长期不同施肥处理对华北潮土酶活性的影响

李芳，信秀丽，张丛志*，宁琪，赵金花，吴其聪，赵占辉，蔡太义，聂广森，张佳宝*

1. 河南粮食作物协同创新中心//小麦玉米作物学国家重点实验室//河南农业大学农学院，河南 郑州 450002；2. 封丘农田生态系统国家试验站//土壤与农业可持续发展国家重点实验室//中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008

长期不同施肥处理对华北潮土酶活性的影响

李芳1, 2，信秀丽2，张丛志2*，宁琪2，赵金花1, 2，吴其聪2，赵占辉2，蔡太义2，聂广森2，张佳宝2*

1. 河南粮食作物协同创新中心//小麦玉米作物学国家重点实验室//河南农业大学农学院，河南 郑州 450002；2. 封丘农田生态系统国家试验站//土壤与农业可持续发展国家重点实验室//中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008

摘要：酶活性作为土壤肥力监测的关键生物指标，可以灵敏地指示土壤性质的变化，我们研究了长期施肥对潮土酶活性的影响，以期为潮土地力培育提供理论依据。以两个长期定位施肥试验（郑州、封丘）为基础，测定不同施肥处理下耕层土壤（0～15 cm）过氧化氢酶、蛋白酶、脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性，探讨24～25年长期不同施肥对土壤酶活性的影响，并分析了各种酶活性以及酶活性与土壤养分间的相关关系。结果表明，（1）尽管两个试验地同为潮土，土壤酶活性的差异较大。郑州所有施肥处理对过氧化氢酶活性的影响均不显著（P>0.05），而封丘施氮钾肥处理过氧化氢酶活性较对照提高了58.3%。（2）在不施磷肥的处理下，氮钾比为1∶1时，NK肥处理的蛋白酶活性较对照提高119%，当氮钾比为2∶1时，NK肥处理的蛋白酶活性较对照降低20%。（3）不同施肥处理均有助于潮土脲酶活性的提高，以有机肥处理提高幅度最大，在郑州和封丘分别较对照提高了41.1%和106.4%。（4）长期施肥处理并没有显著提高土壤碱性磷酸酶活性，秸秆还田配施氮磷钾肥可显著提高碱性磷酸酶活性，较对照提高了133.5%。（5）郑州各施肥处理土壤转化酶活性较对照有显著提高，以氮钾肥处理提高幅度最小，为95.5%，秸秆还田处理提高幅度最大，为439%，封丘氮钾处理和有机肥处理的转化酶活性较对照有明显提高，提高幅度分别为81.3%和180%。（6）潮土脲酶与碱性磷酸酶、转化酶活性之间具有正相关关系，脲酶与转化酶活性分别与土壤有机质、全氮含量存在显著的正相关关系。总体来说，与单纯的施用化肥相比，添加有机肥和秸秆还田能使土壤酶活性处于较高水平，有利于土壤肥力的稳步提高；NK肥比例对土壤酶产生显著影响。

关键词：长期施肥；潮土；土壤酶活性；蛋白酶；脲酶；转化酶；碱性磷酸酶

引用格式：李芳，信秀丽，张丛志，宁琪，赵金花，吴其聪，赵占辉，蔡太义，聂广森，张佳宝. 长期不同施肥处理对华北潮土酶活性的影响[J]. 生态环境学报, 2015, 24(6): 984-991.

