全 文 ：收稿日期：!""#$"%$!! 接受日期：!""%$"&$!’
基金项目：中国科学院知识创新项目“黄土高原农果复合型生态经济建设模式试验示范研究”（()*+!$+,!$"-$".）资助。
作者简介：刘庆新（.%#!—），男，内蒙古通辽人，硕士研究生，主要从事土壤侵蚀及流域管理研究。/01234：4356378937:::;.:&< =>1
!通讯作者 /01234：?5@263;!:&<7AB
纸坊沟流域土壤酶活性与土壤肥力关系研究
刘庆新.，吴发启.!，刘海斌.，张青峰.，张金鑫.，李宏亮!
（. 西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 C.!.""；!内蒙古自治区通辽市水土保持局，内蒙古通辽 "!#"""）
摘要：本文通过野外调查和室内分析相结合，运用相关分析和通径分析等方法，研究了纸坊沟流域空间尺度范围内
不同土地利用方式土壤肥力与土壤酶活性的内在关系。结果表明：土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、脲酶、蔗糖
酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶之间均呈极显著正相关；有机质、全氮和碱解氮通过直接作用和彼此间接作用成为影
响脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性的主要因素，它们对 ’ 种酶的直接通径系数分别为 "<.’#、"<’.-、
"<&’-、$ "<".#；"度上通过其他因素的间接作用所抵消；’种土壤酶活性可以作为黄土丘陵沟壑区小流域土壤肥力的评价指标。
关键词：土壤酶活性；土壤肥力；相关分析；通径分析；纸坊沟
中图分类号：F.-’!"#$% &’ "() *)+,"-&’.(-/. 0)"1))’ .&-+ )’2%3) ,4"-5-"-). ,’$ .&-+ 6)*"-+-"%
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土壤酶是土壤生态系统中各种生化反应的催化
剂，它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［.$!］，在土壤生态系统的物质循环和
能量流动方面扮演着重要角色。近年来，不同土地
利用方式下土壤酶活性与土壤理化性质的研究成为
探讨土地利用生态效应的热点问题之一，已成为微
观研究和宏观分析相结合的发展趋势。土壤酶活性
作为能较为敏感地反映土壤中生物活性的预警指标
已被广泛接受［&$’］。许多学者对不同土地利用方式
下或长期施肥条件下的红壤、黑土、黑垆土、褐潮土、
棕色石灰土、冲积土等研究表明：土壤蛋白酶、蔗糖
酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性与土壤有机质、
植物营养与肥料学报 !""%，.-（-）：..""$..":
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
\427B O5BT3B3>7 27Y MATB343VAT F=3A7=A
氮、磷等土壤肥力呈显著或极显著相关，土壤酶活性
可以作为衡量土壤肥力的指标［!"#$］，但关于小流域
尺度范围内的土壤酶活性与土壤肥力的关系研究尚
未见报道。为此，本文以黄土高原丘陵沟壑区纸坊
沟流域为研究对象，分析小流域空间尺度范围内土
壤酶活性和土壤肥力的分布特征，并运用通径分析
方法进一步探讨土壤酶活性与土壤肥力的关系，旨
在揭示小流域空间尺度内土壤酶活性作为土壤肥力
指标的可行性，为评价黄土丘陵沟壑区小流域水土
保持治理提供理论依据。
! 材料与方法
!"! 研究区自然概况
纸坊沟流域（%&’$()!%&’$&)*，#+,’#%)!#+,’#&)
-）位于延河支流杏子河下游的一级支流，属于黄土
丘陵沟壑区第二副区，隶属于陕西省安塞县。流域
面积 ./(0 12(，海拔 ##++!#$++ 2；暖温带半干旱
气候，年平均气温 ./.3，年平均降水量 !$,/#22，其
中 0!,月份降水量占全年的 。土壤类型为黄
