全 文 ：园 艺 学 报 2011，38（4）：621–630 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2010–11–29；修回日期：2011–03–21
基金项目：中国科学院知识创新工程重大项目（KSCX-YW-09-07）；西北农林科技大学“青年学术骨干人才支持”计划联合资助项目
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：wxhe1968@163.com）
渭北旱塬苹果园土壤酶特征研究
谭向平 1，和文祥 1,*，杨 静 1，孔 龙 1，王旭东 1，郝明德 2
（1 西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100；2 中国科学院，水利部西北水土保持研究所，陕西杨凌
712100）
摘 要：采用非缓冲液法，研究渭北旱塬苹果园不同层次土壤磷酸酶、转化酶、脲酶、过氧化氢酶、
脱氢酶活性特征，探讨其与土壤肥力的关系，构建土壤总体酶活性参数。结果表明：土壤磷酸酶、转化
酶、脲酶、脱氢酶活性的空间变异性明显，随剖面深度增加而降低，对肥力和环境变化较敏感，与多数
土壤化学性质呈显著或极显著正相关，显示其在一定程度上可表征果园土壤肥力水平；而过氧化氢酶的
变化规律性较差；土壤化学性质与酶活性主成分分析组成的土壤肥力信息系统较好地表征了土壤肥力水
平的差异，获得的综合得分，计算的土壤总体酶活性参数（TEI）与土壤理化性质达显著或极显著正相关，
且尤以 TEI 的相关性最高。不同层次的土样表现出类似的规律性变化。显示出 TEI 比单一酶系可更好地
表征土壤肥力水平。
关键词：土壤；酶；苹果园；酶活性；主成分分析；生物学指标
中图分类号：S 606.1 文献标识码：A 文章编号：0513-353X（2011）04-0621-10

Characteristics of Enzyme Activities in Apple Orchard Soil in Weibei Arid
Region
TAN Xiang-ping1，HE Wen-xiang1,*，YANG Jing1，KONG Long1，WANG Xu-dong1，and HAO Ming-de2
（1College of Resources and Environment，Northwest A & F University，Yangling，Shaanxi 712100，China；2Institute of
Soil and Water Conservation，the Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources，Yangling，Shaanxi
712100，China）
Abstract：This study investigated invertase，urease，phosphatase，catalase，dehydrogenase at different
soil layers in apple orchard at Weibei arid region，and the relationship between soil enzyme activities and
fertility by no-buffer method. A total enzyme activity index（TEI）was established. The results showed that
the activities of invertase，urease，phosphatase and dehydrogenase had significant spatial variations and
greatly decreased with increasing soil depth；And positively correlated with soil chemical properties
significantly except soil catalase and thus can be used to indicate soil fertility. By analyzing the
biochemical activities and chemical properties of soil using principal component analysis（PCA），the
composite scores of the soil fertility information system with chemical properties and enzyme activities as
principal components and TEI had remarkably significant positive correlation with soil chemical
properties，TEI is better. These correlations happened similarly at different soil layers. This study indicated
that TEI was a better index as an indicator for apple orchard soil fertility than many individual enzymes at

622 园 艺 学 报 38 卷
Weibei arid region.
Key words：soil；enzyme；apple orchard；enzyme activity；principal component analysis；biological
indicator