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土壤酶作为土壤组分中最活跃的有机成分之一（Marxa等，2001），参与土壤中各种化学反应和生物过程，与有机质的矿化分解、矿质营养元素循环、能量转移、土壤环境等密切相关（García等，2008；Yao等，2006）。它不仅可以表征土壤物质能量代谢旺盛程度、土壤微生物活性的高低，而且可以作为评价土壤肥力的重要参数（Bastida等，2008）。土壤酶活性易受施肥方式、耕作措施、土壤物理化学性质及气候年变化、季节变化等多种因素的影响，研究结果差异性较大，而长期定位试验能克服气候年际变化的影响（李娟，2009）。可靠性、稳定性使其在土壤酶活性研究中得到广泛应用（An等，2013；陈欢等，2014）。

有机肥养分丰富，为农作物的生长提供多种营养，但是有机质多数不能被植物直接利用，需要借助土壤微生物和土壤酶的降解作用。无机肥提供的养分可以被作物直接吸收利用，增产快，但是长期施用会造成土壤板结、土壤综合肥力下降等问题。土壤是一种类生物体，为了更好地进行土壤培肥，土壤生物化学指标势必引起重视。有机肥（鸡粪、牛粪）能显著增加土壤酶（淀粉酶、转化酶、脱氢酶）活性，提高土壤肥力（Bhoi和Mishra，2012），而长期施用无机肥对土壤酶活性的影响并不显著。不同类型的有机肥对土壤酶活性产生的影响也不同，原因在于不同有机肥刺激了不同种类的土壤微生物（Stumpe等，2012）。长期施用无机肥也会导致土壤细菌群落产生显著变化（Feng等，2015）。土壤酶与土壤微生物之间关系密切，研究表明，白浆土的脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性与微生物活动有直接关系；放线菌能释放降解腐殖质和木质素的过氧化氢酶、酯酶和氧化酶等，木霉属和腐霉属真菌增加了C、N、P循环有关的酸性和碱性磷酸酶、脲酶、β-葡聚糖酶、纤维素分解酶和几丁质酶活性（Naseby等，2000；汤树得，1982）。

我国属于土壤资源严重制约型国家，华北平原是我国粮食主要产区之一，其土壤肥力高低关系到小麦、玉米等粮食作物高产与否。潮土是华北平原主要土壤类型之一，该土壤有机质含量普遍较低且难以积累、砂粒含量高、土壤结构差、养分普遍缺乏，土壤肥力提升成为农业发展的重中之重。土壤酶活性与土壤肥力的关系十分密切，研究者已经对潮土C循环相关土壤酶活性作了深入系统的研究（Yu等，2012）。本文基于典型潮土区长达24～25年的田间定位试验，通过探讨土壤酶活的变化规律及其相关性，以期为华北潮土合理施肥、土壤培肥提供基础数据和理论支撑。

1　材料与方法

1.1国家潮土肥力和肥料效益长期监测站概况

国家潮土土壤肥力和肥料效益长期监测站（以下简称郑州试验站）于1990年在郑州建立，位于河南省农科院（34°47′N，113°40′E），成土母质为黄河冲积物，海拔59 m，地下水位50～80 cm（雨季）和150～200 cm（旱季）（韩玉竹等，2011）。地处暖温带，年平均气温14.4 ℃，年降水量640.9 mm。种植制为小麦-玉米轮作。施肥处理包括：秸秆还田配施氮磷钾肥（SNPK，2004年以前70%的氮由秸秆提供，2004年后就地秸秆还田，秸秆按提供50%的氮计算，剩余的氮由尿素补充）、有机肥配施氮磷钾肥（MNPK）、高氮量施肥（N3PK）、缺素施肥（NP、NK）、低氮量施肥（N1PK)、不施肥对照（CK）。小区面积400 m2，不设重复。玉米季施肥量N 188 kg·hm-2、P2O594 kg·hm-2、K2O 94 kg·hm-2；N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶0.5，磷钾肥一次性施入，氮肥按基追比5∶5施入，追肥时间为灌浆期；小麦季施肥量N 165 kg·hm-2、P2O582.5 kg·hm-2、K2O 82.5 kg·hm-2。N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶0.5，磷钾肥一次性施入，氮肥按基追比5:5施入，追肥时间为返青期。低氮量施肥处理磷钾肥不变，氮肥按120 kg·hm-2施入，基追比为5∶5。氮肥为尿素，含氮量45%；磷肥为过磷酸钙，P2O5为12.05%；钾肥为氯化钾，含60%的K2O；有机肥为牛粪，其用量按照N 82.5 kg·hm-2的量计算施入，剩余的氮素由尿素补充。

