全 文 ：中国生态农业学报 2009年 3月 第 17卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2009, 17(2): 215−219


* 中国科学院知识创新工程项目(KZCX3-SW-NA3-27，KZCX2-YW-407)和国家科技支撑计划项目(2006BAD05B05)资助
** 通讯作者: 韩晓增(1957~), 男, 研究员, 主要研究方向为土壤化学。E-mail: hanxz@cern.ac.cn
侯雪莹(1980~), 女, 在读博士, 主要从事土壤肥力方面的研究。E-mail: houxueying1027@126.com
收稿日期: 2008-05-04 接受日期: 2008-09-05
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00215
土地利用方式对黑土酶活性的影响*
侯雪莹 1,2 韩晓增 1** 王树起 1 宋 春 1,2 张 迪 1,2
(1. 中国科学院东北地理与农业生态研究所 哈尔滨 150081; 2. 中国科学院研究生院 北京 100049)
摘 要 基于中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验, 研究不同土地利用方式下 4 月份和 7 月份黑土
脲酶、转化酶、磷酸酶活性的变化。结果表明: 土地利用方式不同, 黑土酶活性有较大差异。草地与裸地相比,
4月份脲酶、转化酶、磷酸酶活性分别增加 24.66%、29.56%、34.67%, 7月份分别增加 56.12%、128.40%和 30.42%,
表明经过自然植被恢复, 土壤生物活性增强, 土壤肥力提高; 农田 3 种施肥方式相比, 脲酶、转化酶、磷酸酶
活性大小均为化肥+有机肥处理＞化肥处理＞无肥处理。3 种不同生态系统相比, 转化酶、磷酸酶活性大小依
次为草地生态系统＞农田生态系统＞裸地生态系统, 脲酶活性大小依次为农田化肥+有机肥处理＞草地生态
系统＞农田化肥处理＞农田无肥处理＞裸地生态系统。表明采取一定的施肥措施和草地自然植被恢复可增加
黑土酶活性, 提高土壤肥力。土壤脲酶、磷酸酶和转化酶活性与土壤有机质含量和全氮含量均有显著相关关
系, 能较好地反映土壤肥力水平。
关键词 土壤酶 自然恢复 土地利用 休闲裸地 种植作物 黑土
中图分类号: S154.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)02-0215-05
Effect of land-use type on enzyme activity in black soil
HOU Xue-Ying1,2, HAN Xiao-Zeng1, WANG Shu-Qi1, SONG Chun1,2, ZHANG Di1,2
(1. Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology, Chinese Academy of Sciences, Harbin 150081, China;
2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract Based on long-term experiment at Hailun Agricultural Ecology Station of Chinese Academy of Sciences, the characteris-
tics of soil enzyme activity in black soil under different land-use types were investigated. The results show significant differences
among the soil enzyme activity under different land-use types. In comparison with bare-land (BL), urease, invertase and phosphatase
activity in grassland (GL) respectively increases by 24.66%, 29.56% and 34.67% in April, and 56.12%, 128.40% and 30.42% in July.
This suggests that after natural restoration, soil bioactivity increases and soil fertility improves significantly. Compared, however,
with the control (i.e. zero-fertilizer; ZF), soil enzyme activity in the cropping treatments follow the same order: nitrogen and phos-
phorus fertilizers plus organic manure (NPM) > nitrogen and phosphorus fertilizers (NP) > zero-fertilizer (ZF) application. Invertase
and phosphatase activity in the ecosystems have the following order: GL > cropping system > BL, and urease activity is the order of:
NPM treatment in cropping system > GL > NP treatment in cropping system > ZF treatment in cropping system > BL. This indicates
that some fertilization patterns and natural restoration increase soil enzyme activity thereby improving soil fertility. Urease, invertase
and phosphatase activity is significantly positively correlated with soil organic matter and total N content, largely reflecting soil
property.
Key words Soil enzyme, Natural restoration, Land-use, Bare-land, Corpping system, Black soil
(Received May 4, 2008; accepted Sept. 5, 2008)
土壤酶是土壤生态系统代谢的一类重要动力 ,
其存在使土壤中的生物和生物化学过程能够持续进
行, 是土壤生态系统功能的基础。土壤酶在生态系
统的有机质腐解和养分循环与迁移等代谢反应中起
着非常重要的作用[1,2], 它与土壤质量的很多理化指
标相联系, 是土壤质量的潜在性敏感指标[2,3]。酶活
216 中国生态农业学报 2009 第 17卷