土壤酶在营养物质转化、能量代谢、污染物降解等方面发挥作用（Burns，1982；Welp，1999），
被称为土壤生态系统核心（Tabatabai & Dick，2002），土壤脲酶、磷酸酶、脱氢酶等常作为表征土
壤肥力的指标（Benitez et al.，2006；Trasar-Cepeda et al.，2008；Iovieno et al.，2009）。但研究报道
土壤脲酶活性与有机质的关系大相径庭，分别有显著正相关（赵林森和王九龄，1995）、显著负相关
（於忠祥 等，1996）和不相关（Sakorn，1987）的报道。
渭北旱塬作为我国两大苹果产区之一（杨文杰 等，2004），长期的传统管理模式引起土壤结构
破坏，土传病害严重，肥力退化，生物多样性降低等诸多问题，已严重妨碍了当地果业的可持续发
展（殷瑞敬 等，2009）。对果园土壤退化等过程中酶活性的变化方面，仅见一些不同耕作模式和管
理措施影响土壤酶活性的报道（张成娥和梁银丽，1999；张成娥 等，2001；刘建新 等，2005；Floch
et al.，2009）。国内外对林果类土壤酶的研究较少，且结果不尽一致，亟需深入开展果园土壤酶活性
与土壤肥力水平间的关系研究。
为此作者采用非缓冲液法，在渭北旱塬的长武县境内较大范围采样，较为系统地分析与土壤碳、
氮、磷循环以及微生物活性密切相关的土壤酶活性，探讨土壤酶的变化规律，构建土壤肥力的生物
学指标，为苹果园的可持续发展和准确快速评价提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试土样
2008 年 10 月在陕西省长武县 5 个乡镇（芋园乡、相公乡、彭公乡、马寨乡和地掌乡）选取不
同种植年限果园 25 个进行采样，围绕苹果树树冠的阴影正下方五点法布点，先去除 0 ~ 5 cm 土样
后，分别采集表层（5 ~ 20 cm）和下层（20 ~ 40 cm）土样，混匀风干，过 1 mm 尼龙筛备用。常规
方法测定土壤化学性质（鲍士旦，2000）。当地土壤为黑垆土（堆垫干润均腐土，Cumuli-Ustic
Isohumosols）。
1.2 测定方法
非缓冲液法测定土壤酶活性。转化酶：3，5–二硝基水杨酸比色法；脲酶：靛酚蓝比色法；磷
酸酶：磷酸苯二钠比色法；过氧化氢酶：容量法；脱氢酶：TTC 法。重复 3 次，并设无土和无基质
处理为对照（关松荫，1987）。
1.3 数据处理
采用 EXCEL 和 DPS7.05 软件对数据进行相关、多重比较和主成分分析等。
对土壤酶和化学性质进行主成分分析，根据综合主成分函数模型 F = ΣbjZj = b1Z1 + b2Z2
+ …… + bmZm（b 为贡献率）获得综合主成分值并进行排序，对各样品的肥力水平进行综合评价
（袁志发和周静芋，2002）。
总体酶活性参数 TEI（Total enzyme index）= ，其中 iX 为第 i 种土壤酶活性，为第 i 种
酶活性的平均值（和文祥 等，2010）。
i/
1
XX
i
n
i

