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
起土壤酶活性在质和量上的差异。动物残体及土壤动物的分泌物也是土壤酶活性改变的原因[16]。由于群落种类组成不同,适于动物生长的营养源和环境因子也不同,因而也可改变土壤酶的质和量。土壤酶系是土壤中的一切生化过程的参与者,因而研究不同群落内的土壤酶活性对于探讨土壤微生物———酶———植物系统内的相互关系以及对于了解个别物种在群落中的地位和作用具有重要意义。
林区土壤酶活性随土层深度的增加,表现出一定的规律性。赵林森等通过杨树刺槐混交林试验,表明脲酶、蛋白酶、转化酶、碱性磷酸酶的活性在垂直分布上都表现出上层高于下层的规律;过氧化氢酶活性表现出随土层加深而升高;但多酚氧化酶随土层加深规律性表现不明显。以植物根系为中心,林区土壤酶活性表现出一定的水平分布规律。田呈明研究了3种林型下脲酶、蔗糖酶、纤维素酶的活性,其活性表现为根际区域>非根际区域。周国英在油茶林地的研究表现为根际的过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、纤维素酶活性大于非根际酶的活性。姚胜蕊等在苹果园的研究报道均表现为根际土壤酶活性>非根际土壤酶活性。
林区土壤酶活性的季节性变化主要受环境条件(干湿、温度变化)和林木生长等的综合影响。张其水在杉木连栽林地营造混交林后的研究表明,土壤酶活性以林木旺盛生长的夏秋季最高,春季次之,冬季最低,与胡延杰在杨树刺槐混交林及纯林土壤中的研究结果以及关松荫等的研究结果一致。
2 土壤酶的作用
土壤酶是土壤生物化学过程的积极参与者,在森林生态系统中的物质循环和能量流动过程中扮演着重要的角色(周礼恺,1989;Burns et al,2001;K issetal,1998)[17,18]。尽管森林生态学和土壤学中有关森林土壤酶研究的报道较多(Facelli et al,1974;Setletal,1991:W ood,1991;Dilly et al.,1996)。但迄今为止,尚无有关旅游风景区土壤酶研究进展的文献综述。2.1 评价土壤肥力
19世纪50年代,H ofmam等人率先提出用蔗糖酶活性作为评价土壤肥力状况的指标,其根据在于该酶活性综合反映了气候、栽培、土壤改良和土壤性质的变化。19世纪80年代有人提出一些土壤酶的综合活性作为预测土壤肥力的方法。这种方法与用某种酶活性的评价方法相比能更好地反映有机质更新全过程中养分的释放,以及无机养分的相对有效性。我国学者根据土壤酶活性与肥力呈正相关的关系,对多种土壤酶进行了聚类统计分析,并将我国土壤分成四个肥力等级。土壤有机质在各种酶的作用下,释出特定的植物养分,因此,酶活性不仅与土壤肥力状况有关,而且与植物养分的有效性有关[19]。例如,在真菌作用下,一些糖酶参与凋落物的分解,致使土壤中有效磷与有效氮增加。酸性磷酸酶活性与各种形态的土壤磷,酸性、碱性磷酸酶活性与小麦、三叶草根际中的有机磷的减少呈正相关。而且,酸性磷酸酶活性还与小麦产量呈显著正相关。S peir对汤加土壤的研究表明,土壤硫酸醋酶可作为诊断土壤中硫素营养的指标[20]。另外,土壤中氮的转化与蛋白酶、脲酶活性相关,蔗糖酶的活性可以反映土壤中碳元素的转化和呼吸强度,过氧化氢酶与土壤有机质的转化速度有密切的关系,纤维素酶与土壤中纤维素含量有关。据此认为,酶学方法也可用于评价土壤中其它微量元素的有效性。
利用土壤酶对pH的敏感性,可以评估土壤的pH值。例如,酸性土壤中主要存在酸性磷酸酶,少有或无碱性磷酸酶。Peshakov进一步拓宽了上述有关pH值的概念,将氮、鳞、钾肥的最佳用量定义为能产生最大脲酶、蔗糠酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性的用量。
2.2 诊断土壤污染