性能反映土壤的综合性状, 一种酶活性同时与多种
土壤性状相联系, 其中脲酶、磷酸酶、转化酶更是
从本质上反映了土壤中氮、碳、磷的转化强度, 以
及 pH和通透性等多种状态。
土壤酶活性的影响因素非常复杂, 包括自然因
素如土壤母质、水热条件、植被覆盖类型等, 人为
因素如土地利用类型、土壤耕作制度和管理方式等。
不同土地利用方式通过改变土地植被覆盖类型和土
壤性质(理化性状及生化性质)进而影响土壤酶活性。
国内外关于这方面的研究很多[1-8], 有些研究结果表
明 ,不同植被覆盖和土地管理措施都会影响土壤酶
的空间变异和活性变化。但这些研究有些是在不同
土类间进行的, 虽然处理间差异显著, 但无法确定
土壤酶活性产生差异的原因是土壤类型不同还是植
被覆盖或土地管理方式不同[1−7]。李东坡等[8]研究了
不同施肥管理方式对黑土农田生态系统酶活性的影
响, 但并未涉及黑土自然植被恢复及休闲裸地(模拟
退化的黑土生态系统)中土壤酶活性的变化特征。本
研究基于中国科学院海伦农业生态试验站 22 年长
期定位试验, 在同一母质上发育形成的典型黑土上,
布设 3 种生态系统 5 种土地管理方式, 研究长期不
同土地利用方式下黑土酶活性的变化规律和主要影
响因子, 为进一步认识黑土肥力变化驱动因子和黑
土质量恢复重建提供科学依据, 并为黑土的可持续
利用提供生物学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
中国科学院海伦农业生态实验站地处我国东北
黑土区的中心海伦市 , 北纬 47˚27΄, 东经 126˚41΄,
海拔高度 240 m, 年平均气温 1.5 ℃。年降水量
500~600 mm, 年日照时数 2 600~2 800 h, 无霜期为
130 d左右。供试土壤为黄土状亚黏土母质上发育的
中厚黑土, 试验前土壤有机质含量为 46.90 g·kg−1,
土壤容重为 0.95 g·cm−3。
1.2 试验设计
试验始于 1985年, 试验设 3种生态系统 5个处
理: 即休闲裸地(Bare Land, BL), 模拟退化的黑土生
态系统; 草地植被自然恢复(Glass Land, GL), 模拟
草原植被自然生态系统 ; 农田生态系统分为无肥
(Zero Fertilizer, ZF )、化肥(Nitrogen+Phosphorus, NP )
和化肥＋有机肥(NP+Manure, NPM )3个处理。作物
种植方式为小麦-大豆-玉米轮作, 代表当地的栽培
模式 , 每年 1 季作物。施肥量如下 : N 小麦 120
kg·hm−2, 玉米 150 kg·hm−2, 大豆 32.3 kg·hm−2; P
小麦 24 kg·hm−2, 玉米 32.75 kg·hm−2, 大豆 36
kg·hm−2; 有机肥小麦 15 000 kg·hm−2, 玉米 15 000
kg·hm−2, 大豆 30 000 kg·hm−2, 有机肥为腐熟猪粪
(含 N 22.1 g·kg−1、P 2.6 g·kg−1、K 2.4 g·kg−1 )。
试验采用多点混合采样法采集 0~20 cm 耕层土样,
采样时间分别为 2007年 4月 26日和 7月 16日, 前
茬作物为大豆, 当季作物为玉米。
1.3 研究方法
土壤脲酶用奈氏比色法测定, 37 ℃培养 24 h;
磷酸酶用苯磷酸二钠法测定, 37 ℃培养 12 h; 转化
酶用 3,5-二硝基水杨酸比色法测定 , 37 ℃培养
12 h[9]; 土壤养分采用常规方法测定 [10]; 土壤全碳
含量采用 VarioEL III型元素分析仪测定。
1.4 数据统计分析
采用 Excel 2000和 DPS v 3.01专业版对试验数
据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同土地利用方式对黑土脲酶活性的影响
脲酶是一种专性较强的酶, 它能酶促酰胺态有
机氮化物水解转化为植物可直接吸收利用的无机氮
化物 , 在某些方面可反映土壤的供氮水平与能
力[11]。4 月份采集的黑土处于融冻期, 土壤温度在
−1~5 ℃, 微生物和根系活动弱, 此时土壤酶活性更
多的受土壤属性的影响, 能比较真实地反映长期不
同土地利用方式下黑土的脲酶活性变化。由图 1 可
知, 4 月份黑土脲酶活性普遍较低。裸地黑土在 22
年来长期不施肥、无植被覆盖、无有机质输入的情
况下, 脲酶活性低于其他处理。裸地、草地和无肥
处理均无肥料施用, 脲酶活性的变化是长期不同覆
盖方式引起的。与裸地相比无肥处理脲酶活性增加
1.95%, 差异不显著, 表明在无肥料施用无有机质输
入的条件下, 长期种植农作物不能显著改变黑土脲
酶活性。草地与裸地相比, 脲酶活性增加 24.66%,
达 P<1%水平, 表明退耕还草使有机质的输入增加,
改善了土壤理化性状, 增加了土壤脲酶活性; 草地
植被和农作物覆盖对土壤中脲酶活性的影响不同 ,
自然植被恢复更有利于土壤肥力的提高。在农田生
态系统中, 施肥处理对黑土脲酶活性产生极显著影
响(P<1%)。长期施用化肥黑土脲酶活性比无肥处理
增加 30.90%, 表明施用化肥特别是氮肥后, 土壤脲
酶受到底物的刺激活性增加。长期施用化肥+猪粪分
别比无肥处理和化肥处理脲酶活性高 82.73%和
39.60%, 猪粪是良好的脲酶激活剂 [9], 猪粪的施用
大幅度增加了土壤脲酶活性。化肥配施猪粪与草地
相比, 脲酶活性增加 49.44%, 表明长期施用的化肥
N 与猪粪 N 在黑土中的积累, 比草原植被残体对土
第 2期 侯雪莹等: 土地利用方式对黑土酶活性的影响 217



