土壤酶的研究进展_刘善江
0引言
土壤酶作为土壤组分中最活跃的有机成分之一[1]，不仅可以表征土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标[2-4]。土壤酶参与土壤中各种化学反应和生物化学过程，与有机物质矿化分解、矿质营养元素循环、能量转移、环境质量等密切相关[5]，其活性不仅能反映出土壤微生物活性的高低，而且能表征土壤养分转化和运移能力的强弱，是评价土壤肥力的重要参数
之一[6]。土壤酶学特征已作为一种潜在的指标体系指示有关土壤质量[7]。自20世纪80年代中期，土壤酶学与土壤学、农学、林学、水土保持科学及植物营养学等各学科相互渗透，土壤各种酶活性、土壤微生物多样性以及微生物生物量等的多方面研究也愈来愈多[8]，土壤酶的研究范畴已涉及几乎所有的陆地生态系统。对于土壤酶的来源、作用及其影响因素的研究在土壤酶学的发展中具有重要作用。本研究综述了土壤酶的来源、作用及其影响因素，并展望了土壤酶学的发展前景。
土壤酶的研究进展
刘善江1，夏雪1,2，陈桂梅1，卯丹1，车升国3，李亚星1
（1北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京100097；
2
山东省东明县农业局，山东东明274500；3
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081）
摘要：通过分析、总结国内外土壤酶研究进展，研究土壤酶的来源、作用及其影响因素，展望土壤酶学的发展前景，有助于该学科研究的纵深发展与广泛利用。土壤酶主要来源于土壤微生物、土壤植物和动物。土壤酶是土壤有机体的代谢动力，在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演重要的角色。土壤酶是土壤质量的生物活性指标，可以用来评价土壤肥力。土壤酶活性与土壤养分、土壤微生物、植物、施肥和耕作等农业管理措施密切相关，另外农药和重金属污染也会对土壤酶产生影响。关键词：土壤酶；作用；影响因素中图分类号：X71
文献标志码：A
论文编号：2011-0787
Study Progress on Functions and Affecting Factors of Soil Enzymes
Liu Shanjiang 1,Xia Xue 1,2,Chen Guimei 1,Mao Dan 1,Che Shengguo 3,LiYaxing 1
(1Institute of Plant Nutrition and Resources ,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences ,
Beijing 100097;2Dongming Agricultural Bureau of Shandong Province ,
Dongming Shandong 274500;3Institute of Agricultural Resources and Regional Planning ,
Chinese Academy of Agricultural Sciences ,Beijing 100081)Abstract:In order to study the sources,functions and affecting factors of soil enzymes,prospect the
development of soil enzyme,soil enzyme research progresses at home and abroad were analyzed and
summarized.Soil enzymes are mainly from soil microbial activity,soil plants and animals.Soil enzymes are
metabolic power of soil organism,they play an important role in the material cycle and energy flows of the soil ecosystems.Soil enzymes are biological activity of soil quality and can evaluate soil fertility.Soil enzyme activities are significantly related to soil nutrients,soil animalcule,plants,fertilizer,farming and other
agricultural management practices,pesticides and heavy metals pollutions can also affect soil enzyme.Key words:soil enzymes;functions;affecting factors 基金项目：北京市科委“京产大宗农产品质量安全检测与监测科技支撑工程”课题（Z09090501040901）。
第一作者简介：刘善江，男，1965年出生，山东人，研究员，硕士，研究方向：土壤肥料与环境质量监测与评价。通信地址：100097北京市海淀区曙光花园中路9号北京市农林科学院植物营养与资源研究所，E-mail ：cheshg@https://www.360docs.net/doc/a21230413.html, 。收稿日期：2011-03-23，修回日期：2011-05-22。
中国农学通报2011,27(21):1-7
Chinese Agricultural Science
Bulletin
中国农学通报https://www.360docs.net/doc/a21230413.html,
1土壤酶的来源
土壤酶是一种具有生物催化能力和蛋白质性质的高分子活性物质。土壤酶主要来源于土壤微生物活动分泌、植物根系分泌和植物残体以及土壤动物区系分解。土壤微生物不仅数量巨大且繁殖快，能够向土壤中分泌释放土壤酶。1953年，Crewther与Lennox发现酶的释放是按照糖酶和磷酸酶，蛋白酶和醋酶，最后过氧化酶的顺序进行。另有研究发现，许多真菌和细菌能够向土壤中释放纤维素酶、果胶酶和淀粉酶等胞外酶[9]。真菌中的尖镰孢能产生脂肪酶[10]。库尔萨诺夫链霉菌可产生葡萄糖苷酶和壳多糖酶等具有水解功能的胞外酶[11]。大量的资料表明，许多微生物可以产生胞外酶，这也说明土壤微生物是土壤酶的一个重要来源。
植物根系的分泌释放是土壤酶的另一个重要来源。一些研究表明，植物根系不仅能够分泌释放淀粉酶，还能分泌出核酸酶和磷酸酶[12]。1993年，Siegel[13]发现小麦和西红柿等植物可以向土壤中释放出过氧化物酶。长期施用都市固体废物堆肥对土壤酶活性和微生物生物量影响的研究发现，植物根系的分泌物能够将糖类和氨基酸等养料提供给根际生物，从而间接增强了根际土壤的酶活性[14]。大量研究发现，植物根系的确能够分泌释放一些酶到根际土壤中，但以目前的研究技术很难将植物根系提供的酶和微生物提供的酶区准确分开。植物残体的分解也能继续释放土壤酶，但要定量植物残体分解过程中释放的酶还是很困难[15]。
另外，土壤动物区系也可以向土壤中释放酶类，但提供土壤酶的数量较少。1957年，Kiss[16]研究了蚯蚓对转化酶的影响指出，在草地和耕地的土壤表层，蚯蚓的排泄物对土壤转化酶活性的提高有最为明显的作用。有资料显示，除蚯蚓外，蚂蚁以及其他土壤动物，如软体动物、节肢动物等对也会释放出土壤酶[17]。目前，关于土壤动物提供土壤酶的数量这方面的研究还比较少。
2土壤酶的作用
土壤酶的主要作用体现在土壤质量的生物活性指标与土壤肥力的评价指标2个方面。
2.1土壤质量的生物活性指标
