全 文 ：豆科牧草根际土壤脲酶活性的研究 倡
　 　 倡 沣山西省自然科学基金项目（９９１１０２）和山西农业大学科技创新基金项目（２００２１０）资助
收稿日期 ：２００５唱１０唱１２ 　 改回日期 ：２００５唱１２唱１６
杜天庆 　苗果园
（山西农业大学农学院 　太谷 　 ０３０８０１）
摘 　要 　研究结果表明 ：土壤脲酶活性与养分含量呈极显著相关 ，可作为评价土壤肥力的生物学指标 ；脲酶活性的
垂直分布随土层深度而递减 ；土壤脲酶活性数量随作物生长与根系生物量的增强而增加 ，与土壤微生物数量显著相
关 ；根际土壤脲酶活性高于近根际土壤 ；不同种类豆科牧草 ，根际土壤脲酶活性存在明显差异 。深根豆科牧草苜蓿 、
草木樨可留给深层土壤大量根系残留物 ，从而有利于提高土壤深层脲酶活性与综合供肥能力 。
关键词 　豆科牧草 　根际土壤 　脲酶活性
Studies on urease activities of rhziosphere soil of legume ．DU Tian唱Qing ，MIAO Guo 唱Yuan（College of Agriculture ，Shanxi
Agricultural University ，Taigu ０３０８０１ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（１） ：２５ ～ ２７
Abstract 　 The research shows that soil urease activities are significantly correlated to the nutrition content ，which can be
used as the biological index to evaluate the soil fertility ．Urease activity decreases gradually as soil becomes deep ；soil urease
activity amount increases as crop grows and root amount strengthens ，which is significantly correlative to the amount of soil
microbe ．Soil urease activity of rhizosphere is higher than that of non唱rhizosphere ；soil urease activity of rhizosphere is appar唱
ently different in different kinds of Leguminosae herbage ．Leguminosae herbage with deep roots such as alfalfa and sweet
clover ，leaves the deep soil plenty of root residue ，which helps to improve the urease activity and soil fertilily of deep soil ．
Key words 　 Leguminosae herbage ，Rhizosphere soil ，Urease activity
（Received Oct ．１２ ，２００５ ；revised Dec ．１６ ，２００５）
　 　我国土地资源严重不足 ，随着人口增加 ，黄土高原丘陵 、沟壑地区每年都要不断进行里切外整 、平沟造
田 ，生土露表是不可避免的现象［１］ ；山西是个煤炭大省 ，矿区废弃地的复恳 、变弃地为农用是当前面临的一
个主要问题［２］ 。目前单纯大量施用化肥所带来的土壤有机质含量低 、环境污染 、农产品质量下降和植物病
虫害加剧等一系列问题已日益引起人们的重视［３］ 。豆科植物在改良土壤肥力 、保持水土方面功能显著［４］ 。