图 1 不同土地利用和农田施肥方式对土壤脲酶活性
的影响
Fig.1 Effect of land use types and fertilization models of
cropping system on urease activity
不同大写字母表示 P<0.01极显著水平, 不同小写字母表示
P<0.05显著水平(Duncan’s)。下同。Different capitals in the figure
show significant difference at P < 0.01, different small letters show
significant difference at P < 0.05.The same below.

壤脲酶的激发效应大。
7 月份土壤脲酶活性比 4 月份增加 34.56%~
70.90%。7月份植物处于旺盛生长期, 植物可通过根
系的机械作用改变土壤的物理特性, 通过根系分泌
物、凋落物以及植被覆盖, 直接或间接地影响到土
壤理化性状和生物学特征[12]。7月份, 裸地土壤中无
作物生长, 脲酶活性的增加来源于土壤微生物活动
和土壤温度、水分变化对脲酶活性的影响。其他 4
种土壤, 除上述原因外, 植物根系生长及其对微生
物的影响是导致脲酶活性产生较大变化的主要原
因。无肥处理、草地和裸地土壤均无化肥施用, 无
肥处理和草地中脲酶活性的增加, 一部分是土壤中
积累酶引起的, 一部分是由当季植物根系和土壤微
生物活动释放的胞外酶引起的。化肥与无肥处理相
比, 土壤脲酶活性增加 38.62%, 而化肥配施猪粪比
单施化肥土壤脲酶活性显著增加, 通过测定作物的
生物量发现 , 施用化肥比无肥处理总生物量增加
43.73%, NPM处理比化肥处理增加 65.49%。可见化
肥和有机肥促进作物的生长 , 增加土壤酶的底物 ,
从而增加了土壤脲酶活性。草地比化肥处理脲酶活
性增加 10.64%, 表明自然生态恢复比单施化肥更有
利于土壤脲酶活性的增加。
2.2 不同土地利用方式对黑土转化酶活性的影响
转化酶是一种可以把土壤中蔗糖分解成能被植
物和土壤微生物吸收利用的葡萄糖和果糖的水解酶,
为土壤生物体提供充分能源, 其活性反映了土壤有
机碳累积与分解转化的规律。图 2表明, 4月份裸地
土壤无新鲜有机质的输入 , 土壤转化酶活性较低 ;
无肥处理比裸地土壤增加了根系分泌物和部分植物
凋落物, 土壤转化酶增加 3.59%, 差异不显著; 草地
比无肥处理土壤转化酶活性增加 29.56%, 差异达极
显著水平(P<0.01), 比 NPM 处理和 NP 处理分别增
加 10.20%和 21.38%, 差异均达到极显著水平
(P<0.01), 可见经过自然植被恢复后土壤转化酶活
性显著提高。长期施用化肥处理比无肥处理转化酶
活性增加 3.15%, 差异不显著, 长期有机无机肥料
配施比单施化肥处理转化酶活性增加 10.14%, 差异
达显著水平(P<0.01), 表明农田生态系统增施有机
肥能显著提高黑土转化酶活性。草地生态系统比农
田生态系统施肥处理更有利于黑土转化酶活性的提