土壤酶能积极参与土壤中营养物质的循环，在土壤养分的循环代谢过程中起着重要的作用，是各种生化反应的催化剂。土壤酶活性与土壤生物数量、生物多样性密切相关，是土壤生物学活性的表现，可以作为土壤质量的整合生物活性指标[18]。土壤酶活性作为农业土壤质量的生物活性指标已被大量研究。有研究表明，农田的耕作方式会影响酶活性的高低，如土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性在单作方式下低于轮作方式。另外，不同土地利用类型的酶活性也会有不同的表现，如森林土壤磷酸单脂酶和β-葡萄糖甘酶活性高于农田。宋漳等[19]对杉木感染根线虫病后林地土壤微生物及生化活性的研究发现，林地各土层的土壤水解酶活性（蔗糖酶、脲酶和磷酸酶）在线虫侵染杉木后显著下降。土壤改良过程中应注意对各类凋落物的保护，凋落物在腐解过程中会向土壤中释放酶，从而增强土壤酶活性，这对于促进营养物质的循环代谢和提高有效养分具有重要意义。
2.2土壤肥力的评价指标
土壤酶活性是维持土壤肥力的一个潜在指标，它的高低反映了土壤养分转化的强弱。土壤酶学的研究与土壤肥力的研究联系非常紧密。有关研究表明，土壤过氧化氢酶、蔗糖酶活性可以用来评价土壤肥力的状况，土壤酶活性可以作为衡量土壤生物学活性及其生产力的指标。许多专家指出，土壤酶活性作为土壤肥力的评价指标是完全可能和可行的[20]。陈恩凤等[21]在土壤肥力实质研究中认为，土壤酶活性可以作为土壤肥力的辅助指标。土壤酶活性与土壤肥力有很大的关系。过氧化氢酶作为土壤中的氧化还原酶类，其活性可以表征土壤腐殖质化强度大小和有机质转化速度[22]。过氧化物酶在有机质氧化和腐殖质形成过程中起着重要作用。土壤蔗糖酶可以增加土壤中的易溶性营养物质，其活性与有机质的转化和呼吸强度有密切关系。土壤脲酶活性能够在一定程度上反映土壤的供氮能力。土壤磷酸酶是活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性。纤维素酶可以表征土壤碳素循环速度的重要指标。
酶的专性表现为酶专一地作用于某一种基质，反映与某类酶相关的土壤有机化合物转化进程。郑洪元等[23]认为，单独以酶活性单位作为肥力指标有一定的局限性。大量研究发现，许多酶均表现出专属性，因此个别土壤酶活性难以表征土壤肥力，而有共性关系酶的总体活性在一定程度上可以表征土壤肥力水平。不同土壤类型的酶活性差别也很大[24]，根据土壤类型确定酶活性群体作为土壤肥力的评价参数具有重要意义。
3影响土壤酶的因素
影响土壤酶活性的因素很多，诸如土壤理化性质、土壤生物区系、农业植被以及一些人为因素，其主要影响因素有土壤养分、土壤微生物、植物、施肥、耕作方
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式、农药与重金属等。3.1土壤养分
土壤微生物和植物根系能够产生大量的酶，其活动能力受到土壤养分的直接影响。因此，土壤酶活性的增强与土壤养分含量的提高有密切联系。土壤中有机质含量的数量比率虽然不高，但是它能够增强土壤的通气性和孔隙度，是土壤微生物和酶的有机载体，其组成和含量会对土壤酶的稳定性造成影响。不仅土壤有机质的存在状况和含量会显著影响土壤酶活性，土壤中氮、磷、钾等营养元素的形态和含量也都与土壤酶活性变化有关[25-26]。大量研究表明（见表1），土壤养分和土壤酶活性之间存在密切的关系。3.2土壤微生物
土壤酶的研究与土壤微生物研究密切相关。近年来，关于土壤微生物与土壤酶活性关系的研究报道也很多。许多研究表明，放线菌、真菌和细菌等是土壤酶的主要来源。根际土壤的阿维属细菌能够分泌释放漆酶。真菌木霉属和腐霉属可以增强砂壤土纤维素酶、脲酶、和磷酸酶活性，这些酶与C 、N 、P 等养分的循环有密切的关系。放线菌能够向土壤中释放氧化酶和醋酶，它们对腐殖质和木质素具有降解作用[34]。
许多研究揭示出土壤微生物和土壤酶之间存在相
关关系。2002年，Groffman 等研究表明土壤酶活性与土壤微生物活性、微生物生物量和土壤微生物数量等显著相关。土壤微生物活性与蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性有直接相关关系[35-36]。郭继勋等[37]研究了不同草原植被碱化草甸土的酶活性，结果表明，随着土壤微生物量的增加，纤维素酶、脲酶以及磷酸酶活性不断增强。土壤微生物生物量碳是土壤所有活微生物体中碳的总量，通常占微生物干物质的40%~50%，是重要的微生物学指标，也是土壤养分的灵敏指示剂。土壤微生物生物量氮是是土壤有效氮活性库的主要部分，其基础含量能够反映土壤肥力状况及土壤的供氮能力。沈宏等[38]通过盆栽试验研究表明，壤质褐土微生物生物量碳、氮与土壤氧化还原酶（过氧化氢酶）和水解酶（蔗糖酶、脲酶）活性均呈显著或极显著相关关系。Holt [39]在澳大利亚东北部研究发现，过度放牧会导致土壤微生物生物量碳降低，从而使肽酶、酰胺酶的活性也明显降低，结果表明，微生物生物量碳的含量会对土壤酶活性的高低产生影响。
丁菡等[40]研究了半干旱区土壤酶活性与其理化性质及微生物的关系，结果表明，土壤微生物含量与蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶有非常显著的相关性。Taylor 等[41]
运用各种技术比较了表层土和底层土的微生物数量与
表1土壤养分与土壤酶活性之间的关系
刘善江等：土壤酶的研究进展·
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酶活性关系，结果发现土壤微生物数量增加，磷酸单脂酶和脱氢酶活性增强。蔗糖酶活性对土壤微生物数量、土壤呼吸强度有直接依赖性。但也有一些研究得到了不同的结论，例如，胡海波等[42]对岩质海岸防护林土壤微生物数量及其酶活性和理化性质的关系进行了研究，结果表明，土壤微生物数量与酶活性的相关关系并不是十分密切。徐秋芳等[43]研究了有机肥对毛竹竹间及根区土壤生物化学性质的影响，认为土壤微生物与酶活性没有相关性。赵林森等[44]在杨槐混交林生长及土壤酶与肥力的相互关系的研究中发现，纤维素、淀粉酶与真菌、细菌数量正相关，而蔗糖酶活性与这2类菌无相关性。在低纬度处，脲酶与细菌和真菌均呈正相关，但在高纬度，它只与真菌的数目呈正相关，磷酸酶只有在低纬度处才表现出与真菌数目的相关性[45]。对于土壤酶活性与土壤微生物的相关性有着不同的提法，这也许是因为微生物种类繁多，作用方式各有不同，或是土壤酶来源广泛，不只是微生物，还源于其他动物或植物[46]，也可能是由于土壤酶活性与土壤微生物之间的相互作用还受到土壤理化性质、土壤类型、气候、施肥、种植制度等因素的影响。
总体来说，土壤微生物与土壤酶的来源和活性的关系研究对于土壤酶学的研究和发展具有重要意义，利用先进研究技术研究微生物与酶活性的相关性，揭示土壤酶来源、性质和功能，是土壤酶未来研究的热点。
3.3植物
植物对土壤酶活性的影响主要是通过根系分泌物和根系分泌物作用于根际微生物区系而引起。由于根系分泌物和根际微生物积极活动的关系，植物根际的土壤酶促过程要比根际外强得多。巨尾桉和油茶林地根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性高于非根际土壤，差异达显著或极显著水平[47-48]。杉木幼林的土壤酶活性，规律表现为根际＜非根际，随着杉木幼林的生长，杉木根际土壤酶活性明显高于非根际土壤。刘世亮等[49]通过室内盆栽试验发现，黑麦草根系提高了水稻土多酚氧化酶和脱氢酶活性，从而增加植物对苯并[a]芘的降解率。
土壤酶活性还受到植被类型和植物群落的影响。土壤酶活性会受到植被凋落物的直接影响，也会受到因植被改变而变化的土壤水热状况、理化特性以及微生物区系的间接影响。靳素英研究了不同植被类型土壤酶活性，结果表明，蛋白酶活性以稻田土壤最高，甜菜土壤过氧化氢酶活性高于小麦土壤。何斌[50]研究了广西英罗港不同红树植物群落土壤酶活性，结果表明，红海榄群落土壤蔗糖酶、蛋白酶、脲酶、酸性磷酸酶活性均高于木榄群落。
土壤酶活性与植物生长的季节变化有相关性。张银龙等[51]研究表明，水解酶活性夏季和秋季最高，冬季最低，春季又回升。张其水等[52]研究了不同类型混交林红壤酶活性的季节变化，总的趋势是春季较高、夏季最高、秋季稍有下降、冬季最低，但不同混交林表现不同。随着研究方法的不断更新、改进，植物对土壤酶影响的研究也将会得到新的发展。
3.4施肥等农业管理措施
能够保持或改善土壤质量的土壤管理系统才是持续的。土壤质量评价是土壤或农业管理措施的基本评价手段。土壤酶活性比有机质能更迅速地反映施肥等农业管理措施对土壤质量、肥力的影响，土壤酶已经可以作为土壤生态系统变化的预警指标。
