全 文 ：玉米生长期间土壤微生物量与土壤酶变化
及其相关性研究 3
沈　宏 3 3 　曹志洪　(中国科学院南京土壤研究所 , 南京 210008)
徐本生　(河南农业大学农化室 , 郑州 450002)
【摘要】　研究了玉米生长期间土壤微生物量碳、氮与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性变化及其相关
性.结果表明 ,玉米生长前期和中期 ,土壤微生物量碳、氮及酶活性迅速上升 ,并逐渐达到最大值 ;玉米生长后
期 ,土壤微生物量碳、氮、酶活性下降至某一值后并逐渐趋于平稳. 几种处理相比较 ,以秸秆 + 尿素处理的土壤
微生物量碳、氮及酶活性为最大. 除玉米生长后期 ,土壤微生物量碳、氮与碱解氮、活性腐殖质、土壤 p H 不相关
外 ,土壤微生物量碳、氮与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶活性及速效养分在玉米生长期间均相关或极
相关.
关键词 　土壤微生物量碳、氮 　土壤酶活性 　玉米
Dynamics of soil microbial biomass and soil enzyme activity and their relationships during maize growth. Shen
Hong , Cao Zhihong ( Institute of Soil Science , Academia S inica , N anjing 210008) , Xu Bensheng ( Depart ment of
Soil Science and A grochemist ry . Henan A gricultural U niversity , Zhengz hou 450002) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,
1999 ,10 (4) :471～474.
The dynamics of soil microbial biomass C and N and of the activities of soil catalase , invertase , protease and urease ,
and their relationships during maize growth were studied. The microbial biomass C and N and the enzyme activities in2
creased rapidly and gradually reached a maximum during the early and middle periods of maize growth , then decreased
and gradually remained stable during the later period. The microbial biomass and the enzyme activities were the high2
est in straw plus urea treatment , compared with straw treatment , urea treatment and control. No relationships were
observed between microbial biomass C and N and hydrolyzable nitrogen , active humus and p H during the late period of
maize growth , while the relationships between microbial biomass C and N and activities of catalase , protease and ure2
ase reached significant or extremely significant level during maize growth.
Key words 　Soil microbial biomass C and N , Soil enzyme activity , Maize.
　　3 国家自然科学基金资助项目 (49671043) .
　　3 3 通讯联系人.
　　1997 - 05 - 09 收稿 ,1997 - 12 - 26 接受.
1 　引 　　言
　　土壤微生物和土壤酶既是土壤有机物转化的执行
者 ,又是植物营养元素的活性库[12 ,14 ,16 ] . 土壤微生物
量碳是土壤有机碳的灵敏指示因子[9 ] ,土壤微生物量
氮是土壤氮素矿化势 (N0) 的重要组成部分[8 ] ,因此越
来越多的碳素、氮素研究工作者对土壤微生物量感兴
趣[5 ,8 ,9 ,11 ,14 ,16 ] . 土壤微生物和土壤酶活性极易受土壤
环境因子的影响 ,如干湿交替、不同的施肥制度、根系
分泌物等因子都会影响它们的活性 ,微生物对养分的
矿化和固持与植物根系活力关系密切[1 ,10 ,12 ] . 近年
来 ,国外对土壤微生物量的研究十分重视 ,关于土壤微
生物对养分活化和微生物量的植物营养有效性的研究
已有许多报导[13～16 ] . 国内关于土壤微生物量与土壤
酶、土壤养分之间的关系报道不多 ,特别是在作物生长
期间. 本研究采用盆栽试验研究了玉米生长期间土壤
微生物量碳、氮、土壤酶活性和土壤养分之间的关系 ,
试图从理论上阐明玉米生长期间土壤微生物、土壤酶
和土壤养分的内在联系.