土壤酶可用来评价许多污染物对相对“健康”土壤的影响。因此,以往对酸雨、重金属、农药,以及其它工业与农用化学品引起土壤酶活性变化的研究十分活跃。Jarvis的研究发现,pH2.7的模拟酸雨可抑制土壤中脱氢酶、蛋白酶、磷酸酶和芳基硫酸酷酶的活性[21,22]。Ohlinger的研究认为,酸雨可明显减弱变成土中酶的活性,但对敦土中酶的活性影响不大。Mathu还就重金属与外派生物剂对土壤酶活性的影响方式进行了研究[23],发现两者的影响方式不同。一般来说,引起生物影响的重金属,尤其是汞、银、钴、铜的浓度要低于外源生物剂的浓度。同时,有机土中添加微量铜,可抑制糖酶的活性,导致土壤有机质的矿化与损失。但是,许多金属在低浓度下,可作为土壤酶的组成成分,维持酶的最佳生物活性。Jem的研究还发现,镁、钙、钡、钴、镍、锌、锰可激活焦磷酸酶。
通常,土壤酶活性的测定可用来检测土壤中重金属与其它工业污染物的相对污染程度。其中,蔗糖酶的活性可用来对由重金属与硼引起的土壤污染进行初步评级。抗坏血酸氧化酶,硝酸、亚硝酸还原酶可用作土壤污染的诊断标准。
作为土壤污染的指标。研究表明,土壤酶参与有机化合物的降解有可能在治理污染土壤方面得到应用。重复使用一种或几种类似化学结构的农药。可能导致农药的迅速降解,很快丧失药效。Murpiry发现,土壤重复使用杀虫剂后,可增强磷酸酶的活性,从而催化水解反应,降解杀虫剂小的醋酸基。土壤萃取液中,可加速杀虫剂的降解。有关土壤酶失活的机理。Dick的研究认为,当部分纯化的游离态酶被加入土壤时,酶与土粒结合,掩蔽了酶的活性位。此外,还由于土壤中可溶性盐对酶的抑制,以及酶自身的生物降解作用,导致了酶的失活,因此,要使酶在去除土壤污染中得到应用,必须深入研究土壤中酶学的机理,采取相应的措施。
有关重金属污染对土壤酶活性影响的研究报道很多。最近,和文祥等(2001)的研究表明,Hg导致土壤脲酶和转化酶活性降低。M orenoa等(2001)研究了Cd对土壤脲酶、脱氢酶活性及ATP含量的影响。表明Cd对土壤酶活性有明显的抑制作用,但粘粒含量较高的土壤的酶活性受到抑制作用相对较弱。S peir等(1995,1999)研究了Cr(VI)和As(V)对土壤生物的毒害作用,结果也表明,土壤酶活性随着土壤重金属离子含量的增加而降低。这些研究表明,由于土壤酶是一种蛋白质,因而土壤酶活性对重金属污染(如Hg,Cd,As,Cr,Pb 和Zn等)的敏感性很强,所以利用土壤酶活性可以监测重金属污染区的污染状况。另外,有关化学肥料、除草剂、灭菌剂和酸雾等对土壤酶活性的影响及其土壤酶活性被当作土壤污染的重要生物活性指标。土壤酶活性作为土壤污染的生物活性指标是土壤学目前的研究重点之一。
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2.3 土壤质量的生物活性指标
土壤微生物及其活性常常被作为自然和农业生态系统中土壤胁迫过程或生态恢复过程的早期敏感性指标,尤其是20世纪80年代末以来,土壤酶作为土壤质量的生物活性指标一直是土壤酶学的研究重点[25～27]。
作为土壤质量指标。土地利用方式的改变对土壤酶活性的影响相当明显。例如,森林生态系统转变成农业生态系统导致了土壤退化,土壤β—葡萄糖甘酶、磷酸单脂酶、土壤有机质含量和土壤微生物生物量降低。轮作方式的土壤转化酶、β—葡萄糖甘酶、磷酸酶和脲酶活性常高于单作方式下的土壤,经常被作为耕作方式对土壤质量的生物评价指标。
施肥和作物残体可通过改善土壤水热状况和微生物区系而影响土壤酶活性。例如,小麦和玉米秸秆还田可以提高土壤葡聚糖酶、酶性和碱性磷酸酶、磷酸单脂酶、焦磷酸酶和芳基硫酸脂酶活性。增施有机肥能提高果园的土壤微生物数量和酶活性;增施有机物肥料和微生物肥料有利于改善土壤理化性质和微生物区系,提高土壤转化酶、磷酸酶、葡聚糖酶、过氧化物酶和脲酶活性。可见,土壤酶活性作为土壤质量的评价指标是目前土壤酶学研究的重要方向和领域。
3 植物—土壤界面的土壤酶