施肥可以改善土壤理化特性、水热状况和微生物区系，从而对土壤酶活性产生影响。有机肥料以及化学肥料的施用会对土壤酶活性产生明显的影响。Dick[53]对小麦休闲地的研究表明，长期施用农家肥能够提高土壤微生物和酶活性。玉米和小麦秸秆还田可以提高土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶活性。增施绿肥则能够增强土壤脱氢酶活性。施用牛粪、猪粪可以增强土壤脲酶活性。长期单施高量有机肥可明显提高褐土脲酶、碱性磷酸酶活性。Nayak等[54]在印度喀塔克研究发现，有机肥无机肥配施的脲酶活性高于不施肥处理。王灿等[55]对长期不同施肥方式下土壤酶活性的研究表明，施用化肥可明显提高蔗糖酶和碱性磷酸酶活性。张逸飞等[56]研究了长期不同施肥处理下红壤水稻土酶活性，结果表明，配合施用氮肥、磷肥、钾肥能够增强土壤蔗糖酶活性。另有一些研究表明，施肥会降低酶活性，如Prietzel[57]研究了德国西南部山林地区(NH4)2SO4对土壤芳基硫酸酯酶活性的影响，结果表明，芳基硫酸酯酶活性在(NH4)2SO4的施用下降低。这些研究结果有所不同，可能是因为土壤类型、气候特点、降水、施肥方式和施肥量、耕作方式等不同的缘故。
污泥成分复杂，其中可能含有有毒、有害物质，如重金属、病原菌及寄生虫（卵）等。同时，污泥还含有大量氮、磷、钾、微量元素、有机质等营养成分，将污泥堆肥化并作为肥料资源利用成为一种趋势。朱雅兰等[58]研究表明，添加污泥、草污混合物均能提高土壤蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性。闰双堆等[59]研究表明，在氮、磷、钾施用总量相同的条件下，随复混肥中污泥含量的增加，草坪土壤脲酶、蛋白酶、转化酶活性显著提高。废水污泥可以提高土壤中脱氢酶和碱性酸酶活
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性[60]。但也有研究表明，施污泥使土壤中脱氢酶活性都明显降低，可能由于污泥中重金属得抑制作用。
土地耕作方式会影响土壤酶的分布及活性。土壤蔗糖酶、脲酶、酸性和碱性磷酸酶活性在单作方式下低于轮作方式。Badiane等[61]利用土壤酶活性监测半干旱热带地区土壤质量，结果表明，植被、耕作方式及年限都会对土壤酶活性产生影响，但不同的酶对这些因素的响应不同。
3.5农药与重金属
进入土壤的农药会以农药本身或其分解产物的形式残留在土壤环境中，从而对土壤生态环境以及酶活性产生影响。农药可以直接抑制或激活土壤酶活性，也能够通过改变土壤生物组成、植物根系功能等间接影响土壤酶活性。周世萍等[62]采用模拟方法研究了毒死蜱污染土壤酶活性的变化规律，发现在有机质含量高的土壤中毒死蜱对土壤蔗糖酶具有明显的抑制作用。和文祥等[63]通过室内模拟实验研究了有机氯除草剂（2,4-D）对土壤酶活性的影响，结果表明，2,4-D会明显降低土壤脲酶活性，而土壤蔗糖酶对2, 4-D的反应较迟钝。鲁赫鸣等[64]研究了多菌灵与氯氰菊酯对大棚和农田土壤酶活性的影响，结果显示，浓度低时（1~40μg/g）对过氧化氢酶活性的影响不明显，浓度高时（150μg/g）会强烈抑制过氧化氢酶活性。TNT会降低脱氨酶的活性。农药“六六六”有降低自然土壤中过氧化酶活性的作用[65]。另有一些研究[66]表明，农药会增强酶活性。农药中常含有的氯苯对脲酶活性具有轻微刺激作用。施用除草剂会对抗氧化酶类活性产生增强作用，从而可以避免植物被氧化破坏。腾春红等[67]通过实验室培养试验的研究发现，除草剂氯嘧磺隆能够激活土壤过氧化物酶，随着氯嘧磺隆浓度的提高，过氧化物酶活性不断增强。这可能是因为农药组分、农药施用量、植被、土壤结构及理化性质有所不同。
重金属难降解、移动性差，随肥料、农药及工业废弃物进入土壤的重金属可能会对土壤环境造成严重污染。重金属污染会对土壤酶产生激活或抑制效应，这与重金属的种类、浓度以及土壤类型等有关。有研究发现，Pb对蛋白酶活性没有影响，对脲酶活性有明显激活效应，对淀粉酶有抑制作用。也有研究表明，低浓度Pb对土壤脲酶活性有激活作用，高浓度有抑制作用。史长青[68]研究了重金属污染对水稻土酶活性的影响，结果表明，过氧化氢酶活性与Pb含量呈显著负相关。于寿娜等[69]研究了镉、汞复合污染对土壤脲酶和酸性磷酸酶活性的影响，结果表明，镉、汞复合污染对这2种土壤酶具有协同抑制作用。Hg、Cd抑制脲酶活性，其中Hg和Cd复合污染的影响幅度最大[70]。杨志新等[71]通过网室盆栽试验对中壤质潮褐土进行研究，结果表明，镉、锌、铅复合污染对脲酶活性产生协同抑制效应，对过氧化氢酶产生屏蔽作用。土壤酶活性会随着土壤中重金属Cr和As等离子含量的增加而降低。
4结论与讨论
土壤酶主要来源于土壤微生物活动分泌、植物根系分泌和植物残体以及土壤动物区系分解。土壤酶活性是土壤生物学活性的表现和维持土壤肥力的一个潜在指标，其影响因素包括土壤养分、土壤微生物、植物、施肥、耕作方式、农药与重金属等。
土壤酶作为土壤质量的生物活性指标和土壤肥力的评价指标，在土壤生态系统中扮演着重要的角色。在农业生产过程中，应以活化土壤养分、改善土壤肥力和提高养分利用效率为目的，充分利用土壤酶生物化学特性，发挥土壤酶生物活性优势。随着科学的发展和新技术的引进，土壤酶的研究已取得巨大的进步。土壤酶研究作为土壤科学和微生物科学等研究的重点内容之一，研究土壤酶的生化动力学特性以及酶活性的影响因素，将土壤酶与农业生产实践和土壤环境生态保护、污染治理相结合，用土壤酶学知识处理农林业生态环境的实际问题，是土壤酶学的发展前景和趋势。
影响土壤酶活性的因素复杂多样，关于土壤微生物酶活性影响因子的研究对土壤培肥改良具有重要意义。今后，在土壤酶活性影响因素的研究中应注意以下几个方面：第一，重点关注不同土壤类型上，不同种类土壤酶活性大小与上述相应影响因子的相关程度及影响权重，筛选与不同土壤肥力因素相关性强的特征酶。第二，深入研究土壤酶与一些污染物（如农药、重金属等）的作用机理，为土壤保护与改良提供技术理论支撑。第三，研究土壤酶在有机培肥中的作用，对土壤有机培肥的机理研究有重要意义。另外，今后应该关注土壤无机纳米粒子与土壤微生物酶活性关系的研究。
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刘善江等：土壤酶的研究进展·
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土壤中酶
土壤酶的研究进展 摘要：土壤酶作为土壤组分中最活跃的有机成分之一不仅可以表征土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标，并且，在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演重要的角色。本文通过分析、总结国内外土壤酶研究进展，研究土壤酶的来源、作用及其影响因素，展望土壤酶学的发展前景，将有助于该学科研究的纵深发展与广泛利用。 关键字：土壤酶作用影响因素进展 前言 土壤酶( soil enzyme)是指土壤中的聚积酶, 包括游离酶、胞内酶和胞外酶, 其活性变化规律及与生态因子的相互作用关系研究引起众多学者的重视, 它是评价土壤质量的重要手段之一[1], 同时也是评价土壤自净能力的一个重要指标[2]。对土壤酶的研究，让我们能更好地去了解土壤酶是土壤有机体的代谢动力, 在生态系统中起着重要的作用, 以及与土壤理化性质、土壤类型、施肥、耕作以及其它农业措施的密切关系。而土壤酶活性在土壤中的表现, 在一定程度上反映了土壤所处的状况, 且对环境等外界因素引起的变化较敏感, 成为土壤生态系统变化的预警和敏感指标。 关于土壤酶的研究历史可以追溯到19世纪末，自Woods( 1898) 首次从土壤中检测出过氧化氢酶活性以来, 土壤酶研究经历了一个较长的奠定和发展时期( 关松荫, 1986) 。一般认为, 20 世纪50 年代以前为土壤酶学的奠定时期, 许多土壤学者从各种土壤中共检测出了40 余种土壤酶的活性,并发展了土壤酶活性的研究方法和理论, 土壤酶研究逐渐发展成一门介于土壤生物学和生物化学之间的一门新兴边缘交叉学科( Burns, 1978)[3]。20 世纪50～ 80 年代中期为土壤酶学迅速发展的时期。由于生物化学和土壤生物学所取得的巨大成就, 土壤酶的检测技术和方法不断改进, 一些新的土壤酶活性逐渐被检测出来。到20 世纪80 年代中期, 大约有60 种土壤酶活性被检测出来, 土壤酶学的理论和体系逐渐完善。土壤酶活性与土壤理化性质的相互关系、土壤酶的来源和性质以及土壤酶检测手段的改进等成为这段时期的研究重点[4, 5]。土壤酶活性的研究作为土壤肥力指标而受到土壤学家的普遍重视( 周礼恺, 1987) 。20 世纪80 年代中期以后为土壤酶学与林学、生态学、农学和环境科学等学科相互渗透的时期, 土壤酶学的研究已经超越了经典土壤学的研究范畴, 在几乎所有的陆地生态系统研究中, 土壤酶活性的检测似乎成了必不可少的测定指标[7, 8]。由于土壤酶活性与土壤生物、土壤理化性质和环境条件密切相关( Dick, 1996) , 因而土壤酶活性
