紅壤水稻土累積酶活性及養(yǎng)分對(duì)長(zhǎng)期不同施肥處理的響應(yīng)①

李委濤，李忠佩*，劉 明，江春玉，吳 萌（ 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 20008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 00049）

紅壤水稻土累積酶活性及養(yǎng)分對(duì)長(zhǎng)期不同施肥處理的響應(yīng)①

李委濤1， 2，李忠佩1， 2*，劉 明1，江春玉1，吳 萌1
（1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

本研究基于鷹潭農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站24年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，揭示對(duì)照（不施肥，CK）、有機(jī)肥（C）、化學(xué)氮磷鉀肥（NPK）、化學(xué)氮磷鉀肥+有機(jī)肥（NPKC）等不同施肥處理對(duì)紅壤水稻土酶活性及土壤養(yǎng)分的影響。于晚稻收獲后采集各小區(qū)耕層土壤，測(cè)定紅壤水稻土中轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性（測(cè)定時(shí)并設(shè)加0.5 ml甲苯與不加甲苯處理）及轉(zhuǎn)化酶動(dòng)力學(xué)特征，同時(shí)測(cè)定土壤養(yǎng)分含量及微生物生物量碳，分析酶活性與養(yǎng)分含量及微生物生物量碳間的關(guān)系，明確土壤中累積酶活性及土壤養(yǎng)分對(duì)長(zhǎng)期不同施肥處理的響應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，施肥處理下土壤轉(zhuǎn)化酶活性顯著提高了31.3% ～ 131.7%，微生物生物量碳顯著提高了84.9% ～ 125.1%；在沒(méi)有甲苯抑制微生物活性下，施肥處理的轉(zhuǎn)化酶底物蔗糖轉(zhuǎn)化速率增加量提高了89.5% ～ 153.7%，脲酶底物尿素轉(zhuǎn)化增加量提高了59.2% ～ 98.9%，表明微生物顯著影響兩種累積酶表觀酶活性；轉(zhuǎn)化酶活性、脲酶活性與微生物生物量碳呈顯著正相關(guān)。與對(duì)照處理相比，施肥處理顯著增加了土壤有機(jī)碳（30.1% ～ 36.3%）、全磷（28.6% ～ 102.9 %）、速效磷（62.2% ～ 445.0%）、堿解氮（35.9% ～56.4%）含量；統(tǒng)計(jì)分析顯示，轉(zhuǎn)化酶活性、脲酶活性均與堿解氮、有機(jī)碳含量顯著正相關(guān)。與對(duì)照相比，各施肥處理土壤的轉(zhuǎn)化酶米氏常數(shù)（Km）差異并不顯著，而轉(zhuǎn)化酶表觀活性（Vmax）及轉(zhuǎn)化系數(shù)（Vmax/Km）均顯著增加。長(zhǎng)期施肥處理增加了土壤養(yǎng)分含量和微生物生物量碳，提高了土壤中累積酶的活性。

轉(zhuǎn)化酶；脲酶；微生物生物量碳；土壤酶動(dòng)力學(xué)

土壤中幾乎所有的生物化學(xué)反應(yīng)都是在酶參與下進(jìn)行的，土壤酶活性反映了土壤中進(jìn)行的各種生物化學(xué)過(guò)程的強(qiáng)度和方向，它是土壤的本質(zhì)屬性之一［1］，也是評(píng)價(jià)土壤生物活性和土壤肥力的重要指標(biāo)［2］。碳氮轉(zhuǎn)化是土壤中重要的生物化學(xué)過(guò)程，研究與其相關(guān)的酶活特性，對(duì)深入揭示碳氮轉(zhuǎn)化過(guò)程機(jī)制有重要意義。累積酶通常是指沒(méi)有微生物增值時(shí)存在土壤中、且具有活性的酶［1］。累積在土壤中的那部分酶，經(jīng)常被土壤黏粒吸附或與腐殖質(zhì)結(jié)合成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的形式，變性和分解的可能性較低，可長(zhǎng)期穩(wěn)定地存在土壤里［1］。通常測(cè)定的酶活性是土壤理化性質(zhì)與土壤酶濃度共同影響下的表觀酶活性。土壤理化性質(zhì)的改變對(duì)酶活性造成的直接影響無(wú)法描述，而酶促動(dòng)力學(xué)中的米氏常數(shù)（Km）是表征某一類酶的特征參數(shù)，只與酶的種類、以及測(cè)定溶液的理化性質(zhì)相關(guān)，與酶濃度無(wú)關(guān)，可用來(lái)表征土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤酶活性的影響［3］。累積酶活性的測(cè)定常采用甲苯抑制土壤中微生物活性后的表觀值［4］，Kiss［5］比較了加甲苯與不加甲苯兩種情況下底物蔗糖的轉(zhuǎn)化，在測(cè)定過(guò)程中土壤微生物的增殖對(duì)于蔗糖的轉(zhuǎn)化影響不顯著，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化酶是土壤中的累積酶。少量甲苯對(duì)洋刀豆脲酶活性的影響極其微弱，但可顯著增強(qiáng)土壤的脲酶活性［6］。比較未加甲苯和加甲苯后酶底物的轉(zhuǎn)化速率，可了解功能微生物群落對(duì)特定酶活性的影響，但文獻(xiàn)中相關(guān)研究報(bào)道較少。