植物—土壤界面的土壤酶活性对于了解土壤生态过程具有重要作用。植物—土壤界面主要包括土壤—凋落物和根。土壤—凋落物界面是植被对土壤生态系统产生直接和间接影响的最为重要的生态过程之一,也是生态系统内物质循环最为活跃的场所。K vandeler等(1999)研究了土壤—凋落物界面凋落物、土壤和土壤—凋落物界面的转化酶、木质素分解酶和蛋白酶活性,表明生态界面的土壤酶活性最高。这主要是由于土壤—凋落物界面的土壤通气性和水热条件相对较好,土壤动物和微生物活跃,因而土壤酶活性相对较高,有利于植物凋落物的分解和转化。由于根际土壤是植物与土壤直接进行物质交换的最为活跃的场所,而根际土壤酶在物质交换过程中扮演着重要的角色(Dviamantidis et al.,2000),所以研究植物根际土壤酶活性对于探索植物对土壤的作用过程和机理具有重要作用。目前,根—土壤界面生态研究主要集中于根际土壤酶、根际土壤微生物和根系分泌物等方面。部分研究表明,杉木根际土壤脲酶、过氧化氢酶、中性和酸性磷酸酶、过氧化物酶活性明显高于非根际土壤(陈竣等,1994)。杨承栋等(1999)进一步研究表明,杉木幼林的根际土壤酶活性低于非根际土壤,但随着林龄的增加,根际土壤酶活性显著高于根外土壤。由于根际土壤在根—土壤界面扮演着重要的角色,而土壤酶活性与土壤C,N,P,S等养分元素的转换密切相关(Bentivtez et al,2000),又受到根系分泌物的影响,所以根际土壤酶研究对于探讨植物对土壤生态系统的影响具有重要意义。
4 土壤生态条件与土壤酶的关系土壤生态条件,包括土壤理化性质、土壤水热状况等方面,对土壤酶活性具有深刻的影响。土壤粘粒含量、土壤有机质和腐殖质含量对土壤酶的特性具有明显的作用。由于土壤酶能被土壤粘粒吸收或与腐殖质分子结合而主要以有机无机复合体的形式存在于土壤中,所以能在很长时间内保持其活性。由于土壤酶的稳定性普遍受到化学和物理因素的影响,所以土壤酶的稳定性和动力学特征一直是土壤酶学研究的重点和难点问题。尽管有几种理论试图解释土壤物质组成和结构(如高岭土和蒙脱石等)对土壤酶稳定性产生的保护作用,但仍然未能揭示土壤稳定性的机理。游离土壤酶在土壤酶中所占的比例很小,约0%～1%,并且很容易降解或失活。T abatabai等(1992,1996)研究过土壤腐殖质与酶活性的相互作用,认为在腐殖质含量高的土壤中,土壤酶主要是以腐殖质—酶复合体的形式存在。K andeler等(1999)研究表明,土壤木聚糖酶和转化酶活性与土壤粒径密度相关。Busto等(2000)采用连续分级的方法研究了扰动和自然土壤在不同的分级处理过程中,酶—有机无机复合体的稳定性和定位特征。结果表明,当采用自然分散法对土壤进行分级时,粒径小于50μm的微团聚体土壤的β—葡萄糖甘酶活性占73%以上,这些微团聚体与腐殖化的有机质紧密相连;用中性焦磷酸分散后的不同粒径的土壤酶活性以团粒直径小于50μm和团粒直径为100～2000μm的土壤酶活性最高(分别为34.5%和36.0%),但采用微滤和超滤法过滤后的土壤,粒径小于50pm团粒的土壤酶活性明显升高,而粒径为100～2000μm的团粒的土壤酶活性降低。这些研究表明,土壤酶主要以酶—无机矿物胶体复合体、酶、腐殖质复合体和酶—有机无机复合体等形式存在于土壤中,土壤粘粒含量和腐殖质含量较高的土壤,酶活性的持续期相对较长。
综上所述,土壤酶是土壤一切生物化学过程的积极参与者,在森林生态系统中扮演着重要的角色,因而是生态系统的物质循环和能量流动等生态系统过程中最为活跃的生物活性物质。土壤酶系统又与森林土壤理化性质、土壤水热状况、土壤代谢及土壤生物(动物和微生物)区系、数量和生物多样性等密切相关,因而又是土壤质量的生物活性指标。土壤酶的功能多样性还与土壤功能的多样性紧密相关(K anleler et al.1996)。可见,研究林区土壤酶系统分异规律,探讨林区土壤酶系统分异的机制,对于探索林区生态系统过程和功能具有研究其它土壤理化性质所不可替代的作用。可以预见,随着土壤酶学的发展,林区土壤酶研究将对林区生态学和林区土壤学的研究起到积极的推动作用。目前,人们更加注重利用土壤酶学知识解决现代的农业问题和环境问题。
5 土壤微生物与土壤酶的关系
土壤酶的研究历史本身就是与土壤生物,尤其是土壤微生物研究密切相关的。土壤微生物与土壤酶的关系是林区土壤酶研究的重点之一[27]。早期的研究表明,担子木材腐烂过程中,担子菌纲真菌能释放漆酶、过氧化物酶、木质素过氧化物酶等,这对于木质素和纤维素等的降解具有重要作用(G lenn et al,1985;Sariallani,1989;T ien et al,1984)。近年来,关于土壤生物,尤其是土壤微生物与土壤酶活性关系的研究报道也很多。一般而言,特定的土壤酶活性与细菌和真菌类群密切相关(A on et al,2001)。例如,放线菌能释放降解腐殖质和木质素的过氧化物酶、醋酶和氧化酶等(Dari et al.1992; Magnus on et al.,1992;S im oes et al.,1997),Naseby等(2000)研究表明,木霉属(T richoderma)和腐霉属(Pythium)增加T与C,