土壤纤维素酶测定方法
纤维素酶 一、试剂： 1）醋酸缓冲液（pH 5.5）：164.08 g无水醋酸钠（C2H3O2Na）溶于700 ml去离子水，用醋酸（C2H4O2）调节pH至5.5，用去离子水稀释至1 L。 2）CMC溶液（0.7%，w:v）：7 g羧甲基纤维素钠盐溶于1 L醋酸缓冲液，45℃下搅拌2 h，此溶液在4℃下可存放7天。 3）还原糖试剂： 试剂A：16 g无水碳酸钠（Na2CO3）和0.9 g氰化钾（KCN）溶于去离子水并稀释至1 L。试剂B：0.5 g六氰铁钾（K4Fe（CN）6）溶于去离子水并稀释至1 L，贮于棕色瓶中。 试剂C：1.5 g 硫酸铁铵（NH4SO4Fe2(SO4)2·H2O）、1 g十二烷基硫酸钠（C12H25O4SNa）和4.2 ml浓硫酸溶于50℃去离子水，冷却后稀释至1 L。 4）水合葡萄糖溶液：28 mg水合葡萄糖溶于少量去离子水中，并定容至1 L。 二、仪器设备 恒温培养箱，水浴锅，分光光度计，搅拌器，三角瓶 三、操作步骤 取10.00 g（耕地）或5.00 g（林地）新鲜土壤（＜2 mm）于100 ml三角瓶中，加15 ml 醋酸缓冲液和15 ml CMC溶液，盖上塞子，于50℃下培养24 h，过滤。同时做空白对照，但在培养结束时才加入15 ml CMC溶液，并迅速过滤。 取2.00 ml滤液于50 ml容量瓶中，并用去离子水定容至刻度。吸取2.00 ml稀释液于20 ml试管中，加2.00 ml还原糖试剂A和2.00 ml还原糖试剂B，盖紧混匀，在100℃水浴中加热15 min 后，立即至于20℃水中冷却5 min。加10.00 ml还原糖试剂C，混匀，20℃下静置显色60 min，于690 nm波长处比色测定（要求在30 min内完成）。 标准曲线：吸取0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 ml水合葡萄糖溶液，用去离子水稀释至2 ml，同上加入还原糖试剂A、B、C后，比色测定还原糖含量。c) 空白： 无土空白：不加土样，其余操作与样品试验相同，整个试验设置一个，重复一次。 无基质空白：以等体积水代替基质，每个土样设置一个。 四、结果计算 土壤纤维素酶活性（μg·g-1·(24 h)-1）＝(C*V*f)/ dwt 式中C为样品的葡萄糖含量（μg·ml-1）；V为土壤溶液体积（30 ml）；f为稀释倍数（25）；
有关影响土壤酶活性因素的分析报告
关于影响土壤酶活性因素的研究 摘要：本文对国内外土壤酶活性影响因素的研究进行了综述,总结了土壤微生物、团聚体、农药、重金属和有机物料等对土壤酶活性的影响,并对土壤纳米粒子与土壤酶活性关系的研究发展前景进行了展望。 关键词：土壤酶活性;微生物;团聚体;重金属;有机物料 Study progress on factors affecting soil enzyme activity Abstracts:In this article,the study on factors affecting soil enzyme activity in recent years was reviewed. Several aspects such as microbial,aggregation,heavy metals,organic manure and so on were included.At the same time,the effects of the soil inorganic nanometer particle (SINP) on soil enzyme activity inthe future research was forecasted. Key words:soil enzyme activity;microbial;aggregation;heavy metals;organic manure 酶是土壤组分中最活跃的有机成分之一,土壤酶和土壤微生物一起共同推动土壤的代谢过程[1]。土壤酶来源于土壤中动物、植物和微生物细胞的分泌物及其残体的分解物,其中微生物细胞是其主要来源[1,2]。土壤中广泛存在的酶类是氧化还原酶类和水解酶类,其对土壤肥力起重要作用。土壤中各有机、无机营养物质的转化速度,主要取决于转化酶、蛋白酶磷酸酶、脲酶及其他水解酶类和多酚氧化酶、硫酸盐还原酶等氧化还原酶类的酶促作用[2]。土壤酶绝大多数为吸附态,极少数为游离态,主要以物理和化学的结合形式吸附在土壤有机质和矿质颗粒上,或与腐殖物质络合共存[3]。 土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向[4],其活性是土壤肥力评价的重要指标之一,同时也是土壤自净能力[1]评价的一个重要指标。土壤酶的活性与土壤理化特性、肥力状况和农业措施有着显著的相关性[5]。因此,研究土壤酶活性的影响因素,提高土壤酶活性,对改善土壤生态环境,提高土壤肥力有重要意义。本文对土壤酶活性影响因子的研究
土壤酶活性测定方法
土壤酸性磷酸酶活性的测定 1．试剂配制 (1)0.115M p-硝基苯磷酸钠溶液 取10.67g p-硝基苯磷酸二钠（6H O,分子量为371.1），溶于pH4.5通用缓冲液中并稀释至 2 250ml.4摄氏度冰箱保存。 (2)通用缓冲液（pH4.5）（缓冲液久置会有沉淀） 原液由以下成分组成: 三羟甲基氨基甲烷12.1g 顺丁烯二酸11.6g 柠檬酸14g 硼酸6.3g 溶于500ml 1N NaOH（40g定容1L）中，加蒸馏水至1L。取原液200 ml，再加入0.1N HCL 或浓HCL来调pH为4.5。最后稀释至1L，即得。 (3)甲苯 (4)0.5 mol/L Cacl2.2H2O溶液： 36.75g Cacl2.2H2O定容500ml. (无水CaCl2: 11.1g定容200ml) (5)0.5 mol/L NaOH溶液：20g NaOH定容1L. 2．测定步骤 置于50ml三角瓶中，加4ml通用缓冲液（pH4.5）、0.25ml甲苯和1ml 0.115M p-硝基苯磷酸钠溶液,摇匀后，置于37℃恒温箱中1h。 培养结束后，加入1ml 0.5 mol/L氯化钙溶液和4ml 0.5 mol/L NaOH溶液，通过致密滤纸过滤到50ml容量瓶，用蒸馏水定容后在410nm处比色. 3．计算方法 土壤酸性磷酸酶的活性用单位时间内每克土中的对硝基苯酚的毫克数表示， W（mg·g-1·h-1）=M1/（m×t） 式中：M1—标准曲线上查得样品中对硝基苯酚的质量（mg）； t —反应时间（h）；=1h m—样品土壤的重量（g） 无土壤CK: 用1ml蒸馏水代替1g土壤；每批土样做2个；无基质CK: 用1ml蒸馏水代替1ml PNPP。每个处理做1个。 标准曲线的制作： 1）对硝基苯酚标液：1g对硝基苯酚定容1L，低温保存。 2）取标液0、1、2、3、4、5ml于0-6号硬质试管中，分别加pH6.5通用缓冲液4ml，Cacl2.2H2O 溶液1ml，NaOH溶液4ml， ②混匀后，定量滤纸过滤到50ml容量瓶，定容后，再取各浓度标液1ml定容至50ml，以0号试管作为对照，在A410nm波长下测光吸收值，并记录光吸收值A410。 ③以吸光值为横坐标、对硝基苯酚的含量为纵坐标计算直线回归方程y=a+bx及相关系数R，即对硝基苯酚含量n（mg）=a+b×A410.