表1　长期试验地建立之初土壤pH及养分Table 1 Soil pH and nutrient contents at start of the long-term positioning fertilization experiments

1.2中国科学院封丘农田生态系统国家试验站概况

中国科学院封丘农田生态系统国家试验站（以下简称封丘试验站）建于1989年，位于河南封丘县中国科学院封丘农田生态系统试验站内（35°00′N，114°24′E），土壤为典型的华北潮土（耕层砂砾72.9%，粉粒17.5%，粘粒9.6%），来源于黄河冲积物。年平均气温为13.9 ℃，该地区属于半干旱半湿润的暖温风带季风气候区，年平均降水量为597 mm，57%集中在7─9月。农作物为冬小麦和夏玉米，种植制度24年间无改变。有6个施肥处理，每个处理4个重复，每个小区面积为9.5 m×5 m。分别为：有机肥（OM）、氮磷钾平衡施肥（NPK）、缺素施肥（NP、NK、PK）、不施肥对照（CK）。施肥量小麦玉米季相同，N 150 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1，氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，有机肥为由稻草、豆秸和棉籽壳（100∶40∶45）堆沤而成。其中磷钾肥一次性基肥施入，氮肥实施底肥加追肥的施肥方式，对于玉米栽培季，氮肥按基追比2∶3施入，追肥时间为灌浆期；对于小麦栽培季，氮肥按基追比3∶2施入，返青期追肥。氮肥为尿素，含氮为45.90%；磷肥为过磷酸钙，含P2O5为9.73%；钾肥为硫酸钾，含K2O为51.10%。有机肥的用量为2758 kg·hm-2，其中N 150 kg·hm-2、C 1164 kg·hm-2、P 22.3 kg·hm-2、K 53.8 kg·hm-2，磷钾含量用化肥补充到P2O575 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2水平。

建立试验地之初对两地土壤养分和酸碱性进行了测定并记录，如表1。

1.3样品的采集及测定方法

土壤样品均于2014年10月玉米收获后采集。每个小区用土钻在耕层（0～15 cm）分别按照“S”形取3个点，剔除根系和石块，混匀后过2 mm筛4 ℃保存供酶活性测试。

土壤理化性质测定：全氮采用凯氏定氮法（鲁如坤，1999）147-148，有效磷采用0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提-比色法（鲁如坤，1999）180-181，速效钾采用1 mol·L-1醋酸铵浸提火焰光度法（鲁如坤，1999）194-196，有机质采用重铬酸钾容量法（鲁如坤，1999）107-109，碱解氮采用碱解扩散法（鲁如坤，1999）150-152，pH采用电位法（鲁如坤，1999）13-14。

土壤酶活性测定：过氧化氢酶活性测定用高锰酸钾滴定法（关松荫，1986）328，脲酶活性测定用苯酚钠比色法（关松荫，1986）299-302，转化酶活性测定用3, 5-二硝基水杨酸比色法(关松荫，1986)280-281；蛋白酶活性测定用茚三酮比色法(关松荫，1986)307-309；碱性磷酸酶活性测定用磷酸苯二钠比色法（Tabatabai和Bremner，1969）。

1.4数据统计与分析

采用SPSS 17.0、GraphPad Prism 5.0软件进行数据分析。处理之间的显著性差异采用单因素方差分析评价，平均值多重比较采用最小显著极差法（LSD）。