据 Richardson［６］研究 ，美国西部不需增施石灰和化肥的矿化土壤种植苜蓿有利于植被恢复 ；美国亚利桑那州
开垦的矿山植被恢复研究表明 ，苜蓿能在矿区土壤上种植且表现良好 ；我国运粮河沿岸退化草地的试验表
明 ，新疆大叶苜蓿极强的耐牧性和固 N能力能使退化草地得以改良和利用［５］ 。目前有关苜蓿改土肥田的研
究较多 ，而对有关其他豆科牧草改土培肥的研究则较少 。本研究选择 ４种豆科牧草为研究对象 ，探讨其根际
土壤脲酶活性的差异 ，为生土地土壤改良 ，降低 N 肥使用量 ，加快生土熟化 ，改善生态环境提供依据 。
1 　试验材料与方法
　 　供试植物为红三叶 （ T rifolium pratense L ．） 、小冠花 （Coronilla v aria L ．） 、草木樨 （Melilotus albus
Desr ．）和苜蓿（Medicago sativ a L ．） 。试验于 ２００３ ～ ２００４年在山西农业大学农场进行 。生土苜蓿试验采用
土柱根管 ，根管为纵剖两半再对合加固而成的硬质塑料管 ，直径 ２０cm ，长 ３m ，立于 ３ ～ ４m 的根室中 ，调查取
样时打开根管 ，根土即暴露于外 。为排除耕作土壤肥力不均的干扰 ，本试验根管用土取自地表 ３m 以下的生
土 ，加蛭石及细沙 ，按体积比 ３∶１∶１充分混匀 。于 ２００４年盛花期取样 ３管进行相关指标的测定 。熟土试验
采用大田种植 ，单因子随机区组设计 ，设红三叶 、小冠花 、草木樨和苜蓿 ４个处理 ，５次重复 ，共 ２０个小区 ，小
区面积 ３m × ２m 。分别于 ２００３年苗期 、盛花期 、越冬前和 ２００４年的返青期 、始花期和盛花期 ６次取样 ，每次
第 １５ 儍卷第 １期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 换　 No ．１
２ ０ ０ ７ 乔年 １ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture Jan ．，　 ２００７ 後
每种牧草各取 ３点土样进行脲酶活性的测定 。
2 　结果与分析
2畅1 　豆科牧草根际不同土层土壤脲酶活性的差异（熟土）
表 1 　越冬前不同土层土壤脲酶活性的垂直差异 倡
Tab ．１ 　 Vertical difference of soil urease activity in different layers before winter
土层／cm 脲酶活性／mg·１００ g － １·d － １ Urease activities
Soil layers 　 　 　 　 　 　 　 冠下 Under canopy 行间 Between the lines 　 　
红三叶 草木樨 　 　 小冠花 苜蓿 红三叶 草木樨 小冠花 苜蓿
Red clover Sweet clove 　 　 Coronilla Alfalfa Red clover Sweet clove Coronilla Alfalfa
０ }～ ２０ ６９ ǐ畅０５A ６９ 殚畅７４A ６２ 畅６３A ６９ e畅１９A ６５ ＃畅６６A ６５ 父畅８２A ６４ 屯畅０６A ６５ 舷畅８０A
２０ }～ ４０ ６３ ǐ畅７１B ６５ 殚畅８０B ６２ 畅３５A ６４ e畅０６B ６２ ＃畅２２B ６３ 父畅９３AB ６２ 屯畅０９A ６３ 舷畅６７B
４０ }～ ６０ ６１ ǐ畅４４C ６３ 殚畅１２C ５９ 畅６４A ６２ e畅８８B ６０ ＃畅５４B ６１ 父畅８３B ５５ 屯畅８６B ６０ 舷畅５４C
６０ }～ ８０ ５１ ǐ畅８５D ６２ 殚畅６２CD ５０ 畅６６B ５２ e畅３２C ３６ ＃畅１１C ５４ 父畅８７C ２６ 屯畅１１C ５０ 舷畅０７D
８０ }～ １００ ４０ ǐ畅９８E ６０ 殚畅５４D ２４ 畅６６C ４４ e畅５８D １９ ＃畅５５D ４０ 父畅７７D １９ 屯畅１７D ３８ 舷畅８７E