土壤酶活性测定的实验步骤
土壤酶的测定 1．三角瓶用稀HNO 3（3-5%）或用洗衣粉浸泡24h，后刷洗，然后再用蒸馏水润洗，晾干。 2．土样研磨精细后分袋装好。土量需2g+2.5g+5g+5g=14.5g，重复一次，14.5×2=29g。 一、过氧化氢酶（容量法）（关松荫P323） 1．试剂配制： (1)0.3%过氧化氢溶液： ①（1：100 30%的H 2O 2和水） ②（0.5molH 2O 2+49.5ml蒸馏水） ③（1ml30% H 2O 2+99ml蒸馏水） (2)3N硫酸： （10ml硫酸+50ml水） (3)0.1N高锰酸钾溶液： （1.58gKMnO
4+100ml蒸馏水） 2．操作步骤： 2g风干土置100三角烧瓶→注入40ml蒸馏水和5ml 0.3%过氧化氢（现配）→在往复式振荡机上振荡20min→加入5ml3N硫酸（以稳定未分解的H 2O 2）→用慢速型滤纸过滤，→吸取25ml滤液，用0.1N高锰酸钾的滴定至淡粉红色 3．结果计算 过氧化氢酶的活性（M），以20min后1g土壤的0.1N KMnO 4的毫升数表示： M=（A－B）×T 式中： A： 空白消耗的0.1N KMnO 4毫升数 B： 滤液消耗的0.1 N KMnO 4毫升数 T： KMnO 4滴定度的校正值
以容量法测H2O2的酶活： Kappen （1913）首先介绍硫酸存在下用高锰酸钾滴定剩余的过氧化氢测定酶活。此法根据H 2O 2与土壤相互作用时，未分解的H 2O 2的数量用容量法（常用高锰酸钾滴定未分解的H 2O 2）测定H 2O 2的酶活 2 KMnO 4＋5H 2O 2＋3H 2SO 4→2MnSO 4＋K 2SO
农药对土壤酶活性影响的研究进展
农药对土壤酶活性影响的研究进展 闫 雷a,李晓亮a,秦智伟b,敖斯刚a (东北农业大学a.资源与环境学院;b.园艺学院,哈尔滨 150030) 摘 要:随着农药对土壤污染的日益严重,越来越多的研究者将土壤酶作为指示剂,检测农药对土壤环境条件的影响,并根据土壤酶活性的变化来判断污染物对土壤的毒害程度,这也是从土壤生物化学角度探索环境保护的一个新内容。为此,介绍了影响土壤酶活性的环境因素,综述了农药对土壤酶活性影响的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望,以期为土壤农药污染的进一步治理和修复提供科学依据。 关键词:农药污染;土壤;酶活性;影响 中图分类号:S154.2 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)11-0223-04 0 引言 土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素[1],土壤中所进行的生物和化学过程在酶的催化下才能完成。土壤污染条件下酶活性变化很大,土壤酶活性的改变将影响土壤养分的释放,从而影响作物的生长,所以土壤酶活性常作为土壤质量演变的生物活性指标。近年来,随着农药对土壤污染的日益严重,越来越多的研究者将土壤酶作为指示剂,检测农药对土壤环境的影响,并根据土壤酶活性的变化来判断污染物对土壤的毒害程度,这也是从土壤生物化学角度探索环境保护的一个新内容。 1 土壤酶活性的影响因素 1.1 土壤微生物 早在20世纪60年代就有人研究酶活性与土壤微生物活性之间的相互关系,如Lenhard发现微生物活性与土壤脱氢酶活性密切相关[2]。郭继勋证实了脲酶、磷酸酶和纤维素酶的活性与微生物量有较密切的关系,3种酶的活性随着生物量的增强而不断增强,二者变化基本同步[3]。Naseby通过向根际接种遗传改性微生物,发现遗传改性微生物生成的酶,对土壤的碳、磷转化具有重要作用[4]。沈宏等发现玉米生长的中、前期,土壤微生物中碳、氮与土壤过氧化氢、蔗糖 收稿日期:2009-06-06 基金项目:国家自然科学基金项目(39870469);黑龙江省博士后基金项目(LBH-Z06162);东北农业大学创新团队发展计划项 目(CXT003-1-3) 作者简介:闫 雷(1974-),女,黑龙江牡丹江人,副教授,博士,硕士生导师,(E-m ail)yan l ei h ai peng@g m ai.l co m。 通讯作者:秦智伟(1957-),男,黑龙江阿城人,教授,博士生导师, (E-m ail)qz w303@126.co m。酶、脲酶、蛋白酶活性及速效养分的相关性均达到显著或极显著水平[5]。 1.2 土壤理化性质 土壤水分、空气、温度与机械组成,一方面与微生物的活性和类型有显著的相关性,另一方面也会直接影响土壤酶活性的存在状态与强弱。一般来说,土壤湿度大,土壤酶活性高;但土壤过湿可能会造成土壤缺氧,从而影响微生物的生长[1]。温度直接影响释放酶类的微生物种群及数量,冯贵颖研究发现[6],在20 ~60 时,各土壤粘粒的脲酶吸附量随温度升高而降低。土壤中二氧化碳、氧气含量与土壤微生物的活性相关,因此对土壤酶活性有直接影响。土壤的机械组成及结构状况也能影响土壤酶活性[7]。同一类土壤的黏质土壤比轻质土壤具有较高酶活性,其原因是酶主要分布在腐殖质含量较高和微生物数量较多的细小颗粒中。因此,向矿质土中加入黏质土,能较大地增强蛋白酶、脲酶和蔗糖酶的活性。 土壤化学性质可从多方面影响土壤酶活性。首先,能在很大程度上直接影响酶的主要生成者 微生物;其次,土壤中的某些化学物质可通过激活或抑制作用来调节胞外酶的功能。另外,土壤一系列化学性质,如土壤p H值、交换性阳离子的组成与比例、盐基饱和度、腐殖质的特性以及有机 矿物质复合体的组成等,在很大程度上决定酶在土壤中的固定情况。土壤pH值越低(低于蛋白酶的等电点),粘粒吸附的酶越多。土壤有机质与土壤酶之间存在显著正相关。土壤有机物质可吸附土壤中的酶,如脲酶、二酚氧化酶、蛋白酶及水解酶等,这些物质都曾以 酶 腐殖物质复合物 的形式从土壤中被提取出来。
土壤酶活性测定方法综合
土壤酶活性测定方法 1、土壤脲酶的测定方法（苯酚钠—次氯酸钠比色法） 一、原理 脲酶存在于大多数细菌、真菌和高等植物里。它是一种酰胺酶作用是极为专性的，它仅能水解尿素，水解的最终产物是氨和二氧化碳、水。土壤脲酶活性，与土壤的微生物数量、有机物质含量、全氮和速效磷含量呈正相关。根际土壤脲酶活性较高，中性土壤脲酶活性大于碱性土壤。人们常用土壤脲酶活性表征土壤的氮素状况。 土壤中脲酶活性的测定是以脲素为基质经酶促反应后测定生成的氨量，也可以通过测定未水解的尿素量来求得。本方法以尿素为基质，根据酶促产物氨与苯酚—次氯酸钠作用生成蓝色的靛酚，来分析脲酶活性。 二、试剂 1）甲苯 2）10%尿素：称取10g尿素，用水溶至100ml。 3）柠檬酸盐缓冲液（）：184g柠檬酸和氢氧化钾（KOH）溶于蒸馏水。将两溶液合并，用1mol/LNaOH将PH调至，用水稀释定容至1000ml。 4）苯酚钠溶液（L）：苯酚溶于少量乙醇，加2ml甲醇和丙酮，用乙醇稀释至100ml （A液），存于冰箱中；27gNaOH溶于100ml水（B液）。将A、B溶液保存在冰箱中。使用前将A液、B液各20ml混合，用蒸馏水稀释至100ml。
5）次氯酸钠溶液：用水稀释试剂，至活性氯的浓度为%，溶液稳定。 6）氮的标准溶液：精确称取硫酸铵溶于水并稀释至1000ml，得到1ml含有氮的标准液；再将此液稀释10倍（吸取10ml标准液定容至100ml）制成氮的工作液（ml）。 三、操作步骤 称取5g土样于50ml三角瓶中，加1ml甲苯，振荡均匀，15min后加10ml10% 尿素溶液和20ml PH 柠檬酸盐缓冲溶液，摇匀后在37℃恒温箱培养24小时。培养结束后过滤，过滤后取1ml滤液加入50ml容量瓶中，再加4ml苯酚钠溶液和3ml次氯酸钠溶液，随加随摇匀。20min后显色，定容。1h内在分光光度计与578nm波长处比色。（靛酚的蓝色在1h内保持稳定）。 标准曲线制作：在测定样品吸光值之前，分别取0、1、3、5、7、9、11、13ml 氮工作液，移于50ml容量瓶中，然后补加蒸馏水至20ml。再加入4ml苯酚钠溶液和3ml次氯酸钠溶液，随加随摇匀。20min后显色，定容。1h内在分光光度计上于578nm波长处比色。然后以氮工作液浓度为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。 注意事项: 1、每一个样品应该做一个无基质对照，以等体积的蒸馏水代替基质，其他操作 与样品实验相同，以排除土样中原有的氨对实验结果的影响。 2、整个实验设置一个无土对照，不加土样，其他操作与样品实验相同，以检验 试剂纯度和基质自身分解。
土壤酶活性测定方法