高, 差异达极显著水平(P<1%)。
7 月份土壤转化酶活性比 4 月份有大幅度增加,
增幅为 37.10%~141.70%。7 月份无肥处理比裸地土
壤转化酶活性增加 4.79%, 表明作物的生长会增加
黑土转化酶活性; 化肥处理比无肥处理增加 14.10%,
说明施肥也会促进黑土转化酶活性的提高; 有机无
机肥料配施比单施化肥处理增加 12.72%, 表明有机
物料的输入大幅度增加了土壤转化酶活性。草地的
转化酶活性在 5种处理中最高, 比 NPM处理转化酶
活性增加 70.43%, 说明土壤经过自然恢复后, 转化
酶活性有显著提高。草原土壤的微生物量碳往往大
于耕地土壤[13], 高锰酸钾易氧化有机质也为草地土
壤>耕地土壤 , 这是导致草地土壤转化酶活性高于
NPM 处理的原因之一。周礼恺[11]认为转化酶活性
更多的取决于有机质的类型。Pancholy 等 [14]发现
土壤有机质类型对土壤转化酶、纤维素酶和淀粉
酶活性的影响远远大于有机质数量的影响。Bandick
等 [4]的研究也表明不同植被覆盖影响特殊的土壤酶
活性。

图 2 不同土地利用和农田施肥方式对土壤转化酶活性
的影响
Fig. 2 Effect of land use types and fertilization models
of cropping system on invertase activity

2.3 不同土地利用方式对黑土磷酸酶活性的影响
土壤磷酸酶可促使土壤有机磷的矿化与分解 ,
有助于植物对磷的吸收, 磷酸酶活性可作为土壤供
磷能力的重要指标之一。4月采集的土样磷酸酶活性
218 中国生态农业学报 2009 第 17卷


顺序为 GL>NPM>NP>ZF>BL(图 3)。裸地土壤 22年
来无有机质输入土壤, 土壤有机磷(773.3 mg·kg−1)
含量较低, 土壤中磷酸酶活性相对较低。草地、裸
地和无肥处理均无磷肥施用, 但无肥处理比裸地磷
酸酶活性提高 6.48%, 草地比无肥处理磷酸酶活性
提高 25.94%, 表明长期不同植被覆盖使土壤的理化
性状发生了改变, 进而促进黑土磷酸酶活性发生相
应变化, 退耕还草比农作物覆盖更有利于提高黑土
磷酸酶活性。长期施用化肥比无肥处理磷酸酶活性
增加 7.06%, 长期施用化肥基础上增施有机肥比单
施化肥磷酸酶活性增加 9.14%, 差异达显著水平
(P<5%), 表明磷肥的长期施用, 特别是有机无机肥
配施, 对黑土磷酸酶活性的提高有显著促进作用。
草地比 NPM处理磷酸酶活性增加 7.79%, 可见草地
进入土壤的有机质比猪粪更有利于黑土磷酸酶活性
的提高。自然植被恢复和增施有机肥比减少有机物
料施用和化肥处理土壤磷酸酶活性增加 [1], 连续的
草原植被因减少耕作[1,4]和长期根系活动[7]而比农田
土壤具有更高的土壤磷酸酶活性。

图 3 不同土地利用和农田施肥方式对土壤磷酸酶活性
的影响
Fig.3 Effect of land use types and fertilization models of
cropping system on phospatase activity