总 　 和 ２８７ ǐ畅０３ ３２１ 殚畅８２ ２５９ 畅９４ ２９３ e畅０３ ２４４ ＃畅０８ ２８７ 父畅２２ ２２７ 屯畅２９ ２７８ 舷畅９５
平均数 ５７ ǐ畅４１ ６４ 殚畅３６ ５１ 畅９９ ５８ e畅６１ ４８ ＃畅８２ ５７ 父畅４４ ４５ 屯畅４６ ５５ 舷畅７９
　 　 倡 同列不同字母间差异达 ０畅０１ 显著水平 ，下同 。
　 　由于供试牧草皆为多年生 ，种植 １季后于越冬前（１１月 ５日）对 ４种牧草进行了脲酶活性土壤垂直分布
的测定（见表 １） ，结果表明 ：冠下红三叶 ０ ～ １００cm各土层土壤脲酶活性间均达到显著差异水平 ；草木樨 ０ ～
６０cm土层间土壤脲酶活性差异明显 ，但 ６０ ～ ８０cm 及 ８０ ～ １００cm 间差异不明显 ；小冠花 ０ ～ ６０cm 土层土壤
脲酶活性垂直差异不显著 ，６０ ～ ８０cm以下差异显著 ；苜蓿 ２０ ～ ６０cm 之间的两层土壤脲酶活性差异不显著 。
行间不同土层脲酶活性差异基本上近似于冠下 。不论冠下与行间 ，４种豆科牧草共同特点是从 ６０cm以下土
层土壤脲酶活性明显下降 ，一般都达到 １０ 个单位左右 ，行间下降更为明显 ，尤其是红三叶和小冠花下降近
２０ ～ ３０个单位 。 ４种豆科牧草中小冠花由于根系分枝性强 ，地上部叶节具有强大的触地生根现象 ，因而上
图 1 　 4种豆科牧草土壤脲酶活性变化曲线Fig ．１ 　 Change curve of soil urease activity of four
Leguminosae herbages
层根系多而密集 ，行间分布也多 ，故冠下脲酶活性在 ０ ～ ６０cm
各层间差异不显著 ，甚至行间 ０ ～ ４０cm 两层间差异也不显著 ，
这与小冠花根系的横向生长特点是密切联系的 。 ４种 ２年生豆
科牧草冠下与行间总脲酶活性之间也存在差异 ，但差异不显著 。
由表 １还可看出 ，４ 种豆科牧草越冬前根际与近根际土壤脲酶
活性的差异表现一致 ，均为草木樨 ＞苜蓿 ＞红三叶 ＞小冠花 。
2畅2 　豆科牧草跨年度间土壤脲酶活性消长规律（熟土）
　 　图 １为 ４种多年生豆科牧草跨年度间土壤脲酶活性的消长
规律 ，图 １表明 ４种豆科牧草在各生育时期土壤脲酶活性变化
规律基本相同 ，表现在盛花期脲酶活性达到最大 ，之后有所下
降 ，一直到返青期降至最低值 ；返青后随温度的回升与作物生长
的加强 ，脲酶活性逐渐升高 ，到盛花期脲酶活性再达峰值 。 ４种豆
科牧草土壤脲酶活性的高低为草木樨 ＞苜蓿 ＞红三叶 ＞小冠花 。
2畅3 　苜蓿盛花期根量 、微生物量 、脲酶活性以及土壤肥力的垂直变化（生土）
表 2 　苜蓿盛花期根量 、微生物量 、脲酶活性及肥力垂直变化的比较 倡
Tab畅２ 　 Comparision of root weight ，amount of microbe ，urease activity and vertical change of fertility in full blossom of alfalfa
土层／cm 根干物质量／g 微生物量／万个·g －１ 殚（干土） 脲酶／mg·１００ 乙g － １·d － １ 有机质／g·kg － １ 忖碱解氮／mg·kg － １ `
Soil layers Root dry weight Amount of microbe Urease activity Organic matter Alkaline hydrolysis N
０ 墘～ ２０ ２６ �畅４４ ± １ 篌畅４０２A ２８２９ 亮畅６１ ± ９２A ３７ 烫畅７４ ± ２ 侣畅６５A １０ =畅９ ± ０ 畅１０A ７２ 湝畅８ ± ０ i畅９２A
２０ 墘～ ４０ ９ �畅９２ ± ０ 篌畅６２７B ２０３５ 亮畅４４ ± ５０B １７ 烫畅６３ ± ０ 侣畅９２B ８ =畅９ ± ０ 畅０６B ５７ 湝畅４ ± ０ i畅３７B
４０ 墘～ ６０ ７ �畅２７ ± ０ 篌畅５２３C ２０２５ 亮畅９２ ± ４０B １１ 烫畅４３ ± ０ 侣畅８３C ８ =畅４ ± ０ 畅０６C ５６ 湝畅０ ± ０ i畅８６B