2 　材料与方法
2. 1 　供试土壤和物料
　　试验土壤为壤质褐土 ,采自河南农业大学长期试验站 0～
25cm 的耕层土壤 ,其基本农化性状为 :土壤有机碳 7. 34g·
kg - 1 ,全氮 0. 645g·kg - 1 ,全磷 0. 620g·kg - 1 ,碱解氮 38. 5mg·
kg - 1 ,速效磷 11. 2mg·kg - 1 ,p H8. 24. 供试有机物料为玉米秸
秆 ,其理化性状为 :有机碳 415g·kg - 1 ,全氮 9. 83g·kg - 1 ,全磷
1. 27g·kg - 1 ,C/ N 为 42. 2. 供试化学肥料有分析纯的尿素 ,化
学纯的磷酸二氢钾.
2. 2 　试验方案
　　本试验采用盆栽试验 ,在河南农业大学试验站进行 ,设秸
秆处理 (10kg 土 + 1kg 秸秆) 、秸秆配施尿素处理 (10kg 土 + 0. 5
kg 秸秆 + 5g 尿素) 即秸 + 尿处理、尿素处理 (10kg 土 + 10g 尿
素)及对照 (10kg 土) 4 个处理 ,各处理重复 3 次 ,另外每个处理
应 用 生 态 学 报 　1999 年 8 月 　第 10 卷 　第 4 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 1999 ,10 (4)∶471～474
也加入 3g 磷酸二氢钾. 玉米生长前期 (5 月 5 号)开始取样之日
起 ,每隔一段时间取样分析.
2. 3 　分析方法
　　土壤和秸秆的基本农化性状采用常规分析方法 [2 ] . 土壤活
性腐殖质的测定采用稀释热法 ,p H2S22 型酸度计测定 p H[2 ] . 过
氧化氢酶采用 JOHSON 法 ;土壤蛋白酶采用 TA TCIQH 法 [3 ] ;
尿酶采用 HOFFMAN 法 ;蔗糖酶按文献 [ 6 ]方法进行. 微生物
量碳和微生物量氮采用氯仿薰蒸培养测定 ,其具体方法见文献
[4 ,5 ,17 ] .
　　取新鲜土样 (相当于烘干土 20g)摊平放入能抽气的真空干
燥器内 ,再放入一只盛有无醇氯仿的小烧杯 ,灭菌 5d ,然后加
0. 5mol·L - 1 K2 SO4 (土 ¬水为 1 ¬4) 于灭菌后的土样中 ,振荡
30min ,过滤. 与此同时 ,不灭菌土样也用 K2 SO4 溶液提取、振荡
和过滤.
　　土壤微生物量碳的测定 :吸取上述过滤液 15ml ,定量加入
重铬酸钾溶液消煮测定微生物量碳 ,土壤微生物量碳 B C =
2. 54 ×EC , 式中 , EC 为灭菌土样用 0. 5mol·L - 1 K2 SO4 提取的
总碳减去不灭菌土样用 0. 5mol·L - 1 K2 SO4 提取的总碳.
　　土壤微生物量氮的测定 :吸取上述过滤液 15ml ,加 0. 5ml
浓 H2 SO4 ,酸化后先浓缩至 3ml 左右 ,然后按凯氏定氮法测定
滤液中的全氮 ,以代氏合金还原硝态氮. 土壤微生物量氮 B N =
EN / 0. 69 ,式中 ,EN 为灭菌土样用 0. 5mol·L - 1 K2 SO4 提取的全
氮减去不灭菌土样用 0. 5mol·L - 1 K2 SO4 提取的全氮.
3 　结果与讨论
3 . 1 　不同处理土壤微生物量碳、氮动态变化
　　土壤微生物是土壤营养物质循环的重要参与者 ,
土壤微生物量是活性的营养库[14 ,16 ] . 从表 1 可看出 ,
土壤微生物量碳、氮在整个玉米生长期间呈现变化先
迅速上升 ,达到最大值 ,然后缓慢下降 ,以后逐渐趋于
平稳. 土壤生物量碳、氮含量均以秸秆配施尿素处理为
最大 ,其基本顺序为 :秸 + 尿 > 秸秆 > 尿素 > 对照. 在
取样前期 ,也有例外 ,如尿素处理 > 秸秆处理. 土壤微
生物量碳、氮含量变幅很大 ,微生物量碳为 292～
1891mg·kg - 1 ,微生物量氮为 34. 4～211. 4mg·kg - 1 .