4 期 谭向平等：渭北旱塬苹果园土壤酶特征研究 623

2 结果与分析
2.1 土样有机质
有机质是土壤肥力水平的重要指标之一。表 1 显示有机质在果园表层和下层土壤的范围和均值
分别为 5.32 ~ 16.46 g · kg-1、11.58 g · kg-1 和 3.88 ~ 12.82 g · kg-1、9.52 g · kg-1，下层平均值为表层平
均值的 82.21%。参照黄土高原土壤养分含量分级标准（贾恒义 等，1994），可知本地区果园土壤有
机质处于中等水平。与我国无公害苹果技术规程要求有机质含量 ≥ 15 g · kg-1 相比，本地区达标土
样仅占 4%，有必要开展提高本地果园土壤有机质的工作，以满足苹果高产、丰产、绿色的要求。
表 1 供试土壤的化学性质
Table 1 Chemical properties of soils tested
土样
编号
Soil
No.
经度
Longitude
107°
纬度
Latitude
35°
种植
年限
Year
土层/cm
Layer
有机质/
(g · kg-1)
Organic
matter
全氮/
(g · kg-1)
Total N
全磷/
(g · kg-1)
Total P
全钾/
(g · kg-1)
Total K
碱解氮/
(mg · kg-1)
Alkali
hydrolysable
N
速效磷/
(mg · kg-1)
Available
P
速效钾/
(mg · kg-1)
Available K
pH
5 ~ 20 5.32 0.44 0.58 20.99 19.25 4.09 125.48 8.53 1 56.217′ 15.712′ 16
20 ~ 40 3.88 0.34 0.56 20.16 14.00 3.33 72.73 8.66
5 ~ 20 12.30 0.76 1.17 22.30 35.00 7.41 248.98 8.34 2 56.321′ 15.557′ 8
20 ~ 40 9.91 1.09 1.51 21.28 24.50 11.03 204.62 8.53
5 ~ 20 11.61 0.89 0.71 21.60 40.25 9.45 246.58 8.45 3 54.911′ 13.847′ 23
20 ~ 40 8.31 0.78 0.66 20.85 29.75 4.57 207.01 8.48
5 ~ 20 13.29 1.09 1.62 22.12 56.00 76.56 438.66 8.13 4 56.234′ 10.995′ 13
20 ~ 40 12.11 1.00 1.36 23.49 50.75 96.80 277.39 8.10
5 ~ 20 10.67 0.82 0.93 25.10 31.50 7.33 315.90 8.46 5 55.580′ 11.820′ 13
20 ~ 40 9.76 0.89 0.82 21.70 29.75 4.31 232.31 8.52
5 ~ 20 9.97 1.02 0.86 23.81 35.00 9.87 69.13 8.42 6 55.538′ 12.802′ 17
20 ~ 40 8.32 0.83 0.64 22.48 36.75 7.98 69.13 8.06
5 ~ 20 11.24 1.01 0.91 21.76 47.25 25.16 151.86 8.27 7 55.374’ 12.691’ 9
20 ~ 40 9.77 1.07 0.77 22.85 33.25 1.44 116.12 8.43
5 ~ 20 12.20 1.05 0.75 22.91 43.75 10.35 338.10 8.09 8 52.712′ 13.137′ 15
20 ~ 40 8.28 0.85 0.65 22.17 31.50 1.44 84.72 8.08
5 ~ 20 12.47 0.93 0.75 21.60 47.25 6.76 142.27 8.28 9 52.713′ 13.128′ 5
20 ~ 40 9.69 0.89 0.64 21.19 36.75 3.02 95.51 8.31
5 ~ 20 11.72 0.97 0.84 23.47 42.00 6.98 127.88 8.35 10 51.872′ 12.964′ 10
20 ~ 40 10.02 0.84 0.68 22.80 36.75 4.15 72.73 8.33
5 ~ 20 16.46 1.27 0.88 22.96 63.00 18.40 323.73 8.32 11 52.028′ 13.984′ 14
20 ~ 40 12.10 0.93 0.85 22.18 43.75 20.00 280.64 8.42
5 ~ 20 9.86 0.85 0.67 20.48 36.75 11.51 263.37 8.43 12 50.052′ 15.604′ 16
20 ~ 40 8.10 0.67 0.59 19.57 29.75 6.70 172.24 8.36
5 ~ 20 13.68 1.09 1.19 21.19 45.50 39.15 319.82 8.33 13 50.186′ 16.030′ 20
20 ~ 40 10.43 0.81 1.29 22.28 42.00 44.34 217.95 8.01
5 ~ 20 10.38 0.90 0.83 21.48 39.55 28.49 305.45 8.72 14 50.268′ 16.227′ 11
20 ~ 40 6.77 0.89 0.74 21.53 22.75 13.96 262.35 8.71
5 ~ 20 11.84 0.99 1.16 21.67 40.25 34.22 345.94 8.12 15 48.669′ 13.920′ 16
20 ~ 40 10.18 0.96 1.06 22.07 33.25 18.99 386.42 8.07
5 ~ 20 9.31 0.85 1.08 21.74 35.00 39.60 399.48 8.55 16 47.721′ 16.954′ 18
20 ~ 40 7.91 0.62 0.81 20.86 21.00 12.69 368.14 8.44
17 47.583′ 16.348′ 12 5 ~ 20 13.18 1.13 1.08 20.04 52.50 37.68 291.08 8.22
20 ~ 40 9.50 0.96 0.81 21.75 35.00 18.28 293.70 8.09
624 园 艺 学 报 38 卷
续表 1
土样
编号
Soil
No.
经度
Longitude
107°
纬度
Latitude
35°
种植
年限
Year
土层/cm
Layer
有机质/
(g · kg-1)
Organic
matter
全氮/
(g · kg-1)
Total N
全磷/
(g · kg-1)
Total P
全钾/
(g · kg-1)
Total K
碱解氮/
(mg · kg-1)
Alkali
hydrolysable
N
速效磷/
(mg · kg-1)
Available
P
速效钾/
(mg · kg-1)
Available K
pH
18 47.910′ 15.141′ 18 5 ~ 20 12.01 1.03 1.19 22.81 45.50 54.13 429.52 7.89
20 ~ 40 10.68 1.14 1.01 22.82 42.00 39.81 352.76 7.97
19 48.166′ 15.026′ 12 5 ~ 20 13.98 1.21 1.31 22.14 52.50 54.13 292.39 8.04
20 ~ 40 12.82 1.09 1.22 22.23 28.00 2.50 298.92 8.07
20 48.050′ 14.709′ 15 5 ~ 20 12.57 1.04 0.81 21.51 63.00 9.89 225.78 8.28
20 ~ 40 10.27 1.04 0.64 21.80 35.00 4.65 242.76 8.37
21 45.752′ 17.786′ 7 5 ~ 20 8.57 0.91 0.98 21.90 45.50 15.96 343.32 8.33
20 ~ 40 8.16 0.78 0.74 21.36 29.75 14.77 259.74 8.18
22 45.405′ 16.914′ 13 5 ~ 20 10.51 1.08 1.00 19.59 45.50 29.64 127.88 7.98
20 ~ 40 8.52 0.95 0.69 21.24 38.50 17.56 72.48 8.04
23 45.377′ 15.572′ 15 5 ~ 20 11.91 1.11 1.10 19.38 45.50 49.25 254.52 8.19
20 ~ 40 11.56 1.02 1.21 21.93 47.25 43.49 174.67 8.00
24 45.369′ 15.054′ 14 5 ~ 20 12.03 1.08 1.28 21.56 50.75 46.37 83.52 8.27
20 ~ 40 9.97 0.92 0.93 20.71 35.00 20.07 308.06 8.37
25 45.946′ 13.487′ 13 5 ~ 20 12.39 0.99 1.08 20.36 49.00 30.94 275.36 8.27
20 ~ 40 10.99 0.85 0.77 20.16 38.50 11.71 212.72 8.17

