic activities and soil carbon ,nitro2
gen ,phosphrous ,microbial biomass and dry matter yield in fresh soil
蔗糖酶 Invertase
Ⅰ Ⅱ
过氧化氢酶 Catalase
Ⅰ Ⅱ
磷酸酶 Phophatase
Ⅰ Ⅱ
有机碳 Organic C 01673 01913 3 3 01621 01506 01826 3 01840 3 3
全氮 Total N 01805 3 01894 3 3 01739 3 01649 01761 3 01953 3 3
全磷 Total P 01789 3 01954 3 3 01802 3 01698 01888 3 301915 3 3
微生物量碳 Microbial biomass C 01648 01921 3 3 01643 01522 01821 3 01774 3
干物质产量 Dry matter yield 01534 01729 3 01513 01610 01668 01860 3 3
4 　结 　　论
411 　利用方式及耕作培肥历史不同的红壤酶活性
存在差异 ,红壤的脲酶、磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢
酶活性与土壤有机碳、全氮及全磷显著相关或极显
著相关 ,且相互间存在显著或极显著相关 ,表明红壤
酶活性可以反映红壤肥力水平的差异.
412 　系统聚类分析显示 ,根据土壤化学、生物学等
性质得到的结果与根据土壤酶活性得到的结果非常
相近 ,表明酶活性的总体可用于评价红壤肥力质量.
413 　风干土和新鲜土酶活差异表明 ,在测定红壤酶
活性时采用新鲜土优于风干土 ,但应针对不同土壤
类型确定适用的含水量标准 ,以便对测定值进行有
效比较.
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作者简介 　薛 　冬 ,女 ,1978 年生 ,博士研究生. 主要从事土
壤微生物生态、土壤生物化学方面研究. Tel :0571286022621 ;
E2mail :xuedong78 @163. com
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