土壤酶活性测定方法 土壤脲酶的测定方法（苯酚钠—次氯酸钠比色法） 一、原理 脲酶存在于大多数细菌、真菌和高等植物里。它是一种酰胺酶作用是极为专性的，它仅能水解尿素，水解的最终产物是氨和二氧化碳、水。土壤脲酶活性，与土壤的微生物数量、有机物质含量、全氮和速效磷含量呈正相关。根际土壤脲酶活性较高，中性土壤脲酶活性大于碱性土壤。人们常用土壤脲酶活性表征土壤的氮素状况。 土壤中脲酶活性的测定是以脲素为基质经酶促反应后测定生成的氨量，也可以通过测定未水解的尿素量来求得。本方法以尿素为基质，根据酶促产物氨与苯酚—次氯酸钠作用生成蓝色的靛酚，来分析脲酶活性。 二、试剂 1）甲苯 2）10%尿素：称取10g尿素，用水溶至100ml。 3）柠檬酸盐缓冲液（PH6.7）：184g柠檬酸和147.5g氢氧化钾（KOH）溶于蒸馏水。将两溶液合并，用1mol/LNaOH将PH调至6.7，用水稀释定容至1000ml。 4）苯酚钠溶液（1.35mol/L）：62.5g苯酚溶于少量乙醇，加2ml甲醇和18.5ml丙酮，用乙醇稀释至100ml（A液），存于冰箱中；27gNaOH溶于100ml水（B液）。将A、B溶液保存在冰箱中。使用前将A液、B液各20ml混合，用蒸馏水稀释至100ml。 5）次氯酸钠溶液：用水稀释试剂，至活性氯的浓度为0.9%，溶液稳定。 6）氮的标准溶液：精确称取0.4717g硫酸铵溶于水并稀释至1000ml，得到1ml含有0.1mg 氮的标准液；再将此液稀释10倍（吸取10ml标准液定容至100ml）制成氮的工作液（0.01mg/ml）。 三、操作步骤 称取5g土样于50ml三角瓶中，加1ml甲苯，振荡均匀，15min后加10ml10%尿素溶液和20ml PH 6.7柠檬酸盐缓冲溶液，摇匀后在37℃恒温箱培养24小时。培养结束后过滤，过滤后取1ml滤液加入50ml容量瓶中，再加4ml苯酚钠溶液和3ml次氯酸钠溶液，随加随摇匀。20min后显色，定容。1h内在分光光度计与578nm波长处比色。（靛酚的蓝色在1h 内保持稳定）。 标准曲线制作：在测定样品吸光值之前，分别取0、1、3、5、7、9、11、13ml氮工作液，移于50ml容量瓶中，然后补加蒸馏水至20ml。再加入4ml苯酚钠溶液和3ml次氯酸钠溶液，随加随摇匀。20min后显色，定容。1h内在分光光度计上于578nm波长处比色。然后以氮工作液浓度为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。 注意事项: 1、每一个样品应该做一个无基质对照，以等体积的蒸馏水代替基质，其他操作与样品 实验相同，以排除土样中原有的氨对实验结果的影响。 2、整个实验设置一个无土对照，不加土样，其他操作与样品实验相同，以检验试剂纯
土壤酶研究进展
土壤酶研究进展 孙富强1 （1西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100） 摘要：土壤酶是土壤重要组成部分，在土壤生态系统的土壤物质转化和能量代谢方面扮演重要的角色。文章通过分析、总结国内外土壤酶研究进展，综述了土壤酶学研究简史和土壤酶的来源、分类、作用, 展望了土壤酶学的发展前景，对于加深理解土壤酶在土壤生态系统中的的重要性有重要作用。 关键词：土壤酶作用研究进展 土壤酶是土壤的重要组成部分[1]，参与土壤物质转化和能量代谢，能降解土壤外来有机物质，在生态系统中起着重要的作用[2]，是评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标[3]。土壤酶主要来源于土壤微生物和植物根系的分泌物及动植物残体分解释放的酶，包括氧化还原酶类、水解酶类、裂合酶类和转移酶类[4]。 1898年，Woods首次从土壤中检测出过氧化氢酶活性，土壤酶研究经历了一个较长的发展时期[5]。20世纪50年代以前为土壤酶学的萌发时期。土壤学者发展了土壤酶活性的研究方法和理论，土壤酶研究逐渐发展成一门介于土壤生物学和生物化学之间的一门新兴边缘交叉学科[6-7]。50-80 年代中期为土壤酶学迅速发展的时期。这段时间土壤酶的检测技术和方法不断改进，一些新的土壤酶活性逐渐被检测出来，土壤酶学的理论和体系逐渐完善[8]。 80 年代中期以后为土壤酶学与林学、生态学、农学和环境科学等学科相互渗透的时期，土壤酶学的研究已经超越了经典土壤学的研究范畴，在几乎所有的陆地生态系统研究中，土壤酶活性的检测似乎成了必不可少的测定指标[4，9]。 1 土壤酶的来源及分类 1.1 土壤酶的来源 土壤酶( Soil Enzyme)是指土壤中的聚积酶，包括游离酶、胞内酶和胞外酶，主要来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解[4，8]。 （1）植物根系分泌释放土壤酶。一些研究表明，植物根系不仅能够分泌释放淀粉酶，还能分泌出核酸酶和磷酸酶[10]。1993年，Siegel 发现了小麦和西红柿等植物可以向土壤中释放出过氧化物酶[11]。植物残体的分解也能继续释放土壤酶，但要定量植物残体分解过程中释放的酶还是很困难[12]。 （2）微生物释放分泌土壤酶。微生物释放酶的大体过程是：细胞死亡，胞壁崩溃，胞膜破裂，原生质成分进入土壤，酶类必然释放进入土壤。植物根际酶活性的优势问题，除了根系本身的作用外，与根际微生物是分不开的[13]。植物根系是微生物的特殊生境，根际内微生物的数量总比根际外高，当微生物受到环境因素刺激时，便不断向周围介质分泌酶，致使根际内外酶活性存在很大差异。 （3）土壤动物区系释放土壤酶。土壤是为数极多的动物居住的环境，土壤动物区系提供的土壤酶数量较少。1957年，Kiss研究了蚯蚓对转化酶的影响指出，在草地和耕地的土壤表层，蚯蚓的排泄物对土壤转化酶活性的提高有最为明显的作用[14]。 （4）动物、植物残体释放酶。半分解和分解的根茬、茎秆、落叶、腐朽的树枝、藻类和死亡的土壤动物都不断向土壤释放各种酶类[15]。 1.2土壤酶的分类
土壤酶研究进展(1)
收稿日期:2005—07—11修订日期:2005—09—16土壤酶研究进展杜伟文,欧阳中万 (湖南农业大学,湖南长沙 410125) 摘 要:土壤酶在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演重要的角色。本文综述了土壤酶学研究简史,土壤酶的来源、分布、作用,植物—土壤界面的土壤酶,土壤生态条件与土壤酶,土壤微生物与土壤酶,土壤酶活性测定等方面。对于加深理解生态系统中的物质循环、土壤酶的生态重要性以及土壤生态系统退化机理有重要作用。 关键词:土壤酶;研究进展;土壤微生物 中图分类号:S718.51+9 文献标识码:A 文章编号:1003—5710(2005)05—0076—04 土壤酶是土壤有机体的代谢动力,在生态系统中起着重要的作用,与土壤理化性质、土壤类型、施肥、耕作以及其它农业措施等密切相关。其活性在土壤中的表现,在一定程度上反映了土壤所处的状况,且对环境等外界因素引起的变化较敏感,成为土壤生态系统变化的预警和敏感指标文章。 自W oods(1898)首次从土壤中检测出过氧化氢酶活性以来,土壤酶研究经历了一个较长的发展时期(关松荫,1986)。一般认为,20世纪50年代以前为土壤酶学的萌发时期,许多土壤学者从各种土壤中共检测出了40余种土壤酶的活性,同时发展了土壤酶活性的研究方法和理论,土壤酶研究逐渐发展成一门介于土壤生物学和生物化学之间的一门新兴边缘交叉学科[1～3]。20世纪50～80年代中期为土壤酶学迅速发展的时期。由于生物化学和土壤生物学所取得的巨大成就,土壤酶的检测技术和方法不断改进,一些新的土壤酶活性逐渐被检测出来。到20世纪80年代中期,大约有60种土壤酶活性被检测出来,土壤酶学的理论和体系逐渐完善。土壤酶活性与土壤理化性质的相互关系、土壤酶的来源和性质以及土壤酶检测手段的改进等成为这段时期的研究重点[4,5]。土壤酶活性的研究作为土壤肥力指标而受到土壤学家的普遍重视(周礼恺,1987)[6]。20世纪80年代中期以后为土壤酶学与林学、生态学、农学和环境科学等学科相互渗透的时期,土壤酶学的研究已经超越了经典土壤学的研究范畴,在几乎所有的陆地生态系统研究中,土壤酶活性的检测似乎成了必不可少的测定指标[7,8]。由于土壤酶活性与土壤生物、土壤理化性质和环境条件密切相关(Dick,1996),因而土壤酶活性对环境扰动的响应、根际土壤酶功能的重要性、土壤酶研究技术以及土壤酶作为土壤质量的指标等成为主攻方向[9～11]。 1 土壤酶的来源与分布 1.1 土壤酶的来源 土壤酶(s oil enzyme)是指土壤中的聚积酶,包括游离酶、胞内酶和胞外酶,主要来源于土壤微生物的活动、植物根系分泌物和动植物残体腐解过程中释放的酶(关松荫,1986; Burn,1978)。H ofmann与H offmann(1995)认为,微生物是脱离活体的酶的唯一来源。许多微生物能产生胞外酶。Crewther 与Lennox(1953)对米曲霉(Aspergillus oryzae)进行了研究,结果表明,酶是按一定的顺序释放出的,首先是糖酶和磷酸酶,随后是蛋白酶和醋酶,最后是过氧化酶。某些酶是微生物生长初期阶段释出,另一些酶是在生长的后期,,当菌丝丛逐渐减少时释出。