2.2 土壤酶活性
转化酶是碳素循环的重要催化酶。表 2 显示供试土壤的转化酶活性范围 137.40 ~ 476.77
μg · g-1 · h-1；每个土样表层酶活性为下层的 0.935 ~ 1.847 倍，其中低于下层的仅两个土样；60%的
土样在两土层间差异达显著水平（P < 0.05）。
表 2 供试土壤酶活性
Table 2 Enzyme activities of soils tested
土样编号
Soil No.
土层/cm
Layer
转化酶/
(µg · g-1 · h-1)
Invertase
脲酶/
(µg · g-1 · h-1)
Urease
磷酸酶/
(µg · g-1 · h-1)
Phosphatase
过氧化氢酶/
(mL · g-1 · h-1)
Catalase
脱氢酶/
(µg · g-1 · h-1)
Dehydrogenase
5 ~ 20 210.46±15.56aA 9.57±0.04aA 19.73±0.32aA 12.90±0.74aA 0.30±0.00aA 1
20 ~ 40 137.40±5.86bA 8.85±0.09bB 7.29±0.54bB 15.15±0.74aA 0.13±0.01bB
5 ~ 20 283.92±23.75aA 33.06±0.63aA 27.92±0.57aA 16.13±0.85aA 0.78±0.01aA 2
20 ~ 40 270.92±20.11aA 7.59±0.42bB 9.13±0.27bB 14.85±0.11aA 0.32±0.01bB
5 ~ 20 325.45±17.45aA 44.95±0.89aA 25.76±0.53aA 16.13±0.21aA 0.62±0.01aA 3
20 ~ 40 193.52±13.30bB 17.42±0.25bB 15.73±0.63bB 13.88±0.85aA 0.29±0.01bB
5 ~ 20 252.29±15.30aA 43.50±0.96aA 33.55±0.28aA 13.95±0.32aA 0.41±0.01aA 4
20 ~ 40 221.38±4.56bA 48.97±1.05bA 23.13±0.00bB 13.95±0.32aA 0.15±0.00bB
5 ~ 20 336.95±17.08aA 52.11±1.72aA 27.12±1.39aA 16.73±0.42aA 0.62±0.01aA 5
20 ~ 40 334.77±17.59aA 48.10±0.32bB 26.01±1.88aA 16.88±1.27aA 0.62±0.02aA
5 ~ 20 366.29±3.52aA 43.85±3.43aA 28.17±1.17aA 16.35±0.53aA 0.83±0.01aA 6
20 ~ 40 218.40±9.58bB 30.78±0.47bA 12.62±0.54bB 15.75±0.53aA 0.52±0.03bB
5 ~ 20 339.54±15.86aA 69.56±1.47aA 26.06±0.11aA 16.28±0.42aA 0.66±0.00aA 7
20 ~ 40 298.01±21.00aA 28.65±0.90bB 19.86±0.36bB 16.20±0.53aA 0.50±0.01bB
5 ~ 20 452.51±21.60aA 89.86±3.26aA 30.89±1.60aA 15.30±0.11bB 0.81±0.00aA 8
20 ~ 40 244.89±24.71bB 22.62±0.45bB 17.63±2.24bA 17.55±0.11aA 0.46±0.02bB
9 5 ~ 20 476.77±21.86aA 47.48±2.13aA 39.63±2.88aA 17.10±0.32bA 1.04±0.00aA
20 ~ 40 343.46±28.58bB 41.21±0.23aA 18.80±0.00bB 16.05±0.11aA 0.50±0.01bB
4 期 谭向平等：渭北旱塬苹果园土壤酶特征研究 625