绵土，土质疏松，抗侵蚀能力极弱。从 #,0% 年中国
科学院水土保持研究所开始纸坊沟流域水土保持综
合规划与治理工作起，该流域已成为黄土高原水土
流失综合治理的典型小流域，并起到了良好的示范
作用。到目前为止，该流域的土地利用主要以乔木
林、灌木林、草地和农耕地为主，主要植物种类为刺
槐（!"#$%$& ’()*+,"&+&+$&）、柠条（-&.&/&%& 0".(1$%(2$$
0"3）、铁杆蒿（ 4.5)3$($& (&+.".*3 6),)#）、白羊草
［ 7"51.$"+18"& $(+1&)3*%（ 56） 789:］、糙 隐 子 草
［-8)$(5"/)%)( (9*&.."(&（;<=9 6）789:］、玉米（:)& 3&;(
56）、谷子［ <)5&.$& $5&8$+&（ 56）>8?@A］、马 铃 薯
（<"8&%*3 5*#)."(*3）等。
!"# 采样与处理
从“七五”开始，该流域被列入国家黄土高原水
土流失综合治理的 ##个典型小流域之列。当时的
科技工作者编制了纸坊沟土地类型图、土地利用现
状图、坡度图、土壤侵蚀类型图和综合治理图等系列
图件。为了真实反映流域土壤酶活性和肥力的空间
变化，我们选择了系列图件中的土地类型图、坡度图
和土地利用现状图作为采样单元划分的参考图件。
具体的做法为，以土地类型图为基础控制图件，采用
BCD技术将 (++!年野外人工调绘的新的土地利用现
状图和坡度图与其进行迭加生成采样单元图，在每
个单元中按“D”型采集 +—(+ E2、(+—$+ E2和 $+—
&+ E2的样品各 !个，并进行充分混合后带回室内进
行分析。具体采样及分析结果见表 #。
!"$ 土壤指标及其测定方法
土壤性质测定 #+ 个指标：（#）有机质，重铬酸
钾—外加热法；（(）全氮，半微量开氏法；（%）碱解
氮，碱解扩散法；（$）速效磷，碳酸氢钠浸提—钼锑
抗比色法；（!）速效钾，乙酸铵浸提—火焰光度法；
（&）FG值，采用水土体积比 # H#电极法［#!］；（0）脲酶，
靛酚蓝比色法，酶活性单位 *G% "* 2: I（:·J）；（.）
蔗糖酶，硫代硫酸钠滴定法，单位 +/#2KL I 5 *?(D(M%
25 I（:·J）；（,）碱性磷酸酶，磷酸苯二钠比色法，单
位 N(M! 2: I（:·J）；（#+）过氧化氢酶，高锰酸钾滴定
法，单位 +/# 2KL I 5 7O9M$ 25 I（:·J）［#&］。
!"% 数据分析与处理
本文采用 N8?
间的关系［##］，而通径分析是在各变量无量纲的基础
上，计算直接通径系数和间接通径系数，通过直接或
间接通径系数的大小与正负来表示自变量对因变量
作用的大小与方向，且通过通径系数之间的相互比
较，揭示土壤酶活性与土壤肥力之间的密切程度，比
简单相关分析更具有说服力。所有数据均在
DNDD#&/+软件下进行分析。
# 结果与分析
#"! 土壤肥力的特征值
从土壤垂直剖面来看（见表 #），.种土地利用现
状的土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾均随土层深
度（+—&+ E2）的增加而减小，而 FG却逐渐增大；除
梁峁地草地、沟坡地乔木林和沟坡地草地的速效磷
含量随土层深度的增加而减小以外，其他 !种土地
利用现状的速效磷含量均为 +—(+ E2最大，$+—&+
E2次之，(+—$+ E2最小。
梁峁地：有机质含量 +—(+ E2和 (+—$+ E2土
层为乔木林 Q灌木林 Q农耕地 Q草地，$+—&+ E2为
灌木林 Q乔木林 Q农耕地 Q草地；全氮含量 +—(+
E2为乔木林 Q 灌木林 Q 农耕地 Q 草地，(+—$+ E2
为灌木林 Q乔木林 R农耕地 Q草地，$+—&+ E2为农
耕地 Q灌木林 Q乔木林 Q草地；碱解氮含量 %个土
层均为乔木林 Q灌木林 Q农耕地 Q草地；速效磷含
量 +—(+ E2和 (+—$+ E2为乔木林 Q灌木林 Q农耕
地 Q草地，$+—&+ E2为草地 Q乔木林 R农耕地 Q灌
木林；速效钾含量 +—(+ E2为乔木林 Q灌木林 Q农
耕地 Q草地，(+—$+ E2和 $+—&+ E2为农耕地 Q草
地 Q乔木林 Q灌木林。
#+##!期 刘庆新，等：纸坊沟流域土壤酶活性与土壤肥力关系研究