2　结果

2.1长期施肥对潮土基本性质的影响

如表2所示，经过24年的定位施肥，郑州实验地土壤性质变化如下，酸碱性并没有显著改变（P>0.05），仅有N3PK处理土壤pH显著降低。缺素施肥处理土壤有机质含量较对照无显著提升，缺磷处理有机质含量较对照出现小幅度降低，N1PK、N3PK、MNPK、SNPK处理有机质含量显著提高，分别较对照提高了27.8%、31.3%、52.2%、46.9%。有机肥、秸秆还田处理和NK处理的全氮含量有明显提高，分别较对照提高了36.4%、49.1%、10.9%，其余施肥处理对土壤全氮含量无明显提高。所有施肥处理均未显著提高土壤有效磷含量（P>0.05）。NK、N1PK、SNPK处理速效钾含量得到显著提高，分别较对照提高了40.6%、50.0%、57.3%，其余施肥处理与对照无显著性差异。在封丘试验地，不同施肥处理均降低了土壤pH值，以有机肥处理降低的幅度最小。NP、NPK、OM处理显著提高了土壤有机质和全氮含量，有机质含量分别较对照提高了38.9%、42.6%和153.9%，全氮含量分别较对照提高了36.4%、30.3%、154.8%。除了缺磷处理外，所有的施肥处理均显著提高了土壤有效磷含量，以PK处理提高幅度最大，较对照提高了19倍。所有施用钾肥的处理和有机肥处理均显著提高了土壤速效钾含量，NK、PK处理提高幅度大，分别较对照提高了382.4%和345.3%；NPK和OM处理提高幅度小，分别较对照提高了100.3%和130.4%，NP处理显著降低了速效钾含量，较对照降低了25.8%。

表2　2014年试验地土壤pH及养分Table 2 Soil pH and nutrient contents in 2014

2.2长期施肥对潮土酶活性的影响

2.2.1长期施肥对潮土过氧化氢酶活性的影响

过氧化氢酶（Hydrogen peroxidase）又称触酶（Catalase），能催化过氧化氢分解为水和分子氧（朱铭莪，2011）。酶活力定义，用于滴定土壤滤液所消耗的0.02 mol·L-1高锰酸钾体积（mL）为B，用于滴定25 mL原始的过氧化氢混合液所消耗的高锰酸钾体积（mL）为A。(A-B)×T即为过氧化氢酶活性。以2 h后1 g土壤的0.1 N高锰酸钾的体积（mL）表示，T为高锰酸钾滴定度的校正值（关松荫，1986）328。如图1A所示，郑州试验站结果表明长期施肥对于土壤过氧化氢酶活性影响不显著，不同施肥处理之间无显著性差异。而在封丘试验站的测定结果为氮钾肥处理可以显著提高潮土过氧化氢酶活性，较对照提高了40.2%；而氮磷肥处理在一定程度上降低过氧化氢酶活性，该处理在郑州试验站和封丘试验站分别比对照处理降低了3.8%和20.8%，磷钾肥处理、氮磷钾肥处理、有机肥处理并没有显著地提高土壤过氧化氢酶活性。之前的研究也表明，过氧化氢酶活性受肥料类型的影响较小（邱现奎等，2010）。

2.2.2长期施肥对潮土蛋白酶活性的影响

土壤中蛋白酶是由于微生物活动、植物根系分泌和动植物残体分解而富集起来的一种胞外酶，可将复杂的蛋白类营养水解为氨基酸，参与土壤生物的氮素代谢，是促进土壤氮循环的重要组分（Kamimuray和Hayano，2000）。研究表明，氨基酸态氮可被植物吸收，并且在植物生长过程中扮演关键角色（袁伟等，2009）。酶活力定义：1 g土样在30 ℃和pH=7.4条件下，24 h水解酪素产生1 mg氨基酸为一个活力单位，以U·g-1表示（关松荫，1986）309。如图2，郑州试验站结果表明，与对照相比，磷钾肥处理的蛋白酶活性较对照提高了29%，而氮钾肥处理的蛋白酶活性较对照降低20%，其余施肥处理均促进蛋白酶活性的升高。封丘试验站的结果表明，与对照相比，各施肥处理均不同程度地促进蛋白酶活性提高，氮钾肥和有机肥处理，土壤蛋白酶活性分别较对照提高了119%和125%。在不施磷肥时，氮钾肥的比例不同，对蛋白酶的影响也存在差异，氮钾比为1∶1时可以有效促进潮土蛋白酶活性的提高，而氮钾比为2∶1时则对蛋白酶活性有一定的抑制作用。