续表 2
土样编号
Soil No.
土层/cm
Layer
转化酶/
(µg · g-1 · h-1)
Invertase
脲酶/
(µg · g-1 · h-1)
Urease
磷酸酶/
(µg · g-1 · h-1)
Phosphatase
过氧化氢酶/
(mL · g-1 · h-1)
Catalase
脱氢酶/
(µg · g-1 · h-1)
Dehydrogenase
10 5 ~ 20 404.90±25.41aA 65.08±1.13aA 29.00±0.64aA 17.33±0.00aA 0.63±0.02aA
20 ~ 40 266.45±19.80bA 39.23±1.08bB 18.53±0.78bB 15.53±0.42bA 0.56±0.00bA
11 5 ~ 20 406.10±22.72aA 55.63±0.42aA 45.10±0.99aA 17.40±0.11aA 1.48±0.02aA
20 ~ 40 385.73±24.26aA 56.69±0.01aA 25.76±0.75bB 13.35±0.74bA 0.77±0.03bB
12 5 ~ 20 265.94±11.35aA 19.36±0.59aA 27.00±0.88aA 13.13±0.21aA 0.26±0.03bB
20 ~ 40 155.57±14.64bB 5.50±0.34bB 22.31±0.68bA 14.25±0.32aA 0.63±0.02aA
13 5 ~ 20 280.32±18.34aA 46.12±1.01aA 37.97±1.14aA 15.00±0.32aA 0.87±0.03aA
20 ~ 40 299.78±8.89aA 76.93±0.32bB 21.17±1.07bB 14.85±0.11aA 0.49±0.01bB
14 5 ~ 20 393.77±6.22aA 30.45±0.50aA 30.79±0.39aA 16.88±0.64aA 0.75±0.00aA
20 ~ 40 378.88±20.91aA 12.75±1.18bB 14.39±0.39bB 17.40±0.53aA 0.37±0.01bB
15 5 ~ 20 391.42±26.68aA 58.98±0.06aA 26.67±0.96aA 13.95±0.32bA 0.58±0.02aA
20 ~ 40 301.62±9.80aA 54.72±0.62bA 19.56±0.29bB 15.45±0.32aA 0.48±0.04aA
16 5 ~ 20 336.27±22.79aA 20.71±1.28aA 22.25±1.56aA 16.58±0.21aA 0.53±0.01aA
20 ~ 40 337.04±5.45aA 17.48±0.91aA 12.67±0.88bA 16.43±0.00aA 0.53±0.01aA
17 5 ~ 20 356.51±36.59aA 68.64±1.51aA 31.54±0.85aA 15.08±0.21aA 0.84±0.04aA
20 ~ 40 345.00±17.51aA 27.02±0.70bB 16.18±0.19bB 15.45±0.53aA 0.74±0.04aA
18 5 ~ 20 385.13±25.41aA 68.09±1.57aA 32.39±0.11aA 14.25±0.11aA 0.65±0.00aA
20 ~ 40 325.84±3.11aA 53.74±0.17bB 23.95±0.32bB 14.25±0.32aA 0.72±0.03aA
19 5 ~ 20 440.63±13.50aA 66.72±0.36aA 31.94±0.00aA 15.30±0.11aA 1.03±0.02aA
20 ~ 40 339.26±18.30bA 51.36±0.19bB 27.62±0.43bB 15.23±0.64aA 0.82±0.02bA
20 5 ~ 20 353.43±15.91aA 37.23±1.05aA 29.43±0.99aA 15.68±0.42aA 0.83±0.03bA
20 ~ 40 349.70±10.56aA 32.59±0.18bA 18.70±1.47bA 16.95±0.53aA 1.02±0.00aA
21 5 ~ 20 292.48±11.73aA 22.01±1.42aA 16.87±0.92aA 13.65±0.11bB 0.53±0.00aA
20 ~ 40 216.74±6.70bA 13.96±0.41bA 12.31±0.55bA 16.13±0.21aA 0.34±0.02bA
22 5 ~ 20 295.86±25.10aA 74.62±1.41aA 25.46±0.96aA 13.58±0.85aA 0.53±0.03aA
20 ~ 40 197.94±11.61bB 41.44±1.49bB 11.98±0.83bB 15.08±0.85aA 0.43±0.03aA
23 5 ~ 20 337.52±10.25aA 56.00±0.29aA 29.83±0.43aA 15.30±0.32aA 0.67±0.01bA
20 ~ 40 294.05±1.81bA 60.52±0.38bB 17.70±1.92bA 13.58±0.42bA 0.84±0.02aA
24 5 ~ 20 380.39±14.64aA 68.57±0.13aA 25.24±0.21aA 13.65±0.95aA 0.69±0.01bB
20 ~ 40 290.27±18.34bA 34.96±1.02bB 17.00±0.18bB 16.28±0.64aA 0.54±0.00aA
25 5 ~ 20 328.47±9.58aA 74.81±1.10aA 20.49±0.32aA 13.13±0.64bA 0.58±0.00bA
20 ~ 40 310.35±2.56bA 13.75±0.00bB 15.56±0.14bB 17.03±0.00aA 0.63±0.02aA
均值 Average 5 ~ 20 342.81 50.68 28.86 15.26 0.69
20 ~ 40 282.28 33.87 17.82 15.50 0.54
变异系数/% 5 ~ 20 18.58 40.35 21.46 9.46 35.99
CV 20 ~ 40 24.09 56.89 29.49 7.74 39.55
注：不同小写字母表示 5%显著差异水平，不同大写字母表示 1%显著差异水平。
Note：Different small and capital letters mean significance at 5% and 1% levels.