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N,P循环有关的砂壤土上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 et al,2000)。菌根菌和Azospirillum,Pseudom onas和T richoderma等细菌对其它微生物种群具有明显的促进或抑制作用,但提高了土壤酶活性。Diamantidis等(2000)还从根际土壤的阿维属细菌(Azospirillumlipoferum)中提纯漆酶,并测定和分析了漆酶的特征。这些研究表明,细菌、真菌和放线菌等是土壤生态系统中土壤酶活性的重要来源。
在土壤生态系统退化、群落演替及人类对土壤生态系统的干扰过程中,土壤酶活性与土壤微生物数量、微生物多样性、微生物生物量及土壤动物数量等呈显著相关(G roffman et al.,2001;T aylor et al,2002;Bandick et al,1999)。最近,T aylor 等(2002)采用活细胞计数、显微镜直接观察、DNA技术和菌落计数等研究手段对比研究了粉砂粘壤土和壤土不同层次的土壤微生物数量与土壤酶活性的关系,结果也表明,土壤微生物数量,尤其是土壤细菌丰度与土壤芳基硫酸脂酶、磷酸单脂酶、β—葡聚糖酶、脱氢酶和FDA水解酶等酶活性呈显著正相关[28,29]。土壤动物,如蚯蚓、原生动物、线虫等也与土壤酶活性密切相关。这些研究表明,土壤酶与土壤生物在土壤关键生态过程中扮演着重要角色。
可见,有关土壤微生物与土壤酶的来源和活性的关系研究,尤其是关于生态系统过程中土壤酶和土壤生物的关系对于土壤酶学的研究和发展具有重要意义。利用先进的土壤微生物研究技术、生物化学技术和分子生物学技术来探讨土壤生物,尤其是土壤微生物区系、微生物数量、生物多样性及生物量与土壤酶活性的关系,有助于揭示土壤酶的来源、性质及土壤酶在关键生态过程中的作用和地位。
6 酶活性的测定
土壤酶参与有机质的分解和腐殖质的形成,它对土壤肥力状况起着重要作用。特别是多酚氧化酶活性影响腐殖质的形成,并有可能造成有毒的多酚类物质的积累,从而影响林区树木的生长与成活。
蛋白酶活性的测定:采用比色法,蛋白酶是水解酶类的一种,它水解蛋白质为肽,最终形成氨基酚;土壤蛋白酶的活性与土壤中有机氮化物的分解相关,因而在一定程度上反映土壤氮素营养状况。以白明胶为反应基质。用其水解所产生的氨基酸的数量表示土壤蛋白酶的活性。
纤维素酶活性的测定:采用比色法,用10g土样在7h 内消耗的葡萄糖表示。
半纤维素酶活性的测定:见参考文献[30]。
过氧化氢酶活性的测定:采用容量法[31],用滴定酶促反应的K MnO
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的量之差,求出分解的量,来表示酶活性(2m ol K MnO4mlΠg干土)。
脲酶活性的测定:脲酶采用苯酚—次氯酸钠比色法:脲酶是一种高度专性的酶,能促使尿素水解水解成氨、水、二氧化碳,可以测定产生的氨量在强酸性溶液中奈氏试剂反应表示脲酶的活性。
多酚氧化酶活性的测定:采用比色法,多酚氧化酶酶促邻笨三酚,后用乙醚提取生成的紫色没食素,比着色的乙醚相。酶的活性以1g土壤2h内紫色没食子素的毫克数表示。7 土壤酶研究展望
土壤是人类生活和生存的重要资源。又是不可替代的环境。因此保护土壤环境,充分发挥人类的有利影响,已成为各国学者和政府特别关注的重要任务:土壤酶与土壤理化性质、环境条件等密切相关,所以土壤酶被作为土壤生态系统变化的敏感指标。随着科学的发展和新技术的引进,对土壤酶的研究日渐深入,测定手段、研究方法日臻完善。将土壤酶活性与土壤生产力及土壤肥力、土壤质量联系起来取得了一定的成功。但作为土壤科学研究的重点之一,应对土壤酶的存在状态及生化动力学特性给予重视,并且应用土壤酶学知识解决现代环境、农业、林业、生态及其它方面的实际问题。