根系和土壤微生物活动均释放磷酸酶, 使土壤
磷酸酶活性有大幅度的增加, 7月与 4月相比, 黑土
磷酸酶活性增幅为 34.30% ~ 41.12%。7月份土样无
肥处理磷酸酶活性比裸地极显著提高, 可见当季植
被覆盖对土壤磷酸酶活性产生了显著影响。草地磷
酸酶活性比无肥处理增加 25.12%, 较 4 月的草地比
无肥处理的增幅(25.94%)略有降低 , 表明种植作物
有减小农田生态系统与自然草原生态系统黑土磷酸
酶活性差异的趋势。化肥处理比无肥处理转化磷酸
酶活性增加 8.64%, 有机无机肥料配施比单施化肥
处理磷酸酶活性增加 11.43%, 差异达极显著水平
(P<1%), 可见有机质的输入增加了土壤磷酸酶的活
性, 有机肥料一方面提高了土壤磷酸酶活性, 同时
在有机物质分解过程中产生分子量不同的有机酸 ,
具有改善土壤磷素营养状况的功能。
2.4 土壤酶活性与土壤养分的相关关系
由表 1 可知, 黑土脲酶活性受土壤全氮含量的
影响大于受土壤有机碳含量的影响。7 月份黑土脲
酶活性更能表征土壤全氮和有机碳含量。土壤全氮
含量对黑土脲酶活性的影响大于土壤有机质的
影响。
土地利用方式对土壤有机质和活性有机质各组
分的影响差异显著[4,14,15], 7 月和 4 月采集的土壤样
品黑土转化酶活性与土壤易氧化有机碳含量 (333
mmol·L−1 KMnO4 氧化提取)呈显著和极显著正相
关(表 1), 表明黑土转化酶活性对土地利用方式变化
反映更为敏感。退耕还草和增施有机肥可提高黑土
转化酶活性, 提高土壤肥力, 使土壤质量向健康方
向发展。
5 种处理黑土磷酸酶活性与土壤有机碳、土壤
易氧化有机碳均呈极显著正相关(表 1); 与土壤全氮
含量呈显著和极显著正相关; 与土壤全磷和有机磷
含量相关性并未达显著水平, 说明黑土磷酸酶活性
受土壤碳氮的影响大于底物的刺激。
3 小结
不同土地利用方式下黑土脲酶、转化酶、磷酸
酶活性有显著差异, 3种农田施肥方式中, 化肥和有

表 1 土壤酶活性与土壤养分的相关性
Tab.1 Relationship between enzyme activity and the content of soil nutrients
土壤酶活性
Soil enzyme activity
采样日期(月-日)
Samping date
(month-day)
全碳
Total C
全氮
Total N
活性有机碳
Active organic C
有机磷
Organic P
04-26 0.71 0.85* 0.87* 0.79 脲酶活性 Urease activity
07-16 0.88* 0.95** 0.67 0.95**
04-26 0.94** 0.84* 0.91* 0.16 转化酶活性 Invertase activity
07-16 0.88* 0.62 0.97** 0.47
04-26 0.97** 0.89* 0.98** 0.59 磷酸酶活性 Phosphatase activity
07-16 0.98** 0.97** 0.99** 0.69
* P < 0.05 水平上相关性显著; ** P < 0.01 水平上相关性显著。* Significant at P < 0.05; ** Significant at P < 0.01.
第 2期 侯雪莹等: 土地利用方式对黑土酶活性的影响 219


机肥均较无肥处理酶活性增加, 特别是有机肥处理,
使土壤酶活性显著增加。土壤脲酶、磷酸酶和转化
酶活性能较好地反映土壤肥力水平, 磷酸酶和转化
酶活性对土壤有机碳、活性有机碳含量变化反映更
为敏感。自然植被恢复使黑土酶活性显著增加; 通
过自然植被恢复和增施有机肥可增加黑土酶活性 ,
从而改变土壤肥力, 达到培肥地力, 改善土壤质量
的目的, 也表明土壤酶活性可作为指示黑土肥力的
敏感性指标。草地处理比农田土壤黑土磷酸酶和转
化酶活性明显增加, 表明不同有机质种类对不同黑
土酶活性的保护机制并不相同, 土壤有机质种类对
不同黑土酶活性的激发效应也不同, 黑土磷酸酶活
性主要受土壤全氮含量控制, 不同土地利用方式对
土壤酶活性的影响更为明显和突出。土壤-植物交互
体系中土壤酶活性的研究, 有利于进一步揭示不同
植被覆盖和生态系统对土壤肥力的影响。
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