脲酶是水解尿素肥料的唯一酶类。供试土样的脲酶活性为 5.50 ~ 89.86 μg · g-1 · h-1；每个土样表
层酶活性为下层的 0.60 ~ 5.44 倍，其中低于下层的有 4 个土样；两土层脲酶活性平均值相差 1.5 倍，
且 88%的供试土样脲酶活性在土层间差异达显著水平，其中 68%的呈极显著差异。
磷酸酶可催化土壤有机磷为无机磷。土壤磷酸酶活性为 7.29 ~ 45.10 μg · g-1 · h-1；表层的酶活性
为下层的 1.04 ~ 3.06 倍；整体上表层磷酸酶活性是下层的 1.6 倍，且其中 96%和 72%的土样酶活性
在两土层间差异分别达显著和极显著水平。
过氧化氢酶可减轻或解除土壤中的过氧化氢的毒害作用，促进有机物的分解。供试土样的过氧
626 园 艺 学 报 38 卷
化氢酶活性为 12.90 ~ 17.55 mL · g-1 · h-1，每个土样表层的酶活性为下层的 0.77 ~ 1.30 倍，其中一半
低于下层土壤；两土层过氧化氢酶活性均值较接近，相差仅 1.57%；68%土样酶活性在两土层间差
异不显著，这可能是由于果树根系较深，使得在 40 cm 剖面中过氧化氢酶活性无明显变化。
脱氢酶活性反映土壤微生物的数量和活性。供试土样的脱氢酶活性为 0.13 ~ 1.48 μg · g-1 · h-1，
每个土样表层的酶活性为下层土壤的 0.41 ~ 2.73 倍，其中低于下层土壤的仅 5 个土样；表层酶活性
是下层的 1.3 倍，且 52%的土样酶活性在两层次间达显著差异。
可见随土壤剖面深度增加，除过氧化氢酶外，其余土壤酶的 80%以上样品活性降低，降幅随土
样和土壤酶种类不同而有明显差异，如土壤脲酶活性是急剧减小，幅度较大，而磷酸酶的变幅较小。
表 2 显示试果园土壤中酶活性变异系数呈现脲酶 > 脱氢酶 > 磷酸酶 > 转化酶 > 过氧化氢
酶的规律性变化，其中两土层脲酶变异系数为过氧化氢酶的 4.27 和 7.35 倍，下层土壤呈现类似变
化，揭示在本地区果园土壤中，脲酶、脱氢酶对土壤环境变化等较敏感，过氧化氢酶则较迟钝。不
同层次间除过氧化氢酶外，下层土壤酶活性变异系数大于表层，表明在果园土壤中 20 ~ 40 cm 土层
土壤酶对肥力、环境等变化更为敏感。
2.3 土壤酶活性与土壤化学性质相关分析
如表 3 所示，土壤化学性质和酶活性呈显著或极显著正相关的为：表层土壤的转化酶、脲酶、
磷酸酶、脱氢酶与有机质、全氮、碱解氮，过氧化氢酶与全钾、pH；下层土壤的脲酶、磷酸酶、转
化酶与有机质、碱解氮，脲酶与全钾、全氮、速效磷、全磷，脱氢酶与有机质。而土壤脲酶与 pH
呈极显著负相关。表明土壤转化酶、脲酶、磷酸酶和脱氢酶与理化性质的关系十分密切；不管是在
果园的表层还是下层土壤上都可作为土壤肥力指标之一。
表 3 土壤酶活性与土壤化学性质相关系数
Table 3 Correlation coefficients between soil enzyme activities and soil chemical properties
土壤酶
Soil enzymes
土层/cm
Layer
有机质
Organic
matter
全氮
Total N
全磷
Total P
全钾
Total K
碱解氮
Alkali
hydrolysable
N
速效磷
Available
P
速效钾
Available
K
pH
5 ~ 20 0.480* 0.491* –0.071 0.318 0.364 –0.034 –0.037 –0.240 转化酶
Invertase 20 ~ 40 0.504** 0.522** 0.220 0.307 0.175 –0.024 0.499* 0.024
5 ~ 20 0.556** 0.651** 0.266 0.041 0.447* 0.265 –0.057 –0.684** 脲酶 Urease
20 ~ 40 0.658** 0.451* 0.468* 0.622** 0.685** 0.482* 0.173 –0.557**
5 ~ 20 0.763** 0.564** 0.122 0.180 0.509** 0.158 0.167 –0.212 磷酸酶
Phosphatase 20 ~ 40 0.702** 0.458* 0.245 0.440* 0.488* 0.245 0.301 –0.273
5 ~ 20 0.311 0.145 –0.265 0.515** 0.057 –0.332 –0.037 0.398* 过氧化氢酶
Catalase 20 ~ 40 –0.252 –0.038 –0.361 –0.064 –0.351 –0.447* –0.064 0.204
脱氢酶 5 ~ 20 0.729** 0.594** 0.017 0.255 0.553** –0.060 –0.012 –0.124
Dehydrogenase 20 ~ 40 0.535** 0.450* –0.019 0.113 0.316 –0.177 0.215 –0.291
注：自由度 n–2 = 23，r0.05 = 0.396，r0.01 = 0.505。下同。
Note：Freedom n–2 = 23，r0.05 = 0.396，r0.01 = 0.505. The same below.