这表明不同施肥处理对土壤微生物量含量影响很大.
表 1 　不同处理对土壤微生物量碳、氮的影响
Table 1 Effect of different treatments on microbial biomass2C and2N in soil( mg·kg - 1)
处理
Treatment
天数 Days
15
C N
30
C N
40
C N
50
C N
60
C N
75
C N
90
C N
110
C N
对照 CK 312 34. 4 345 39. 7 355 45. 5 342 40. 4 332 42. 6 323 38. 1 333 34. 7 292 35
秸秆 Straw 954 94. 3 1020 128. 3 1348 160. 5 1402 178. 5 1349 145. 4 1123 129. 5 1062 124. 6 1034 118. 6
秸 + 尿 Straw + urea 1280 114. 6 1485 158. 6 1753 194. 1 1891 211. 4 1565 196. 5 1409 189. 5 1393 168. 2 1320 152. 8
尿素 Urea 803 79. 7 1034 107. 5 1229 123. 8 1123 145. 6 1005 127. 7 884 113. 5 732 94. 5 684 88. 8
3 . 2 　不同处理土壤酶活性动态变化
3 . 2 . 1 不同处理对土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性的影
响 　从图 1 可看出 ,秸秆、秸秆 + 尿素处理的土壤过氧
化氢酶活性在玉米生长前期呈现上升趋势 ,大约在玉
米生长的抽雄期出现酶活性高峰 ,以后酶活性开始下
降. 土壤蔗糖酶活性也大体呈现相同的变化趋势 ,不同
的是在玉米生长后期 ,蔗糖酶活性比过氧化氢酶活性
下降慢. 玉米生长后期 (第 110 天时) ,各处理土壤过氧
化氢酶活性分别比对照提高 ,秸秆处理为 34. 6 % ,秸
秆 + 尿素处理为 79. 9 % ,尿素处理为 12. 6 % ;土壤蔗
糖酶活性分别比对照提高 ,秸秆处理为 87. 1 % ,秸秆
+ 尿素处理为 166. 1 % ,尿素处理为 49. 2 %. 这表明土
壤蔗糖酶活性受肥料处理影响比过氧化氢酶明显. 土
壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性大小与玉米生长时期有关 :
玉米生长高峰时对养分的响应强烈 ,根系代谢旺盛、根
系分泌物增多 ,微生物、酶代谢活动增强 ,活性上升 ,并
达到最大值. 随着玉米根系对养分吸收速度减慢 ,代谢
活动减弱 ,根系分泌物减少 ,土壤过氧化氢酶、蔗糖酶
活性下降[7 ] . 另外 ,不同肥料处理影响土壤对微生物、
植物的养分供应 ,从而影响土壤过氧化氢酶、蔗糖酶的
活性变化.
3 . 2 . 2 不同处理对土壤蛋白酶活性、脲酶活性的影响
　土壤蛋白酶活性、脲酶活性在玉米生长期间变化趋
图 1 　不同处理对土壤过氧化氢酶 (A)和蔗糖酶 (B)活性的影响
Fig. 1 Effect of different treatments on the activity of catalase (A) and in2
vertase (B) in soil.
a)秸秆 + 尿素 Straw + Urea ,b)秸秆 Straw ,c) 尿素 Urea ,d) 对照 CK. 下
同 The same below.
274 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
图 2 　不同处理对土壤蛋白酶 (A)和脲酶 (B)活性的影响
Fig. 2 Effect of different treatments on the activity of protease (A) and ure2
ase (B) in soil.