图1　长期施肥对过氧化氢酶活性的影响Fig. 1 Effects of long-term fertilization on catalase activity

图2　长期施肥对潮土蛋白酶活性的影响Fig. 2 Effects of long-term fertilization on protease activity

2.2.3长期施肥对潮土脲酶活性的影响

脲酶是尿素胺基水解酶类的通称，它是作用于线型C-N键的水解酶，这种酶可催化尿素水解为二氧化碳和氨，在有机氮的矿化中起关键作用（Byrnes和Freney，1996）。在土壤酶中，脲酶是唯一对氮素肥料——尿素具有重大影响的酶（吴坤和张世敏，2004）。酶活力定义，以1 g土样在37 ℃和pH=6.7的条件下，24 h水解尿素产生1 mg NH3-N为一个酶活单位，用U·g-1表示（关松荫，1986）302。如图3所示，与对照相比，有机肥处理脲酶活性明显提高，在郑州试验站和封丘试验站分别较对照提高了41.1%和106.4%；封丘试验站中，NPK处理的脲酶活性较对照提高了64.2%。郑州试验站的研究结果证明，秸秆还田和单施化肥对土壤脲酶活性的提高不显著（P>0.05）。

图3　长期施肥对脲酶活性的影响Fig. 3 Effects of long-term fertilization on urease activity

图4　长期施肥对碱性磷酸酶活性的影响Fig. 4 Effects of long-term fertilization on alkaline phosphatase activity

图5　长期施肥对转化酶活性的影响Fig. 5 Effects of long-term fertilization on invertase activity

2.2.4长期施肥对潮土碱性磷酸酶活性的影响

磷酸酶是一类可催化酯酐酸水解的酶的通称，分为酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和中性磷酸酶，目前研究最多的是酸性磷酸酶，其次为碱性磷酸酶，中性磷酸酶活性最少，研究也最少（Ekenler和Tabatabal，2003）。有机磷占土壤总磷的30%～50%，土壤有机磷在磷酸酶酶促反应水解的作用下，可转化为植物能利用的形态（Sakurai等，2008）。本研究中土壤呈碱性，故测定了碱性磷酸酶活性。酶活力定义，以1g土样在37 ℃和pH=9.8的条件下，2 h后生成的1 mg P2O5为一个酶活单位，用U·g-1表示（关松荫，1986）302。如图4，在两个试验地区，不同施肥处理对潮土碱性磷酸酶活性的影响差异不显著（P>0.05），仅秸秆还田配合氮磷钾施肥处理与对照存在显著性差异，酶活较对照提高了133.5%。同时，缺乏磷肥的处理碱性磷酸酶活性最低，一方面是由于华北潮土本身就缺磷，增施氮肥钾肥使的磷肥更加相对缺乏，导致碱性磷酸酶活性降低（Zhao等，2013）。

2.2.5长期施肥对潮土转化酶活性的影响

转化酶又称蔗糖酶，是土壤中重要酶类，其活性主要与土壤有机质、氮磷含量、微生物数量及土壤呼吸强度有关（郭彦等，2014）。其活性以1 g土样在37 ℃和pH=5.5的条件下，24 h水解产生1 mg葡萄糖为一个酶活单位，用U·g-1表示（关松荫，1986）281。在郑州试验站的结果表明（图5A），各种施肥处理均可显著提高土壤转化酶活性，其中以秸秆还田处理转化酶活性最高，比不施肥对照高439%，缺磷处理酶活提高幅度最低，比不施肥对照提高了95.5%；在封丘试验站得到不同的结果（图5B），长期缺氮处理和氮磷钾施肥处理不能提高转化酶活性，氮钾肥处理和有机肥处理对转化酶活性有明显提高，与对照相比分别提高了81.3%、180%。在不施磷肥的处理中，氮钾肥比例对土壤转化酶活性有显著影响。