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展出现新的亮点。人工林木材作为结构材、室外用材以及室内装饰用材,将是人工林木材应用的重要领域。人工林木材除作为人造板和造纸材料外,能发挥其重要价值的市场是木结构建筑。在上海、杭州、大连等城市已经开始出现木结构房屋,有关木结构的标准已陆续出台。做好人工林木材在结构用材等领域的产业发展,是人工林木材实现深加工利用的主要方向。
欧洲的一些林工企业通过对人工林木材的改性处理,将人工林木材进行表面硬化、防腐、防水等改性处理,已经将人工林木材广泛应用于室外工程,例如做户外园林建筑用材、城市公共设施的栅栏与地面防水地板、候车亭等,从而大大提高了人工林木材的利用价值。在湖南也出现一些室外木材建筑,但其原料并不是采用本土的人工林木材,而是引进国外的改性木材。木材作为室外用材将是今后建筑材料发展的主流,突破人工林木材改性技术,将为人工林木材开辟更大的应用空间。
3.4 优化产业政策和投资环境
制定相关的优惠政策,创造良好的投资环境,吸引有实力的大型国际企业来湖南发展人工林木材深加工产业,在湖南建立人工林木材深加工产品研发基地,打造一批具有知识产权的核心产品,延长产业链,提高产品的市场竞争力,实现产品的外向型发展,逐步走向国际市场。最终发挥龙头企业的辐射作用和规模效益,促进该产业向规模化、专业化、集约化方向迈进。
4 小结
人工林木材深加工产业是现代林业产业的一个重要内容。湖南人工林木材深加工产业拥有巨大的发展潜力,也遭遇良好的发展机会。在生态建设和经济建设的双重要求下,必须发展湖南人工林木材深加工产业。在社会各界的共同努力下,充分发挥政策、资源、科技、人才等各方面的作用,发展湖南人工林木材深加工产业大有可为。
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??李正茂,等:发挥资源优势,加快湖南人工林木材深加工产业的发展
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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
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）；
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
分子生物学手段 在土壤污染生物修复中的应用 摘要: 污染土壤的修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复，文章 综述了分子生物学技术包括环境微生物群落降解基因分析、16S rRNA序列 分析技术以及荧光原位杂交技术在生物修复技术中跟踪污染土壤中降解微 生物行为、监测降解基因和微生物群落变化，揭示了其中的分子机制的应 用现状，对各项技术应用中需要注意的问题进行了讨论并对其发展前景进 行了展望。 关键词: 分子生物学；降解基因；16S rRNA；FISH Molecular biology techniques in bioremediation of soil: Current status and future Abstract：This review starts with a brief overview of the molecular biology techniques applied to the bioremediation of soil. The principles of the catabolic gene probe analysis of microbial community, 16S rRNA sequence analysis and fluorescent in situ hybridization (FISH) and their applications to monitoring the fate of contaminant-degrading microorganisms, detecting catabolic gene and analyzing the changes of microbial community in contaminated soil are highlighted. The problems and prospects of these techniques are discussed. Key words: molecular biology; catabolic gene; 16S rRNA; FISH