势为先酶活性迅速上升 ,达到最大值后 ,土壤蛋白酶活
性、脲酶活性开始缓慢下降 ,最后逐渐趋于稳定. 在玉
米生长后期 ,除对照外 ,各处理酶活性比最初测定值均
有所提高 (图 2) . 土壤蛋白酶、脲酶活性与作物生长时
期关系密切 ,特别是根系对养分的吸收有很大关系. 玉
米移栽的第 15 天与第 110 天相比 ,单施秸秆处理 ,土
壤蛋白酶活性提高 29. 6 % ,秸秆配施尿素处理为
74. 1 % ,单施尿素处理为 33. 7 % ;对于脲酶活性来说 ,
单施秸秆处理为 50. 2 % , 秸秆配施尿素处理为
53. 6 % ,单施尿素处理为 28. 6 %. 整个玉米生长期间 ,
土壤蛋白酶活性大小顺序为秸秆 + 尿素处理 > 秸秆处
理 > 尿素处理 > 对照. 玉米生长前期 ,土壤脲酶活性在
尿素处理中上升比单施秸秆处理快 ,大约提前 10d 先
到达峰值 ,此时 ,脲酶活性大小顺序为秸秆 + 尿素 > 尿
素 > 秸秆 > 对照 ,这一点与土壤过氧化氢酶、土壤蔗糖
酶的活性大小顺序不同. 其原因与尿素对脲酶的激活
作用有关.
3 . 3 　土壤微生物量与土壤酶活性、土壤养分相关性
3 . 3 . 1 玉米生长前期 　从表 2 可以看出 ,在玉米生长
前期 ,土壤微生物量碳与土壤蔗糖酶活性、蛋白酶活
性、脲酶活性极相关 ,与土壤过氧化氢酶显著相关 ;与
土壤碱解氮、土壤 p H 相关 ,与土壤活性腐殖质的相关
性达极显著水平. 土壤微生物量氮与土壤蔗糖酶活性、
蛋白酶活性、过氧化氢酶活性、脲酶活性的相关性达显
著或极显著水平 ;与土壤碱解氮极相关 ,与土壤活性腐
殖质、土壤 p H 相关. 其原因与玉米根系对养分的活
化、吸收以及土壤微生物、土壤酶对土壤有机质分解、
转化有关. 玉米生长前期对养分需求强烈 ,土壤速效养
分含量呈下降趋势 ;同时 ,根系生长迅速 ,根系分泌物、
脱落物也增多 ,丰富的基质促进了土壤微生物、土壤酶
活性提高 ;土壤微生物量、土壤酶活性及土壤养分三者
表 2 　玉米生长前期土壤微生物量与土壤其它因子的相关性
Table 2 Relationships bet ween microbial biomass2C, N and other factors in soil at early stage of maize growth
项　目
Items
过氧化氢酶
Catalase
蔗糖酶
Invertase
蛋白酶
Protease
脲酶
Urease
碱解氮
Hydrolyzable nitrogen
活性腐殖质
Active humus
p H
微生物量碳 MB2C 0. 5823 3 0. 8261 3 3 0. 7145 3 3 0. 9047 3 3 0. 6638 3 0. 7389 3 3 0. 6442 3
微生物量氮 MB2N 0. 5822 3 0. 6462 3 0. 8638 3 3 0. 5876 3 0. 7659 3 3 0. 6375 3 0. 5906 3
MB2C :Microbial biomass carbon , MB2N :Microbial biomass nitrogen ,n = 10 ,r (0. 01) = 0. 7089 ,r (0. 05) = 0. 576. 下同 The same below.
之间关系密切[5 ,11 ] .