沟坡地：土壤有机质和速效钾含量 !个土层均
为乔木林 "草地；全氮和碱解氮含量 #—$# %&为乔
木林 "草地，$#—’# %&和 ’#—(# %&为草地 "乔木
林。
沟底地：土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含
量 !个土层均为乔木林 "农耕地；)*和速效钾 #—
$# %&为农耕地 " 乔木林，$#—’# %& 和 ’#—(# %&
为乔木林 " 农耕地。乔木林各土样之间变异性最
大。
从小流域的空间范围来看，土壤肥力特征差别
较大。土壤肥力 #—$# %&和 $#—’# %&表现为沟底
地乔木林 "沟坡地乔木林 "梁峁地乔木林；沟坡地
草地 "梁峁地草地；沟底地农耕地 " 梁峁地农耕
地，’#—(# %&肥力变化则不明显。
!"! 土壤酶活性特征值
从土壤垂直剖面可以看出（见表 +），,种土地利
用现状的土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均随
土层深度（#—(# %&）的增加而显著降低；过氧化氢
酶活性在每个土地利用现状的垂直剖面层次上变化
不大。
梁峁地：土壤脲酶活性 #—$# %&和 $#—’# %&
土层为乔木林 "灌木林 "农耕地 "草地，’#—(# %&
为农耕地 " 乔木林 - 草地 " 灌木林；蔗糖酶活性
#—$# %&土层为灌木林 "乔木林 "草地 "农耕地，
$#—’# %&和 ’#—(# %&为灌木林 "乔木林 "农耕
地 "草地；碱性磷酸酶活性 #—$# %&为乔木林 -灌
木林 "草地 "农耕地，$#—’# %&和 ’#—(# %&为乔
木林 "灌木林 "农耕地 "草地。
沟坡地：土壤脲酶活性在 !个土层均为草地 "
乔木林；蔗糖酶和碱性磷酸酶活性 #—$# %& 和
’#—(# %&为乔木林 "草地，$#—’# %&为草地 "乔
木林。
沟底地：脲酶和蔗糖酶活性在 !个土层均为乔
木林 "农耕地；碱性磷酸酶活性 #—$# %&和 $#—
’# %&为乔木林 "农耕地，’#—(# %&为农耕地 "乔
木林。过氧化氢酶活性在 ,种土地利用现状之间变
化不大，差异也不明显。
’种酶活性在流域空间的变化与土壤肥力相一
致。土壤酶活性表现为沟底地乔木林 "沟坡地乔木
林 "梁峁地乔木林；沟坡地草地 "梁峁地草地。由
于受人为管理等因素影响较大，农耕地土壤酶活性
的空间变化比较复杂。
!"# 土壤性质之间的相关关系
由表 $可知，土壤酶活性与土壤肥力之间有着
密切的关系。速效磷除与 )*、有机质和过氧化氢酶
活性无显著相关外，与其他所有的土壤养分指标和
土壤生物指标均呈显著或极显著的正相关关系。
)*除与速效磷无显著相关性外，与所测定的其他所
有土壤指标均呈显著或极显著的负相关关系。土壤
有机质、全氮、碱解氮、速效钾、脲酶、蔗糖酶、碱性磷
酸酶和过氧化氢酶各指标之间存在极显著的正相关
关系。
表 ! 土壤酶活性与土壤肥力之间的相关矩阵（$）
%&’() ! *+$$)(&,-+. /&,$-0（$12&(3)4）’),5)). 4+-( ).67/) &8,-2-,-)4 &.9 4+-( :)$,-(-,7
项目 ./0& 1$ 1! 1’ 12 1( 13 1, 14 1+#
1+ 5 #6($’!! 5 #62$,!! 5 #62(3!! #6+#( 5 #6!!$! 5 #6$,,!! 5 #62+2!! 5 #6’,+!! 5 #6!’2!!
1$ #632$!! #63’#!! #6#!$ #6!3!!! #62(#!! #6,$#!! #6342!! #6’2’!!
1! #6,(’!! #6+,#! #6$,4!! #6(23!! #6,$(!! #6,!(!! #62(#!!
1’ #6+3,! #6!$4!! #6(3’!! #6,’’!! #6,3+!! #622,!!
12 #6’(2!! #6!$4!! #6$+2!! #6$#(!! #6+#$
1( #6!,,!! #6!42!! #6!2!!! #6$!!!!
13 #632(!! #63+!!! #62+!!!
1, #64#3!! #62(!!!
14 #62’,!!