生物修复污染土壤技术研究进展 1土壤污染和生物修复概述 土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在 2 m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。 近年来，由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。凡是妨碍土壤正常功能，降低作物产量和质量，还通过粮食、蔬菜，水果等间接影响人体健康的物质，都叫做土壤污染物。人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化，并进而造成农作物中某些指标超过国家标准的现象，称为土壤污染。 土壤重污染对人体以及动植物危害的严重性以及其循环过程中不能被降解的特殊性无疑给科学家们提出了巨大的挑战。传统的修复技术，包括物理修复和化学修复，虽然在局部小范围的修复中应用效果明显，但其治理成本高，破坏土壤理化性质，存在二次污染风险，而且对于污染面积巨大且程度较轻的土壤难以实施应用。近年来，应用生物(包括植物和微生物)来修复重污染土壤的研究已经引起了各国科学家的广泛关注。生物修复方法对土壤生态环境不会有影响．是保证土壤生态健康和农业叮持续发展的重要措施[1]。 微生物修复 微生物修复是研究得最早、最深入、应用最为广泛的一种生物修复方法。它利用自然环境中的土着微生物或特效外源微生物的代谢活动，在人为优化的环境条件下加速对环境中污染物的转化、降解与去除[2]。 植物修复 ' 植物修复技术是一种新兴的绿色生物技术．能在不破坏土壤生态环境．保持土壤结构和微生物活性的情况下．通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收．通过收获植物地上部分来修复被污染的土壤。植物修复的机理通常包括植物
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.
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。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/4410972101.html, 土壤生物工程技术在河道坡岸生态修复中的应用 作者：刘艺灏 来源：《科技风》2017年第23期 摘要：土壤生物工程技术属于新型的集成工程技术，是利用存活植物来构筑边坡的新技术，在河道坡岸生态修复中，表现出良好的应用前景。本文就土壤生物工程的原理进行阐述，并针对土壤生物工程技术在河道坡岸生态修复中的应用做出总结。 关键词：土壤生物工程技术；河道坡岸生态；修复；应用 土壤生物工程是利用种植一些植物及其一些辅助工程来巩固边坡结构，减少水土流失，保护植被及改善周边生态环境的一项工程。近年来欧美一些发达国家用这种方法来加固边坡结构和保护环境，也有记载我国古代也用这种方法来达到稳定边坡的目的。1996年，Donald Gray 教授和Robbin Sotir女士撰写了论文“边坡稳定的生物技术和土壤生物工程”对美国边坡稳定和侵蚀控制中的宝贵的经验进行了总结，为土壤生物工程奠定了理论和实践基础。 随着人们保护环境意识的加强，逐步认识到土壤生物工程对生态修复有着重要的意义。现代土壤生物工程利用生态学原理，周密的考察和设计实际的植物和土壤生态系统，同时利用植物强化土壤的结构，限制表层的土壤颗粒，起到保护边坡的生态，防止水土流失，确保边坡的植被达到水平的作用。土壤生态技术同传统的工程技术相比，具有技术上、生态上、经济上和美学上的显著优势。但是，生物技术工程也不能完全取代传统的工程技术，两者要结合起来，达到进一步的完善。 一、土壤生物工程的原理 植物的根、茎或整体是具有生命力的土壤生物工程结构主体元素，将它们按照不同的方式和方法进行不同方位种植、插秧，建立一个个有强大生命的群体，起到稳固边坡，防止水土流失和修复生态的作用。 （一）对土壤的加固和稳定 植物的根系能够固定土壤，并且吸收其水分，使土壤的分子空间更加密集，从而使其结构更加稳固。 （二）控制水土流失