６０ 墘～ ８０ ５ �畅６８ ± ０ 篌畅３５５CD １８０８ 亮畅２０ ± １６６B １１ 烫畅０２ ± １ 侣畅０６C ８ =畅２ ± ０ 畅１０CD ５３ 湝畅２ ± １ i畅０６C
２６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
续表
土层／cm 根干物质量／g 微生物量／万个·g －１ 殚（干土） 脲酶／mg·１００ 乙g － １·d － １ 有机质／g·kg － １ 忖碱解氮／mg·kg － １ `
Soil layers Root dry weight Amount of microbe Urease activity Organic matter Alkaline hydrolysis N
８０ 墘～ １００ ４ 舷畅６２ ± ０ 排畅１９７DE １２７３ 妹畅４９ ± ８４C ９ 灋畅８１ ± ０ 敂畅６１CD ７ 畅９ ± ０ 苘畅１０DE ５３畅２ ± ０ k畅２９C
１００ 墘～ １２０ ４ 舷畅３１ ± ０ 排畅１７６DE １１６０ 妹畅５６ ± ９８CD ８ 灋畅２５ ± ０ 敂畅３８CDE ７ 畅７ ± ０ 苘畅００E ４９畅７ ± ０ k畅３８D
１２０ 墘～ １４０ ４ 舷畅０４ ± ０ 排畅１５６DEF ９４７ 妹畅８８ ± ２３DE ７ 灋畅５３ ± ０ 敂畅２９DE ７ 畅３ ± ０ 苘畅１５F ４９畅０ ± ０ k畅２９D
１４０ 墘～ １６０ ３ 舷畅５５ ± ０ 排畅２４３EF ９４１ 妹畅４９ ± １３DE ８ 灋畅２３ ± ０ 敂畅４０DE ７ 畅３ ± ０ 苘畅１５F ４８畅３ ± ０ k畅４０D
１６０ 墘～ １８０ ２ 舷畅４５ ± ０ 排畅１８１FG ７６０ 妹畅６８ ± ２３E ７ 灋畅４３ ± ０ 敂畅３０DEF ７ 畅２ ± ０ 苘畅０６F ４６畅１ ± ０ k畅１２E
１８０ 墘～ ２００ １ 舷畅６９ ± ０ 排畅１９７G ７３６ 妹畅５３ ± １５EF ６ 灋畅７４ ± ０ 敂畅１５DEFG ７ 畅１ ± ０ 苘畅０６F ４４畅８ ± ０ k畅１５EF
２００ 墘～ ２２０ １ 舷畅６８ ± ０ 排畅１７２G ４８８ 妹畅７０ ± ４０FG ６ 灋畅６６ ± ０ 敂畅３３DEFG ６ 畅６ ± ０ 苘畅１５G ４４畅８ ± ０ k畅３３EF
２２０ 墘～ ２４０ １ 舷畅６３ ± ０ 排畅１４０G ３８１ 妹畅５３ ± ３１G ６ 灋畅１７ ± ０ 敂畅４１EFG 　 ６ 畅４ ± ０ 苘畅０６GH ４３畅４ ± ０ k畅３８FG
２４０ 墘～ ２６０ １ 舷畅４８ ± ０ 排畅０８３G ３２７ 妹畅６９ ± ３GH ５ 灋畅４９ ± ０ 敂畅２９EFG 　 ６ 畅４ ± ０ 苘畅００GH ４２畅０ ± ０ k畅４０GH
２６０ 墘～ ２８０ １ 舷畅４５ ± ０ 排畅７１０G １００ 妹畅７９ ± １１H ４ 灋畅７９ ± ０ 敂畅４１FG ６ 畅１ ± ０ 苘畅０６H ４２畅０ ± ０ k畅５３GH
２８０ 墘～ ３００ １ 舷畅０９ ± ０ 排畅１３０G １１９ 妹畅７８ ± １６H ３ 灋畅６６ ± ０ 敂畅３３G ６ 畅１ ± ０ 苘畅００H ４０畅６ ± ０ k畅６３H
　 　 倡 微生物量指细菌 、真菌和放线菌的总和 。
　 　表 ２是采用 ３m 根管种植
苜蓿 １ 年后在盛花期开管取
样 ，对不同层次根系生物量 、微
生物量 、脲酶活性 、有机质及碱
解氮含量的分析结果 ，表明所
有测定项目皆随土深呈垂直递
减的“T”型分布 。其中干物质
量 、微生物量 、脲酶量主要分
布在 ０ ～ ６０cm 处 ，但有机质与
碱解氮却近于均匀分布在整个
表 3 　苜蓿根干物质量 、土壤微生物量 、脲酶活性 、
有机质 、碱解氮垂直分布的相关测定
Tab ．３ 　 The vertical distribution摧s correlation to alfalfa摧s root weight ，soil