土壤酶间相关分析（表 4）表明，表层土的转化酶与脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶，磷
酸酶与过氧化氢酶、脱氢酶，过氧化氢酶与脱氢酶分别呈显著或极显著正相关。下层土壤转化酶与
磷酸酶、脱氢酶，脲酶与磷酸酶，磷酸酶与脱氢酶分别达到显著或极显著正相关。揭示出由于各种
土壤酶性质、来源等的不同，其间关系并不完全一致；但总的来讲土壤脲酶、磷酸酶、转化酶和脱
氢酶是关系密切的酶类，这可能与它们中的 3 个同属水解酶类，脱氢酶代表微生物活性有关。而过
4 期 谭向平等：渭北旱塬苹果园土壤酶特征研究 627

氧化氢酶属于氧化还原酶类。
表 4 土壤酶活性间的相关系数
Table 4 Correlation coefficients among soil enzyme activities
转化酶 Invertase 脲酶 Urease 磷酸酶 Phosphatase 过氧化氢酶 Catalase
土壤酶 Soil enzyme
5 ~ 20 cm 20 ~ 40 cm 5 ~ 20 cm 20 ~ 40 cm 5 ~ 20 cm 20 ~ 40 cm 5 ~ 20 cm 20 ~ 40 cm
脲酶 Urease 0.548** 0.383
磷酸酶 Phosphatase 0.464* 0.424* 0.251 0.635**
过氧化氢酶 Catalase 0.456* 0.343 –0.016 –0.266 0.455* –0.231
脱氢酶 Dehydrogenase 0.654** 0.589** 0.331 0.360 0.750** 0.502** 0.547** 0.001

2.4 土壤酶与土壤化学性质的主成分分析
为更好探讨土壤酶与土壤肥力间的关系，对土壤化学性质和酶活性进行了主成分分析。结果发
现两土层的前 5 个主成分累计方差贡献率均大于 80%，分别为 86.56%、83.98%，表明这 5 个主成分
即可反映土壤肥力系统的变异信息。其中表层土壤中第一主成分综合了磷酸酶、有机质、全氮、碱
解氮的信息，第二主成分综合了蔗糖酶、过氧化氢酶、脱氢酶、速效磷，第三、四、五主成分分别
综合了脲酶、pH、全钾和速效钾、全磷的信息；下层与表层土壤相比有所差异，但基本类似。
根据特征值和因子载荷量，得到土壤肥力系统的第一至第五主成分函数表达式，计算各土样主
成分的得分（图 1），可知表层土样的综合得分最高的为 11 号土样，各土样顺序为 11 > 19 > 9 > 8 >
18 > 10 > 13 > 17 > 20 > 4 > 6 > 5 > 7 > 24 > 14 > 15 > 23 > 2 > 3 > 25 > 16 > 22 > 21 > 12 > 1，揭示出
其在一定程度上可反映土样综合肥力水平的差异。
图 1 供试土壤的综合得分
Fig. 1 The composite scores of soils tested

相关分析（表 5）可见综合得分在表层土中与有机质、全氮、碱解氮和 5 种酶活性均达极显著
正相关，在下层土壤中与所有化学性质及 4 种酶活性呈显著或极显著正相关。表明利用土壤酶—化
学性质综合信息系统不仅可反映土壤酶与化学性质对土壤肥力的贡献及其相互关系，并可作为指标
表征土壤肥力水平高低。
2.5 土壤总体酶活性特征
借鉴利用总体酶活性指标（TEI）来对果园土壤肥力进行初步评价。计算的果园土壤 TEI 值见
图 2，表层和下层土样 TEI 值分别在 2.75 ~ 7.09 和 2.39 ~ 6.79 之间，表层土样顺序为：11 > 8 > 9 >
19 > 17 > 10 > 18 > 7 > 13 > 24 > 6 > 23 > 14、20 > 15 > 5 > 22 > 25 > 3 > 2 > 4 > 16 > 12 > 1，与主成
分综合得分得到的顺序类似；下层亦同。
628 园 艺 学 报 38 卷
表 5 显示 TEI 与有机质、全氮、碱解氮间达极显著正相关，且与土壤酶活性、理化性质的相关
系数大于单一酶活性和综合得分的，揭示出 TEI 是监测果园土壤肥力水平的重要指标；而且表层和
下层土样 TEI 与主成分综合得分的相关系数分别达 0.930**、0.867**。进一步佐证了构建的总体酶活
性是一个简单、易行、可靠、准确的土壤肥力指标。
表 5 综合得分和总体酶活性与土壤性质相关系数
Table 5 Correlation coefficient between composite score，TEI and soil properties
综合得分 Composite score TEI 项目 Item
5 ~ 20 cm 20 ~ 40 cm 5 ~ 20 cm 20 ~ 40 cm
有机质 Organic matter 0.887** 0.904** 0.804** 0.760**
全氮 Total N 0.787** 0.803** 0.734** 0.591**
全磷 Total P 0.284 0.631** 0.106 0.300
全钾 Total K 0.386 0.675** 0.263 0.508*
碱解氮 Alkali hydrolysable N 0.680** 0.670** 0.589** 0.571**
速效磷 Available P 0.219 0.492* 0.087 0.197
速效钾 Available K 0.215 0.495* –0.003 0.328
pH –0.341 –0.474* –0.393 –0.416*
转化酶 Invertase 0.731** 0.688** 0.820** 0.719**
脲酶 Urease 0.553** 0.771** 0.710** 0.825**
磷酸酶 Phosphatase 0.801** 0.728** 0.747** 0.799**
过氧化氢酶 Catalase 0.561** –0.140 0.484* –0.044
脱氢酶 Dehydrogenase 0.849** 0.531** 0.865** 0.757**