2.3潮土土壤酶活性相关性分析

在郑州试验站和封丘试验站的结果均表明，潮土土壤酶活性之间存在明显的相关关系（表2）。脲酶与转化酶、脲酶与碱性磷酸酶、转化酶与碱性磷酸酶之间的正相关关系均达到显著水平，这与前人研究结果一致（路怡青等，2013）。根据表2，郑州土壤蛋白酶与脲酶、碱性磷酸酶、转化酶存在正相关关系（P≤0.05）；而封丘土壤蛋白酶与脲酶、碱性磷酸酶、转化酶均存在负相关关系，但相关性均不显著（P>0.05）。由此可见，催化养分循环的几大酶系之间是相互紧密联系的，共同调控土壤的物质循环和生态循环平衡。

土壤酶与土壤基本性质相关性分析表明（表3），土壤脲酶、转化酶活性分别与土壤有机质、全氮含量正相关，相关性在两个试验地均达到显著水平。土壤脲酶活性与pH值之间存在负相关关系，在郑州试验地相关性显著，在封丘试验地相关性不显著（P=0.072）。碱性磷酸酶活性与有效钾含量之间存在正相关关系，在郑州试验地相关性显著，在封丘试验地相关性不显著（P=0.431）。过氧化氢酶与有效钾之间存在负相关关系，在封丘试验地相关性显著（P=0.012），在郑州试验地相关性不显著（P=0.834）。土壤蛋白酶活性与土壤性质之间相关性在两地存在较大差异，推测是由于施肥氮钾比例不同造成的。

表3　土壤酶活、pH与养分之间相关性分析Table 3 Correlation coefficients among soil enzyme activities、pH and nutrient contents

3　讨论

郑州试验站的土壤酶活性与封丘试验站土壤酶活性不同施肥处理之间存在较大差异，分析原因如下。首先，采样时两块试验地玉米秸秆均已砍伐并未运走，郑州试验站普遍有杂草生长，植物根系土壤酶活受到较大影响，而封丘长期试验站基本无杂草生长，土壤表面裸露在空气中。地上作物生长的不同时期，土壤脲酶、转化酶、碱性磷酸酶活性表现出显著的差异性（邱现奎等，2010；Zhao等，2013）。其次，本实验采用鲜土测量酶活，河南省农科院试验站各施肥处理含水量均在20%左右，各个施肥处理之间不存在显著性差异（P>0.05）；而封丘试验站各施肥处理含水量在15%左右，不同施肥处理之间不存在显著性差异（P>0.05）。含水量不同对土壤中空气含量产生较大影响，而土壤水、空气是土壤生物生存的重要环境条件，通过影响土壤生物进一步对土壤酶活产生影响（曹志平，2007P26）。施用的K肥种类不同，河南省农科院试验站钾肥采用氯化钾，氮钾比为2∶1，封丘试验站钾肥采用硫酸钾，氮钾比为1∶1。试验站初期基本养分数据说明，封丘试验站潮土在开始试验有机质含量很低，极度缺磷（有效磷），比较贫瘠，而郑州试验地的潮土有机质含量高，相对缺磷（有效磷）程度小，而两地全磷含量差异不大，原因是郑州试验地高的碱性磷酸酶活性促进了有效磷的产生。同时，郑州试验站钾含量低，施氮水平高于封丘试验站，封丘试验站土壤全钾含量高（表1），而且在后期施肥中施钾肥的量大也是造成这种差异的原因之一。