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 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。
土壤生物工程———边坡生态修复的新技术土壤生物工程是一项建立在可靠的土壤工程基础上的生物工程，即采用存活植物及其他辅助材料来构筑各类边坡（山地斜坡、江河湖库堤岸、海岸坡岸等）结构，实现稳定边坡，减少水土流失和改善栖息地生境等功能的集成工程技术。利用植物稳定边坡的方法自古就有，近20年来又在欧美风靡一时，成为边坡稳定、侵蚀控制和生境修复的重要工程手段。 土壤生物工程的生态修复作用与效果，已经越来越为人们所认识。现代土壤生物工程要求运用生态学的原理，对实际的植物和土壤系统作出周密的考察和设计，利用植物对土壤结构的强化，对表层土壤颗粒运动的限制，以及对边坡生态系统的改善等作用，不仅能够稳定边坡和控制水土流失，还能确保边坡植被水平和垂直结构合理，生态系统演替有序和景观优美。同传统的工程技术相比，土壤生物工程的技术、生态、经济和美学优势是显而易见的。当然，土壤生物工程不能完全替代传统的工程技术，在工程实际中通常是两者联合使用、相互完善。 土壤生物工程的原理 与其他工程不同，土壤生物工程采用有生命力植物的根、茎（枝）或整体作为结构的主体元素，把它们按一定的方式、方向和排列插扦、种植或掩埋在边坡的不同位置；在植物群落生长和建群过程中加固和稳定边坡，控制水土流失和实现生态修复。 众多研究表明：植物能降低土壤空隙的压力，吸收土壤水分；同时植物根系能提高土壤的剪切力，增强土体的黏附力，从而使土壤结构趋于坚固和稳定。边坡植物可以截留降雨，延滞径流，调节土壤湿度，减少风力对土壤表面的影响；还可以通过拦截、蒸发蒸腾和存储等方式来促进土壤水循环，促进土壤发育和表层活土的形成，调节近地面温度和湿度以促进植物生长，提供并改善多种生境，恢复边坡的生态功能和生物多样性。 土壤生物工程的基本技术 土壤生物工程要求使用大量的可以迅速生长新根的木本植物，最常用的木本灌木和乔木是：柳、杨类、山茱萸类、或其他当地物种。除了要求迅速生根之外，用于河道坡岸的植物，特别是在水位线附近的植物还必须有良好的耐水性能。土壤生物工程的种植技术比较简单，主要有3种形式（见图）：（1）单枝扦插：直接扦插能够成活并生长根系的乔灌木枝干（如柳枝条等）。其工程特点为工作量小，成本低，有广泛的适应性，经常与柴笼和灌丛垫联合使用。 （2）捆栽：也叫柴笼，将枝条捆扎成一束，通常按等高线水平浅埋入岸坡高水位以上的位置。其工程特点为施工简单，造型容易，多用于坡度较缓的边坡水土流失控制。柴笼生长成型后具有很好的景观效果。 （3）层栽：也称灌丛垫，植物枝条的结构是交互成层或成排形状，枝条组成篱笆状，既可按水平或垂直方向布置，也可按不同的角度插栽。通常与其他结构例如土工布、石笼、堆石等联合使用，其施工技术较为复杂。生长成型后，具有较强的抗侵蚀、抗冲蚀和稳固岸坡的功能，而且景观效果很好。 上述3种基本的种植技术和方法，从点、线、面结合起来，可以构筑各种不同类型的边坡、不同形状的坡面和不同景观效果的生态坡岸。 在河道生态坡岸上的应用 上海市环境科学研究院和华东师范大学河口海岸国家重点实验室对土壤生物工程技术和方法进行了系统的研究和开发，并于2004年初在上海市浦东新区机场镇使用土壤生物工程技术构筑生态河道的生态坡岸。示范工程表明，土壤生物工程对河道坡岸的生态系统有明显的修复和改善作用：（1）植物根系对坡岸的稳定作用 许多研究表明，土壤的剪切力或黏结力与土壤中根系的生物量成正比关系。经过9个月的生长，坡岸土壤中植物根系新增生物量达每立方米0.12～0.34公斤（干重），大大增强了河道坡岸的稳定性。而没有采用土壤生物工程的坡岸，虽然经过疏浚和整治，但坡岸长期裸露，植被得不到恢复，造成严重的坡岸侵蚀，先前的疏浚和整治功亏一篑。 （2）对河道坡岸栖息地的改善