注（78/0）：样本数 9 - +3’；!! #6#+水平显著；! #6#2水平显著；1+!1+#分别代表 )*、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、脲酶、蔗
糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶。:;&)<0 9=&>0? 9 - +3’；!! @8??0<;/A89 AB BAC9ADA%;9/ ;/ /E0 #6#+ <0F0<；! @8??0<;/A89 AB BAC9ADA%;9/ ;/ /E0 #6#2 <0F0< G
1+ 51+# &0;9 )*，8?C;9A% &;//0?，/8/;< 7，;F;A<;><0 7，;F;A<;><0 H，;F;A<;><0 I，=?0;B0，A9F0?/;B0，;
土壤酶在参于土壤生化反应的过程中并不是孤
立存在的，而是相互间存在着密切的配合和相互促
进的复杂关系，这种关系仅用简单的相关分析不能
!#++2期 刘庆新，等：纸坊沟流域土壤酶活性与土壤肥力关系研究
完全说明。因此，我们引进数理统计分析中的通径
分析方法，进一步揭示土壤酶活性与土壤肥力的关
系。
将脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性
分别与所测土壤养分指标进行回归，得到四个标准
多元回归方程：
!" # $%"&’(" ) $%"*&(+ ) $%+*"(, ) $%,-*(* )
$%"+’(. ) $%",/(/ （"）
!+ # $%$’+(" ) $%*".(+ ) $%+$+(, ) $%,’.(* )
$%$/’(. ) $%$.+(/ （+）
!, # $%"+*(" ) $%,*.(+ ) $%"-$(, ) $%.$’(* )
$%$*’(. ) $%$++(/ （,）
!* # 0 $%$$,(" 0$%$"&(+ ) $%,"&(, ) $%+’’(* 0
$%$,&(. ) $%$’,(/ （*）
式中：!"!!* 分别为标准化的脲酶、蔗糖酶、碱性
磷酸酶和过氧化氢酶活性；("!(/ 分别为标准化
的 12值、有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾。
方程中的标准回归系数就是直接通径系数，它乘以
相应的肥力指标间的相关系数就得到间接通径系
数。其直接通径系数和间接通径系数之和在数值上
等于相关系数，可揭示出哪种作用途径处于主导地
位。四种土壤酶活性的剩余通径系数分别为
$%/’+、$%*+,、$%*$-和 $%&",。
+%*%" 脲酶活性与土壤肥力的关系 由表 ,可知，
碱解氮和全氮对脲酶活性的直接通径系数较大，而
且两者彼此相互作用对脲酶活性的间接通径系数也
较大，相关分析表明，碱解氮、全氮与脲酶活性均呈
极显著正相关关系，说明土壤氮素是影响土壤脲酶
活性的主要因素，这与脲酶分解尿素的专一性有关。
有机质通过全氮和碱解氮对脲酶活性的间接通径系
数较大，使其呈极显著正相关（$%..-!!），而 12对
表 ! 土壤肥力对土壤酶活性的通径系数
"#$%& ! ’#() *+&,,-*-&.(/ $&(0&&. /+-% ,&1(-%-(2 #.3 /+-% &.425& #*(-6-(-&/
项目 3456 (" (+ (, (* (. (/ 7
脲酶活性
!75895
8:4;<;4=
(" $%"&’ 0 $%$-+ 0 $%"+’ 0 $%++, $%$", 0 $%$*. 0 $%+&&!!
(+ 0 $%""’ $%"*& $%"&" $%+-+ $%$$* $%$." $%..-!!
(, 0 $%$-- $%""" $%+*" $%,*$ $%$+, $%$,- $%/./!!
(* 0 $%"$/ $%""$ $%+$& $%,-* $%$+, $%$*. $%/’,!!
(. $%$+$ $%$$. $%$*, $%$’$ $%"+’ $%$/, $%,+&!!
(/ 0 $%$/+ $%$.. $%$’$ $%",$ $%$.- $%",/ $%,&’!!
蔗糖酶
活性
3><574895
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(" $%$’+ 0 $%+.- 0 $%"$’ 0 $%+", $%$$’ 0 $%$"’ 0 $%."/!!
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(* 0 $%$*" $%,$’ $%"’. $%,’. $%$"+ $%$"’ $%&*.!!
(. $%$$& $%$", $%$,/ $%$/’ $%$/’ $%$+* $%+".!!
(/ 0 $%$+* $%".. $%$.& $%"+, $%$," $%$.+ $%,-/!!
碱性磷酸酶
活性
?@A8@;>5
1BC91B84895
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(+ 0 $%$’’ $%,*. $%"*, $%,’. $%$$+ $%$$& $%’-.!!
(, 0 $%$/. $%+.- $%"-$ $%*,& $%$$& $%$$/ $%&,’!!
(* 0 $%$’$ $%+.. $%"/* $%.$’ $%$$& $%$$’ $%&’+!!
(. $%$", $%$"" $%$,* $%$-$ $%$*’ $%$"$ $%+$/!!