不同的氮钾肥比例可显著影响土壤酶活性。氮钾肥处理下，氮钾比为2∶1时，对土壤蛋白酶活性产生一定的抑制作用，对土壤转化酶活性的提高明显低于氮磷肥、磷钾肥处理；而当氮钾肥比为1∶1时，土壤蛋白酶活性比对照提高了119%，同样，对于土壤转化酶活性的提高作用大于其他化肥处理。在磷限制性水稻土长期试验中通过16s rRNA分析，NK和NPK处理（氮钾比接近1∶1）可以显著提高与N、C、P、S循环相关的基因多样性（Su等，2015）。研究表明，氮肥通过抑制酶活力和累积毒性化合物来减少微生物的活性，特别是腐生菌和菌根真菌（曹志平，2007）177。对于不同的土壤条件，氮钾肥的比例对于土壤环境具有重要影响。

增施有机肥可显著提高土壤脲酶、转化酶活性，这两种酶广泛存在于土壤中，为植物和土壤微生物提供简单的氮源和碳源（Antonious，2003）。长期施用有机肥可大幅度提高土壤中细菌、真菌和放线菌数量，明显提高土壤微生物活性和土壤酶活性，可以更好的培肥土壤（曹志平，2007）177。研究表明NPK肥的缺素施肥对于土壤转化酶活性只产生有限的影响，有机肥处理和氮磷钾平衡施肥处理C循环相关酶活性的提高主要是由于提高了土壤有机碳含量（Yu等，2012）。有机质的添加通过增加磷酸盐增溶细菌的多样性而提高了磷酸酶活性（Lee等，2003；Mandal等，2007；Yang等，2006），然而到目前为止，没有明确的证据证明产磷酸酶细菌多样性与土壤磷酸酶活性的相关关系（Sakurai，2008）。本实验中，不论在郑州试验站还是封丘试验站，有机肥的添加均未对土壤碱性磷酸酶产生显著影响，两地土壤基础磷含量都很低，磷肥的施肥量也都保持较低水平，而有机肥的加入，首先提高微生物活性，作为细胞膜重要组成物质，磷元素被大量消耗，在玉米收获后，新施入的磷被消耗殆尽，导致该取样时期磷酸酶活性的普遍较低。

秸秆还田配合氮磷钾平衡施肥显著提高了土壤碱性磷酸酶和转化酶酶活性，这与前人研究结果一致（路怡青等，2013；贾伟等，2008；Mandal，2007）。长期秸秆还田导致土壤中的纤维素、多糖含量较高，秸秆分解产生一定量的转化酶，在秋季秸秆还田处理转化酶活性明显升高（邹军等，2013）。在秸秆的早期分解中，真菌起主导作用，真菌的菌丝快速生长并且能在细胞间转移，比细菌更能适应枯枝落叶中较大的环境温度、湿度变化，可以通过植物细胞壁来摄取植物细胞内的碳水化合物，细菌在后期分解中起主导作用。微生物分泌到细胞外的酶可以和底物形成复合体或者被土壤粘粒和腐殖质吸附，保持较长时间的酶活，催化有机物的降解（曹志平，2007）143。

土壤酶作为土壤肥力的生物指标备受研究者的关注。由于来源广泛，土壤酶受多种因素的影响，如土壤理化性质、养分、土壤微生物、地表植物等。不同的施肥处理通过这些复杂的中间因素来影响土壤酶活，所以在酶活性研究上往往会出现一些相悖或相似的结果和观点。本实验中，相隔不到百里的两个试验地出现明显不同的结果，除了施肥措施外，我们正从土壤结构和粘土矿物差异两方面进行探索。

4　结论

与不施肥对照相比，长期施肥可提高多种土壤酶活性，为土壤微生物提供矿质营养，提高作物产量的同时，对于土壤培肥也有一定的作用。与单施化肥相比，添加有机肥和秸秆还田处理能使土壤酶活性处于较高水平，有利于土壤肥力的稳步提高。NK肥比例对土壤酶活性影响显著。氮钾肥为2∶1时，NK肥处理土壤蛋白酶活性降低20%，对土壤转化酶活性的提高幅度相对于其它化肥处理最低，而氮钾肥为1∶1时，NK肥处理土壤蛋白酶活性提高119%，对土壤转化酶活性的提高幅度相对于其他化肥处理最高。