3 . 3 . 2 玉米生长中期 (抽雄前后) 　表 3 表明 ,在玉米
生长高峰期 ,土壤微生物量碳与土壤过氧化氢酶活性、
土壤蔗糖酶活性、土壤蛋白酶活性、土壤脲酶活性的相
关性达显著或极显著水平 ,与土壤碱解氮、土壤活性腐
殖质、土壤 p H 极相关. 土壤微生物量氮与土壤过氧化
氢酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤蛋白酶活性、土壤脲
酶活性相关或极相关 ;与土壤碱解氮、活性腐殖质、土
壤 p H 相关性达极显著水平. 这与玉米生长高峰时期
对养分需要强烈 ,根系活化养分的能力增强 ,土壤微生
表 3 　玉米生长高峰期土壤微生物量与土壤其它因子的相关性
Table 3 Relationships bet ween microbial biomass2C, N and other factors in soil at peak stage of maize growth
项　目
Items
过氧化氢酶
Catalase
蔗糖酶
Invertase
蛋白酶
Protease
脲酶
Urease
碱解氮
Hydrolyzable nitrogen
活性腐殖质
Active humus
p H
微生物量碳 MB2C 0. 6255 3 0. 7743 3 3 0. 9018 3 3 0. 8754 3 3 0. 7121 3 3 0. 8664 3 3 0. 8114 3 3
微生物量氮 MB2N 0. 7159 3 3 0. 8225 3 3 0. 7840 3 3 0. 9217 3 3 0. 8698 3 3 0. 8038 3 3 0. 7995 3 3
表 4 　玉米生长后期土壤微生物量与土壤其它因子的相关性
Table 4 Relationships bet ween microbial biomass2C, N and other factors in soil at later stage of maize growth
项　目
Items
过氧化氢酶
Catalase
蔗糖酶
Invertase
蛋白酶
Protease
脲酶
Urease
碱解氮
Hydrolyzable nitrogen
活性腐殖质
Active humus
p H
微生物量碳 MB2C 0. 5968 3 0. 7465 3 3 0. 7932 3 3 0. 6885 3 0. 5324 0. 2467 0. 3354
微生物量氮 MB2N 0. 6156 3 0. 6775 3 0. 6498 3 0. 7784 3 3 0. 4812 0. 5086 0. 5322
3744 期 　　　　　　　　　　　沈 　宏等 :玉米生长期间土壤微生物量与土壤酶变化及其相关性研究 　　　　　　　　　
物、酶活性上升快 ,很快达到最高值有关.
3 . 3 . 3 玉米成熟期前后 　在玉米生长后期 ,根系对土
壤养分的吸收不象生长前期、中期那么强烈 ,对养分活
化能力也下降 ,土壤碱解氮、活性腐殖质含量下降较前
期、中期缓慢 ,并趋于平稳. 土壤微生物活性、酶活性也
开始下降 ,先下降迅速 ,以后缓慢下降 ,并逐渐达到平
稳阶段. 土壤微生物量碳与土壤过氧化氢酶活性、土壤
脲酶活性相关 ,与土壤蔗糖酶活性、土壤蛋白酶活性极
相关 ;土壤微生物量碳与土壤碱解氮、土壤活性腐殖
质、土壤 p H 不相关. 土壤微生物量氮仅与土壤脲酶活
性极相关 ,与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶活性相
关 ;与土壤碱解氮、土壤活性腐殖质、土壤 p H 不相关
(表 4) .
4 　结 　　论
4 . 1 　土壤微生物量碳、氮在玉米生长期间 ,前期和中
期其含量迅速上升 ,并达到最大值 ,后期其含量开始下
降 ,最后趋于平稳. 各处理微生物量碳、氮大小顺序为
秸秆 + 尿素 > 秸秆 > 尿素 > 对照. 土壤微生物量碳比
微生物量氮受处理影响变化范围大.
4 . 2 　土壤过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、蛋白酶活性、
脲酶活性在玉米生长期间表现为前、中期酶活性迅速
上升 ,并达到最大值 ,后期酶活性下降 ,以后趋于平稳 ,
与土壤微生物量碳、氮的变化相似 ,表现为平行关系 ,
但土壤酶活性增幅要比土壤微生物量的增幅要大.
4 . 3 　土壤微生物量碳、氮在玉米生长前、中期与土壤
酶相关或极相关 ,与土壤养分相关性达显著或极显著
水平 ;在玉米生长后期只与土壤酶相关或极相关 ,与土
壤养分不相关.
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作者简介 　沈 　宏 ,男 ,27 岁 ,博士生 ,主要从事根际营养及碳
素循环方面的研究. 发表论文 11 篇. E2mail :shenhong @jlonline.
com
474 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