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 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。
关于土壤生物修复技术相关论述 污染土壤修复技术的研究起步于20世纪70年代后期。在过去的30年期间，欧、美、日、澳等国家纷纷制定了土壤修复计划，巨额投资研究了土壤修复技术与设备，积累了丰富的现场修复技术与工程应用经验，成立了许多土壤修复公司和网络组织，使土壤修复技术得到了快速的发展。中国的污染土壤修复技术研究起步较晚，在“十五”期间才得到重视，列入了高技术研究规划发展计划，其研发水平和应用经验都与美、英、德、荷等发达国家存在相当大的差距。近年来，顺应土壤环境保护的现实需求和土壤环境科学技术的发展需求，科学技术部、国家自然科学基金委、中国科学院、环境保护部等部门有计划地部署了一些土壤修复研究项目和专题，有力地促进和带动了全国范围的土壤污染控制与修复科学技术的研究与发展工作。期间，以土壤修复为主题的国内一系列学术性活动也为中国污染土壤修复技术的研究和发展起到了很好的引领性和推动性作用。土壤修复理论与技术已成为土壤科学、环境科学以及地表过程研究的新内容。土壤修复学已经成为一门新兴的环境科学分支学科，修复土壤学也将发展成为一门新兴的土壤科学分支学科。 环境污染分为大气污染、水体污染和土壤污染，没有土壤，没有土地，老百姓只能饿死。环境污染是指由于人类活动引起环境质量下降而有害于人类以及其他生物正常生存和发展的现象。环境污染按环境要素可分为大气污染、水体污染、土壤污染和生物污染。大气污染了，人们无法呼吸；水体污染了，人们不能饮水；土壤污染了，我们没有粮食吃；生物污染了，人类可能没有肉食吃，或者人直接病死。所以说，环境污染非常可怕。这里我们只谈土壤污染。土壤是环境中特有的组成部分，它是一个复杂的物质体系，组成的物质有无机物和有机物。在地球表面，土壤处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是生态系统物质交换和物质循环的中心环节，是连接地理环境各组成要素的枢纽。植物直接生长土壤上，土壤是植物营养物质的最主要的供应地。“皮之不存，毛将焉附”；“民以食为天，食以土为本”。没有土壤，就长不出植物，更别提庄稼了。岩石上至多生长一些地衣、苔藓，水里还有一些浮游生物，人类能靠地衣、苔藓、浮游生物养活吗？所以说，土壤是最宝贵的自然资源之一，是人类赖以生存的必要条件。土壤，或者说是土地，还是人类社会演替发展的关键因素。封建地主控制了土地，统治了农民；共产党通过土地革命，赢得了广大人民的拥护。 土壤被污染后修复起来较为困难,见效慢时间长,且容易造成新的污染。利用生物方法进行修复的时候,实际上是利用生态方法,形成新的生态环境,在修复土壤的同时也不会带来新的环境危害。例如,利用一些根系植物来吸附土壤中的有害物质（重金属）,在修复土壤的同时,根系发达的此类植物还能起到固土,防止水土流失的作用,在一定程度上植物的生长也美化了环境.此外,利用一些土壤中所必须得活性菌种来作为肥料,既不会像化肥一样污染土壤和周围水体,也可以满足作物所需要的营养元素,菌体还会调节土壤微环境,带来更好的种植生长环境。 然而，各种人为与自然的因素使人类赖以生存的土壤遭受不同程度的破坏，致使原有土壤理化性质退化、丧失耕作价值，并危及食物链安全与人类自身健康。这种丧失了耕作价值的土壤称为污染土壤。 {我国农田污染十分严重，汇总统计，令人目不忍睹。}据薛惠尹报道，我国城市与工业废水年排放总量达4×1010吨，其中工业废水排出镉、汞等重金属为2700吨左右，且相当一部分污染物通过灌溉途径进入农牧业生产环境；我国大约有40%的地面水源不符合农田灌溉水质标准，直接影响灌溉农田面积约3.2亿亩；全国有8000万亩左右的农田采用污水灌溉，其中约70%主要或唯一依靠污水作为灌溉水源。灌溉水源中的镉、汞、铜、锌等重金属