Phaff(1959)曾详细的研究了微生物在合成和天然的培养基质中释放出各种胞外酶的情况[12,13]。结果表明,许多细菌和真菌能释放出淀粉酶、纤维素酶和果胶酶。 另有一些学者则倾向于认为土壤酶活性主要来源高等植物的根系,根系的纤细顶端在其整个生命过程中的不断地往土壤中分泌出酶,死后则将其酶器富集在土壤里。有关土壤胞外酶的第一篇报道(W oods,1899)曾指出,植物根系能分泌出氧化酶。随后,K nuds on与Smith(1919)指出植物根系能分泌出淀粉酶。R ogers等(1942)指出,玉米和番茄根能分泌出磷酸酶和核酸酶。许多植物生理学家累积的大量资料表明,植物根确实能将一些酶分泌至根际土壤,但是,由于技术手段等方面的原因,我们很难区别根际土壤中植物和微生物对于土壤酶活性的贡献。许多学者也持类似的看法。 另外,土壤动物区系释放土壤酶。关于土壤动物对土壤中脱离活体的酶含量的贡献研究的很少。K iss(1957年)指出,在草地和耕作土壤里,特别是在土壤表层,蛆蜕的排泄物对土壤的蔗糖酶活性有重要的作用,蚁类的作用则较小。1.2 土壤酶的分布 土壤的一切生物化学过程,都是在土壤酶的参与下进行[14]。所谓土壤酶是指土壤中的累积酶,即胞外酶,是在没有微生物繁殖发生情况下土壤里存在的具有活性的蛋白质[14,15]。林区生态系统的土壤酶系主要来源于动植物的分泌物及其残体的腐解、土壤微生物的分泌等[16]。随着科学研究的深入,越来越多的实验表明,土壤酶系统是土壤生理生化特性的重要组成部分,它积极参与森林生态系统中的物质循环与能量转化,是土壤的重要组成部分之一。研究表明,植物种类组成不同,其枯落物的质和量不同,适于微生物生长的营养源也不同,因而微生物的种类和组成不同,从而引 湖南林业科技 2005年第32卷第5期 专题探讨
土壤酶活性测定方法
土壤酶活性测定方法 一、蔗糖酶: 3，5-二硝基水杨酸比色法 1. 试剂配制 （1）2N氢氧化钠200mL：称取16g 氢氧化钠，用蒸馏水溶解，定溶于200mL容量瓶中。 （2）3，5-二硝基水杨酸溶液1000mL：称5g二硝基水杨酸，溶于200mL2N氢氧化钠和500mL蒸馏水中，再加300g酒石酸钾钠，用蒸馏水稀释至1000mL（不超 过7天）。 （3）1/15M 磷酸氢二钠1000mL：23.867g N a2HPO4·12H2O溶于1000mL蒸馏水中。 （4）1/15M 磷酸二氢钾1000mL：9.078g KH2PO4溶于1000mL蒸馏水中。 （5）pH5.5磷酸缓冲液100mL：5 mL磷酸氢二钠(1/15M)加95mL磷酸二氢钾(1/15M) （6）8%蔗糖1000mL：称取80g蔗糖，用水溶解，稀释至1000mL。 （7）甲苯。 （8）标准葡萄糖溶液（1mg/mL）1000mL：取少量葡萄糖在真空干燥箱中，于55℃条件下真空干燥至恒重。然后取1.00g葡萄糖溶于100ml蒸馏水中成标准葡萄 糖母液（10mg还原糖/ml）。取此母液10ml, 用蒸馏水定容至100mL即成标准 葡萄糖液（1mg/ml）； 2. 操作步骤 （1）标准曲线绘制：分别取标准葡萄糖液0.4mL，0.8 mL，1.2mL, 1.6mL, 2.0mL,2.8mL, 3.2mL于50 mL比色管中，另取一管做空白对照。用蒸馏水补足至10mL。加入3.0mL 3，5-二硝基水杨酸，沸水浴5min，随即在自来水流下冷却。最后用蒸馏水稀释至50mL，并在分光光度计上于波长508nm处进行比色。 比色后，以光密度值为纵坐标，葡萄糖浓度为横坐标绘制成标准曲线。 （2）土壤蔗糖酶活性测定：称5.00g土样，置于50mL三角瓶中，注入15.0mL 8%蔗糖溶液，5.0mL pH5.5磷酸缓冲液和5滴甲苯。摇匀混合物后，放入恒温箱，在37℃下培养24h。到时取出，6000rpm离心10min。取1.0mL上清液（新鲜土样所吸取的上清液体积为1.0mL；风干土及保存1个月的土样所吸取的上清液体积为0.5mL）于50mL比色管中，然后按绘制标准曲线显色方法进行比色测定。 为消除土壤中原有的蔗糖、葡萄糖引起的误差。每一土样需做无基质对照。整个实验需作无土壤对照。 3．结果计算 蔗糖酶活性以24h后1g土壤葡萄糖的毫克数表示。 葡萄糖（mg）=(a-b)×c 式中 a---从标准曲线查得的样品（加了基质）对应的葡萄糖浓度，mg/mL； b---从标准曲线查得的样品对照组的葡萄糖浓度，mg/mL； c---换算成1g土的系数。 二、脲酶: 靛酚比色法 1. 试剂配制 （1）pH6.7柠檬酸盐缓冲液1L：取184g柠檬酸溶于300mL蒸馏水中，另取147.5g KOH溶于水，再将两种溶液合并，用1N NaOH将pH调至6.7，并用水稀至1L。 （2）苯酚钠溶液：称取62.5g苯酚溶于少量乙醇中，加2mL甲醇和18.5mL丙酮，然后用乙醇稀释至100mL(A液)，保存在冰箱中。称取27g NaOH溶于100mL 水中（B液），保存在冰箱中。使用前，取A、B两液各20mL混合，并用蒸馏 水稀释至100mL备用。 （3）次氯酸钠溶液100mL：取10%的次氯酸钠溶液9mL，用水稀释定容于100mL 容量瓶中，即活性氯的浓度为0.9%，溶液稳定。 （4）10%尿素溶液500mL：取50g尿素，用水稀释至500mL。 （5）甲苯。
实验6 土壤过氧化氢酶活性的测定
实验6 土壤过氧化氢酶活性的测定 1 原理： 土壤过氧化氢酶能酶促过氧化氢分解生成水和氧气，而过氧化氢本身在紫外波长240nm 处有强烈吸收。通过加入定量的过氧化氢与土壤作用一段时间后，利用紫外分光光度法测定与剩余过氧化氢的量，加入量与剩余量之差即为与酶反应的量，用一定时间内消耗的过氧化氢量表示土壤过氧化氢酶的活性。 2 试剂 2.1 0.3%的过氧化氢溶液：将30%的过氧化氢用水稀释100倍即可。此溶液的准确浓度需用标准高锰酸钾溶液标定。 2.2 1.5M 硫酸溶液：吸取8 3.3 mL 浓硫酸入约200 mL 水中，然后定容至1L 。 2.3 饱和铝钾矾溶液：称取5.9g K 2SO 4·Al 2(SO 4)3(在0、10、20、30、40℃时的溶解度分别为 3.00、3.99、5.9、8.39、11.7)于100 mL 中，加热溶解后放冷至室温。 3 操作步骤 3.1 样品处理 称取风干土样2.00g 于100mL 三角瓶中，加入40mL 水和5mL0.3%的过氧化氢溶液，放在震荡机振荡20分钟，取下立即加入1mL 饱和铝钾矾溶液，过滤入装有5mL 1.5M 的硫酸溶液的三角瓶中，近干后，将滤液直接在240nm 处测定吸光度。另取40mL 水，加5mL 过氧化氢溶液、加1mL 铝钾矾和5mL 硫酸溶液做无土对照。同时做无基质对照，即称取2.00g 风干土，加入45mL 水，同样振荡20分钟后，过滤于盛有5mL 硫酸的容器中。 3.2 标准曲线 吸取0.3%的过氧化氢溶液0、1、2、3、4、5mL 于50mL 比色管或容量瓶中，加入5mL 硫酸溶液，用水定容至刻度，加入1mL 铝钾矾，摇匀后在240 nm 测定吸光度。 4 结果计算 土壤过氧化氢酶活性(mg H 2O 2 g-1min-1)W x 51?=
土壤脲酶的测定方法
土壤脲酶的测定方法 脲酶试验原理：存在于大多数细菌、真菌和高等植物里。它是一种酰胺酶、能酶促有机物质分子中酶键的水解。脲酶的作用是极为专性的，它仅能水解尿素，水解的最终产物是氨和碳酸。土壤脲酶活性，与土壤的微生物数量、有机物质含量、全氮和速效磷含量呈正相关。根际土壤脲酶活性较高，中性土壤脲酶活性大于碱性土壤。人们常用土壤脲酶活性表征土壤的氮素状况。土壤中脲酶活性的测定是以脲素为基质经酶促反应后测定生成的氨量，也可以通过测定未水解的尿素量来求得。本方法是测定生成的氨量。 试剂： 1）甲苯 2）10%尿素：称取10g尿素，用水溶至100ml。 3）柠檬酸盐缓冲液（PH6.7）：184克柠檬酸和147.5克氢氧化钾溶于蒸馏水。将两溶液合并，用1mol/LNaOH将PH调至6.7，用水稀释至1000毫升。 4）苯酚钠溶液（1.35mol/L）：62.5克苯酚溶于少量乙醇，加2毫升甲醇和18.5毫升丙酮，用乙醇稀释至100毫升（A），存于冰箱中；27克NaOH溶于100毫升水（B）。将AB溶液保存在冰箱中。使用前将2溶液各20毫升混合，用蒸馏水稀释至100毫升。 5）次氯酸钠溶液：用水稀释试剂，至活性氯的浓度为0.9%，溶液稳定。 6）氮的标准溶液：a 精确称取0.4717克硫酸铵溶于水并稀释至