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Soil Enzyme Levels in Fluvo-auic Soil with Different Long-term Fertilization in North China Plain

LI Fang, XIN xiuli, ZHANG Congzhi, NING qi, ZHAO jinhua, WU Qicong, ZHAO Zhanhui, CAI taiyi, NIE guangsen, ZHANG Jiabao
1. Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science, Agronomy College of Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Fengqiu national agro-ecosystem Experimental Station, State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Nanjing Institute of Soil Science, CAS, Nanjing 210008, China

Abstract:Soil enzyme activities, as an important biological indicator of soil fertility, can quickly reflect the change of soil properties. In order to improve the fertility of fluvo-auic soil, we assessed the effects of long-term fertilization on Soil enzyme activities. Based on two long-term fertilization experiments located in Zhengzhou and Fengqiu, the activities of urease, alkaline phospahtase, catalase, protease and invertase under different fertilization treatments in plough layer soil (0～15 cm) were investigated, as well as the correlations between soil enzyme activities and soil chemical properties were analyzed. The results showed that: (1) Although both of topsoil types at two field experiments were fluvo-auic soil, the effects of different fertilization on soil enzyme activities were very different. Soil catalase activities was not significant influenced by long-term fertilization in Zhengzhou, whereas NK fertilization increased the soil catalase activities by 58.3% compared with control in Fengqiu. (2) Without the application of phosphate fertilizer, protease activity increased by 119% compared with the control when the ratio of nitrogen and potassium was 1∶1; however, protease activity descended by 20% when the ratio was 2∶1. (3) Different fertilization was helpful for the urease enzyme activity, and the highest urease enzyme activity was found in organic compost treated soil, which increased by 41.1% and 106.4% in Zhengzhou and Fengqiu, respectively. (4) Long-term fertilization did not significantly increase the soil alkaline phosphatase activity, nevertheless the straw incorporated treatment dominantly induce the activity of alkaline phosphatase by the percent of 133.5% in comparison with that in the CK plots; (5) Invertase activity of all fertilization treated soil was improved in Zhengzhou, and the increase ranged 95.5% in the NK plots to 439% in straw incorporated fertilizer plots. In Fengqiu, compared to the control, NK,OM fertilization improved the invertase activity, 81.3%, 180% respectively. And (6) there was a positive correlation among urease activity, alkaline phosphatase activity and invertase activity, and urease activity and invertase activity positively related to soil organic matter and total N, respectivly. The result suggested that compost and straw application made the soil enzyme activity remain at a high level and contributed to improvement of soil fertility compared with mineral fertilization treatment, and the ratio of N/K exerted an significant influence on soil enzyme activity

Key words:long-term fertilization; loam soil; soil enzyme activities; catalase; protease; urease; invertase; alkaline phosphatase

收稿日期：2015-01-29

*通信作者：张丛志（1980年生），男，副研究员，博士，主要研究方向为农田土壤地力提升。E-mail: czzhang@issas.ac.cn 张佳宝（1957年生），男，研究员，博士，主要研究方向为农田生态系过程长期演变规律与地力提升机理。E-mail: jbzhang@issas.ac.cn

作者简介：李芳（1990年生），女，博士研究生，主要从事土壤结构形成的微生物响应机制等方面的研究。E-mail: lifang7108@163.com

基金项目：中国科学院战略性先导科技专项课题(XDB15030302，XDA0505050203)；国家重点基础研究发展计划（973计划）（2014CB954500，2011CB100506）；国家自然科学基金委员会面上基金项目(41471182)；中国科学院科技服务网络计划（KFJ-EW-STS-055-4），中国科学院知识创新工程项目（ISSASIP1118）

中图分类号：S154.2

文献标志码：A

文章编号：1674-5906（2015）06-0984-08

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.06.012