(/ 0 $%$*" $%"+- $%$.. $%"/’ $%$++ $%$++ $%,.,!!
过氧化氢酶
活性
D848@895
8:4;<;4=
(" 0 $%$$, $%$"" 0 $%"/& 0 $%".’ 0 $%$$* 0 $%$+* 0 $%,*.!!
(+ $%$$+ 0 $%$"& $%+,- $%+$. 0 $%$$" $%$+’ $%*.*!!
(, $%$$+ 0 $%$"* $%,"& $%+,- 0 $%$$’ $%$+" $%./$!!
(* $%$$+ 0 $%$", $%+’. $%+’’ 0 $%$$’ $%$+* $%..’!!
(. $%$$" 0 $%$$" $%$.’ $%$*- 0 $%$,& $%$,* $%"$+
(/ $%$$" 0 $%$$’ $%$-+ $%$-" 0 $%$"& $%$’, $%+,,!!
注（EC45）：("!(/分别代表 12、有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾；划横线的数据为直接通径系数，其他为间接通径系数。
("0("$ 658> 12，C7F8>;: 684457，4C48@ E，8<8;@8G@5 E，8<8;@8G@5 H 8>I 8<8;@8G@5 J，75915:4;<5@=；KB5 L>I57@;>5I I848 875 I;75:4 184B :C5MM;:;5>49，C4B57
I848 875 ;>I;75:4 184B :C5MM;:;5>49N
*$"" 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ".卷
脲酶活性的正向直接通径系数被通过其他因子对土
壤脲酶活性的反向间接通径系数所抵消，使得 !"
与脲酶活性呈极显著负相关。速效磷和速效钾对土
壤脲酶活性的直接通径系数和间接通径系数均较
小，说明速效磷和速效钾并不是影响脲酶活性的主
要因素。
#$%$# 蔗糖酶活性与土壤肥力的关系 有机质、碱
解氮和全氮对蔗糖酶活性的直接通径系数较大，且
三者彼此间对蔗糖酶活性的间接通径系数都比通过
其他因子的间接通径系数大，结合其相关系数可知，
它们是影响蔗糖酶活性的主要因子。虽然 !"、速效
磷和速效钾与蔗糖酶活性均呈极显著正相关，但他
们对蔗糖酶活性的直接通径系数和间接通径系数均
较小，说明他们并不是影响蔗糖酶活性的主要因素。
#$%$& 碱性磷酸酶活性与土壤肥力的关系 碱解
氮对碱性磷酸酶活性的直接通径系数最大（’$(’)），
且通过有机质和全氮对碱性磷酸酶活性的间接通径
系数较大，由此可知，碱解氮是影响土壤碱性磷酸酶
活性的主要因子。有机质通过碱解氮对碱性磷酸酶
活性的间接通径系数比通过其他因子对碱性磷酸酶
活性影响的间接通径系之和还大。全氮通过碱解氮
对碱性磷酸酶活性的间接通径系数（’$%&*）大于全
氮对碱性磷酸酶活性直接通径系数（’$+,’），从相关
系数 可 知，全 氮 与 碱 解 氮 呈 极 显 著 正 相 关
（’$*&)!!），进一步说明氮素是影响土壤碱性磷酸
酶活性的主要因素。
#$%$% 过氧化氢酶活性与土壤肥力的关系 碱解
氮和全氮对过氧化氢酶活性的直接通径系数以及两
者彼此间相互作用的间接通径系数均较大，由此可
知，碱解氮和全氮是影响过氧化氢酶活性的主要因
子。有机质对过氧化氢酶活性的负向直接通径系数
被通过其他因子对过氧化氢酶活性的正向间接通径
系数所抵消，说明有机质主要是通过其他因子对过
氧化氢酶活性的间接作用较大。因此认为，速效磷、
速效钾和 !"并不是影响土壤过氧化氢酶活性的主
要因素。
! 结论
+）从小流域空间尺度来看，不同土地利用方式
下土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、脲酶、蔗糖酶、
碱性磷酸酶和过氧化氢酶相互之间均呈极显著正相
关关系。
#）通径分析可知，土壤有机质、全氮和碱解氮
通过直接作用和彼此相互间接作用成为影响脲酶、
蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性的主要因素。
&）就通径分析的直接作用而言，!"对脲酶、蔗
糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性的直接作用在
很大程度上通过其他因素对 %种酶的间接作用所抵
消。相关分析和通径分析结果说明，% 种土壤酶活
性可以作为黄土丘陵沟壑区小流域土壤肥力的评价
指标。
参 考 文 献：
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