图 2 供试土壤总体酶活性
Fig. 2 Total enzyme activity index of soils tested
3 讨论
土壤酶与土壤肥力关系一直是国内外学者关注的热点问题之一，研究先后提出了土壤脲酶、转
化酶、磷酸酶、脱氢酶、多酚氧化酶等肥力指标（唐玉姝，2008；Yao et al.，2009），但结果并不一
致。如本文中以脲酶活性来划分，供试土样酶活性顺序为：8 > 25 > 22 > 7 > 17 > 24 > 18 > 19 > 10 >
15 > 23 > 11 > 5 > 9 > 13 > 3 > 6 > 4 > 20 > 2 > 14 > 21 > 16 > 12 > 1，而其中转化酶和磷酸酶排第一位
的 9 号和 11 号土样，在脲酶中分别排第 14 和 12 位；可见采用单一酶系表征土壤肥力水平的高低，
结果差异较大，这主要是由于不同酶类在不同土壤中对肥力的敏感性差异所致。此外土壤酶类单位
的千差万别，也导致不同土壤酶指标的结果无法比较。但通过相关分析等，显示土壤脲酶、转化酶、
磷酸酶和脱氢酶是与土壤性质密切相关的酶类（Puglisi et al.，2006；陈伟 等，2008），故在一定程
度上可定性表征土壤肥力水平。
4 期 谭向平等：渭北旱塬苹果园土壤酶特征研究 629

在对酶活性分析的基础上，构建复合酶指标是一种可行的途径。国外一些学者提出了 BIF、EAN
等指标（Beck，1984；Stefanic et al.，1984），但是由于这些指标仅涉及到两种或者 5 种酶类，结果
并不理想。为此作者首次构建的总体酶活性的思路是：a. 不考虑酶活性的量纲和每个土样酶活性绝
对值的大小，因为由于单位不同，有的酶活性值很大，有的很小，而且量纲的差异，导致无法比较；
而本方法可统一起来，最终的参数是一个无量纲数值，便于进行比较；b. 每一种酶在土壤中发挥的
作用是平等的，就是它们的权重是等同的，在土壤生化活性中发挥的作用是一样的，从土壤酶学和
多样性原则基本理论上讲，这个是可行的。本文中计算得到的总体酶活性可较好地表征土壤肥力状
况，与土壤理化性质等的相关性远远大于单一酶活性和综合得分，揭示出此总体酶活性在表征土壤
肥力水平方面更有优势、更加准确。同时此参数还可以应用在环境污染监测等方面，只是选取的土
壤酶类不应小于 3 个。
综上所述，除过氧化氢酶外，土壤转化酶、脲酶、磷酸酶、脱氢酶活性的空间变异性明显，对
肥力和环境变化较敏感，其活性值与土壤大多数化学性质呈显著或极显著正相关，揭示其在一定程
度上可表征果园土壤肥力水平；土壤化学性质与酶活性主成分分析组成的土壤肥力信息系统较好地
表征土壤肥力水平的差异，获得的综合得分、计算的土壤总体酶活性参数（TEI）与土壤理化性质
达显著或极显著正相关，且尤以 TEI 的相关性最高。揭示出 TEI 比单一酶系可更准确地表征土壤肥
力水平。
今后主要是开展选择合适土壤酶的研究，以使针对某方面的酶总体活性计算结果更为合理，如
土壤肥力方面应包括主要营养物质转化的作用酶类，污染程度监测方面应包括主要的敏感酶类。

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