microbe amount ，urease activity ，organic matter and alkaline hydrolysis N
相关项目 根干物质量 微生物量 脲酶活性 有机质含量 碱解氮
Relevant project Root dry weight Microbe amount Urease activity Organic matter Alkaline hydrolysis N
根干物质量 － ０ 枛畅８５４ 倡 倡 ０ 栽畅９９４ 倡 倡 ０ 畅９３０ 倡 倡 ０ d畅９４９ 倡 倡
微 生 物 量 ０ X畅８５４ 倡 倡 － ０ 栽畅８５１ 倡 倡 ０ 畅９７６ 倡 倡 ０ d畅９６２ 倡 倡
脲 酶 活 性 ０ X畅９９４ 倡 倡 ０ 枛畅８５１ 倡 倡 － ０ 畅９３１ 倡 倡 ０ d畅９４５ 倡 倡
有机质含量 ０ X畅９３０ 倡 倡 ０ 枛畅９７６ 倡 倡 ０ 栽畅９３１ 倡 倡 － ０ d畅９９０ 倡 倡
碱 解 氮 ０ X畅９４９ 倡 倡 ０ 枛畅９６２ 倡 倡 ０ 栽畅９４５ 倡 倡 ０ 畅９９０ 倡 倡 －
　 　 倡 倡 表示极显著相关 。
３００cm 土层中 。表明种植 １年后苜蓿根系可在深层大量积累有机质及 N 素肥力 ，起到深层施肥的效果 。 ５
个观察指标垂直分布的相关测定（表 ３）表明 ，苜蓿根干物质量 、微生物量 、脲酶活性 、土壤有机质及碱解氮含
量的垂直分布之间均存在密切正相关关系 ，使土壤肥力因素结成网络状的依存互促联系 ，这对土壤有机肥
力的形成起到重要作用 。
3 　小结与讨论
　 　不同豆科牧草在不同生育时期根际土壤脲酶活性数量不同 ，这与当时的气温及作物生长的繁茂程度有
关 ，苗期根小 ，气温低 ，土壤脲酶活性数量低 ，随着生育期的后延 ，气温与作物根系生物量的增强 ，土壤脲酶
活性数量亦随之明显增加 。熟土地种植各种豆科牧草 ，根际土壤脲酶活性都显著高于生土地 ，表明土壤脲
酶活性与土壤肥力累积过程有关 。土壤脲酶活性高低是土壤肥力形成的重要指标 。土壤脲酶活性的垂直
分布是随土壤剖面深度的增加而逐渐降低 。草木樨 、苜蓿等多年生深根牧草作物起着固定和网络根区土壤
的作用 ，强大的深层根系有利于土壤深层养分的积累 ，起到深层施肥的作用 ，是加快生土熟化的有效措施 。
通过豆科牧草苜蓿 ０ ～ ３００cm土壤垂直层次根系生物量 、脲酶活性 、微生物 、有机质 、碱解氮的相关分析表
明 ，豆科牧草根系生物量与土壤有机肥力形成的各种因素关系密切 。该结果为黄土高原旱作地区传统的苜
蓿小麦轮作 、培肥土壤提供了理论依据 。
参 　考 　文 　献 h
１ 　 沣刘 　 京 ，常庆瑞 ，寇宝平 ，等 ．黄土丘陵沟壑区土壤资源及其改良利用 ．水土保持学报 ，２００２ ，１６（５） ：９７ ～ １００
２ 　 沣张发旺 ，韩占涛 ．矿区地表破坏的土地资源利用研究 ．地理学与国土研究 ，２００２ ，１８（４） ：５１ ～ ５３
３ 　 沣刘更另 ，李绪花 ，秦道珠 ．长期施用硫酸盐肥料对土壤性质和水稻生长的影响 ．中国农业科学 ，１９８９ ，２２（３） ：５０ ～ ５７
４ 　 沣牛书丽 ，蒋高明 ．豆科植物在中国草原生态系统中的地位及其生理生态研究 ．植物学通报 ，２００４ ，２１（１） ：９ ～ １８
５ 　 沣宿庆瑞 ．人工种草改良利用退化草地的试验研究 ．农业系统科学与综合研究 ，１９９８ ，１４（２） ：１１４ ～ １１６
６ 　 沣Richardson B ．Z畅Reclamation in the intermountain rocky mountain region ．Design of Non唱impounding Mine Waste Dumps ．New York ：Amer唱
ica Institute of Mining ，Metallurgical ，and Petroleum Engineers ，１９８５ ．１７７ ～ １９２
第 １ 媼期 杜天庆等 ：豆科牧草根际土壤脲酶活性的研究 ２７