1000ml，得到1ml含有0.1mg氮的标准液 标准曲线绘制：吸取配置好的氮溶液10ml，定容至100ml，即稀释了10倍，吸取1，3，5，7，9，11，13ml移至50ml容量瓶，加水至20ml，再加入4ml苯酚钠，仔细混合，加入3ml次氯酸钠，充分摇荡，放置20分钟,用水稀释至刻度。将着色液在紫外分光光度计上于578nm处进行比色测定，以标准溶液浓度为横坐标，以光密度值为纵坐标绘制曲线图。取新鲜土壤7份，每份30g，装于棕色广口瓶中，先将1，3－二氯丙烯溶于丙酮（定量），6份分别加入不同浓度均为1.5ml的1，3－二氯丙烯，使之在土壤中的浓度分别为1、10、50、100、200、500μg/g，另1份相应加入1.5ml的丙酮作为对照，然后调节土壤的含水量至最大田间持水量的60%（记录此时重量，以便补充水分）。放置于25℃恒温培养箱，培养后第0d、1d，5d，10d（前10d密封，后来测定的敞口）、20d，30d，40d，50d分别取土样检测脲酶的活性。取样前，反复旋转广口瓶，混匀土样，一个处理随机取3个重复。 1) 称取5g过1mm筛的风干土样于100ml容量瓶中 2)向容量瓶中加入1ml甲苯（以能全部使土样湿润为度）并放置15分钟 3)之后加入10ml 10％尿素溶液和20ml柠檬酸缓冲液（PH6.7），并仔细混合 4)将容量瓶放入37摄氏度恒温箱中，培养24h 5)培养结束后，用热至38摄氏度水稀释至刻度，仔细摇荡，并将悬液用致密滤纸过滤于三角瓶中。
土壤五种酶的测定方法
参考文献： 1、关松荫等，编著. 土壤酶及其研究法[M].农业出版社，1986. 2、周礼凯，编著. 土壤酶学[M].科学出版社 关松荫等，1986 蔗糖酶：比色法(1) P274-276 脲酶：比色法P294-297 蛋白酶：比色法9(1) P302-304 磷酸酶：磷酸苯二钠法(2) P312-313 过氧化氢酶：容量法P323 蔗糖酶 比色法 1、试剂 (1) 苯甲酸溶液0.25% (2) 3,5-二硝基水杨酸 (3) pH5.5磷酸缓冲液 (4) 8%蔗糖溶液 (5) 甲苯 2、操作步骤 5克风干土→50mL三角瓶→15mL 8%蔗糖溶液→5mL pH5.5磷酸缓冲液→5滴甲苯 →摇匀放入恒温箱→37℃培养24h →取出迅速过滤→吸取滤液1mL →流水冷却3min →蒸馏水稀释至50mL →508nm比色 3、结果计算 蔗糖酶活性以24h后1g土壤葡萄糖的毫克数表示。 葡糖糖（毫克）= a×4 式中a——从标准曲线查得的葡萄糖毫克数 4——换算成1g土的系数 标准曲线：以光密度为纵坐标，以葡萄糖浓度为横坐标。 Y=0.229×（－0.0209）R２=0.9961
注意： Y值为吸光度值，相当于表中的A平均 X值为根据上述公式计算的结果，相当于a值 葡萄糖含量为a* 4 （毫克） 蛋白酶 比色法（1） 1.试剂 （1）1%酪素溶液 （2）0.1N硫酸 （3）20%硫酸钠 （4）2%茚三酮液 （5）甲苯 （6）甘氨酸标准溶液 2.操作步骤 4g风干土→50ml三角瓶→20ml1%酪素液→1ml甲苯→30℃恒温箱24h → 2ml0.1N硫酸→12ml20%硫酸钠液→15min(6000转/min)离心→上清液2ml 50ml容量瓶→1ml茚三酮→沸水浴10min→蒸馏水稀释至刻度→500nm比色 3.结果计算 蛋白酶活性，以24h后1g土壤中氨基氮的毫克数表示。 NH2-N(mg)=a*5 式中 a——从标准曲线查得氨基氮毫克数 b——换算成1g土的系数 标准曲线：以光密度为纵坐标，以氨基氮浓度为横坐标。 Y=2.8236x+0.011R2=0.9968 X=（y - 0.011）/2.8236 过氧化氢酶
土壤酶的研究进展_刘善江
0引言 土壤酶作为土壤组分中最活跃的有机成分之一[1]，不仅可以表征土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可以作为评价土壤肥力高低、生态环境质量优劣的一个重要生物指标[2-4]。土壤酶参与土壤中各种化学反应和生物化学过程，与有机物质矿化分解、矿质营养元素循环、能量转移、环境质量等密切相关[5]，其活性不仅能反映出土壤微生物活性的高低，而且能表征土壤养分转化和运移能力的强弱，是评价土壤肥力的重要参数 之一[6]。土壤酶学特征已作为一种潜在的指标体系指示有关土壤质量[7]。自20世纪80年代中期，土壤酶学与土壤学、农学、林学、水土保持科学及植物营养学等各学科相互渗透，土壤各种酶活性、土壤微生物多样性以及微生物生物量等的多方面研究也愈来愈多[8]，土壤酶的研究范畴已涉及几乎所有的陆地生态系统。对于土壤酶的来源、作用及其影响因素的研究在土壤酶学的发展中具有重要作用。本研究综述了土壤酶的来源、作用及其影响因素，并展望了土壤酶学的发展前景。 土壤酶的研究进展 刘善江1，夏雪1,2，陈桂梅1，卯丹1，车升国3，李亚星1 （1北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京100097； 2 山东省东明县农业局，山东东明274500；3 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081） 摘要：通过分析、总结国内外土壤酶研究进展，研究土壤酶的来源、作用及其影响因素，展望土壤酶学的发展前景，有助于该学科研究的纵深发展与广泛利用。土壤酶主要来源于土壤微生物、土壤植物和动物。土壤酶是土壤有机体的代谢动力，在土壤生态系统的物质循环和能量流动方面扮演重要的角色。土壤酶是土壤质量的生物活性指标，可以用来评价土壤肥力。土壤酶活性与土壤养分、土壤微生物、植物、施肥和耕作等农业管理措施密切相关，另外农药和重金属污染也会对土壤酶产生影响。关键词：土壤酶；作用；影响因素中图分类号：X71 文献标志码：A 论文编号：2011-0787 Study Progress on Functions and Affecting Factors of Soil Enzymes Liu Shanjiang 1,Xia Xue 1,2,Chen Guimei 1,Mao Dan 1,Che Shengguo 3,LiYaxing 1 (1Institute of Plant Nutrition and Resources ,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences , Beijing 100097;2Dongming Agricultural Bureau of Shandong Province , Dongming Shandong 274500;3Institute of Agricultural Resources and Regional Planning , Chinese Academy of Agricultural Sciences ,Beijing 100081)Abstract:In order to study the sources,functions and affecting factors of soil enzymes,prospect the development of soil enzyme,soil enzyme research progresses at home and abroad were analyzed and summarized.Soil enzymes are mainly from soil microbial activity,soil plants and animals.Soil enzymes are metabolic power of soil organism,they play an important role in the material cycle and energy flows of the soil ecosystems.Soil enzymes are biological activity of soil quality and can evaluate soil fertility.Soil enzyme activities are significantly related to soil nutrients,soil animalcule,plants,fertilizer,farming and other agricultural management practices,pesticides and heavy metals pollutions can also affect soil enzyme.Key words:soil enzymes;functions;affecting factors 基金项目：北京市科委“京产大宗农产品质量安全检测与监测科技支撑工程”课题（Z09090501040901）。 第一作者简介：刘善江，男，1965年出生，山东人，研究员，硕士，研究方向：土壤肥料与环境质量监测与评价。通信地址：100097北京市海淀区曙光花园中路9号北京市农林科学院植物营养与资源研究所，E-mail ：cheshg@https://www.360docs.net/doc/a21230413.html, 。收稿日期：2011-03-23，修回日期：2011-05-22。 中国农学通报2011,27(21):1-7 Chinese Agricultural Science Bulletin