施肥深刻影響著土壤質(zhì)量的演化，大量研究表明長(zhǎng)期施肥能增加土壤養(yǎng)分、提高酶活性及增加微生物群落多樣性［7-9］。土壤酶活性和施肥方式密切相關(guān)，不同施肥處理對(duì)酶活性的影響有顯著差異性，不同累積酶對(duì)同種施肥處理的響應(yīng)也并不一致［10］。然而長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)土壤累積酶動(dòng)力學(xué)特征的影響并不明確，功能微生物群落對(duì)特定酶活性的影響也并不清楚。特別是紅壤水稻土的肥力形成過(guò)程中不同施肥措施的影響機(jī)制仍需深入探索。本研究通過(guò)田間長(zhǎng)期試驗(yàn)的采樣分析，測(cè)定轉(zhuǎn)化酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)，分析不同施肥處理的紅壤水稻土累積酶活性變化；在有甲苯和無(wú)甲苯抑制微生物活性情況下，分別測(cè)定轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性，評(píng)估微生物對(duì)表觀酶活性的貢獻(xiàn)；結(jié)合土壤養(yǎng)分及微生物生物量碳結(jié)果，明確長(zhǎng)期施肥處理對(duì)土壤質(zhì)量的影響，結(jié)果可為合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)設(shè)在鷹潭農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，地處江西省余江縣，地理位置1l6°55′E，28°15′N，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫17.6℃，平均降雨量1 795 mm（降雨集中于3—6月），年蒸發(fā)量1 318 mm，無(wú)霜期261 天［11］。試驗(yàn)始于1990年，輪作制為雙季水稻。試驗(yàn)小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)之間用水泥埂隔開（地面高15 cm，地下部分深50 cm），并設(shè)置有灌排設(shè)施。供試土壤屬于簡(jiǎn)育紅壤水稻土，發(fā)育自第四紀(jì)紅色黏土，基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)5.7 g/kg，全氮0.43 g/kg，全磷（P2O5）0.65 g/kg，全鉀（K2O）13.4 g/kg，速效磷5.6 mg/kg，速效鉀105.9 mg/kg，堿解氮90.2 mg/kg，pH 4.5，黏粒（＜1 μm）含量38%［12］。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

本試驗(yàn)設(shè)以下處理：①對(duì)照（不施肥，CK）；②有機(jī)肥（C）；③化學(xué)氮磷鉀肥（NPK）；④化學(xué)氮磷鉀肥+有機(jī)肥（NPKC）。肥料施用量按各處理要求，每季施肥量為N 115 kg/hm2、P2O568 kg/hm2、K2O 42 kg/hm2。其中氮肥為尿素，磷肥為鈣鎂磷肥，鉀肥為氯化鉀。磷肥和鉀肥以基肥形式施入，尿素分基肥和追肥按8︰7的比例兩次施入。有機(jī)肥處理中秸稈全部還田，另每季施入833.3 kg/hm2（干重計(jì)）豬糞以補(bǔ)充收獲籽粒所移出的養(yǎng)分［11］。作物輪作制度為雙季稻（Oryza sativa L.）。土壤樣品于2014年11月下旬采集，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)，采集0 ～ 15 cm耕層土壤組成混合樣品。一部分樣品挑去細(xì)根過(guò)2 mm篩后放入4℃冰箱中保存，用于土壤微生物生物量及酶活性的測(cè)定。另一部分風(fēng)干用于土壤轉(zhuǎn)化酶動(dòng)力學(xué)、以及土壤養(yǎng)分含量測(cè)定。

1.3 分析方法

采用鮮土測(cè)定酶活性及微生物生物量碳，測(cè)定前恒溫25℃培養(yǎng)7天，培養(yǎng)過(guò)程中土壤含水量為飽和含水量的40%。酶活性測(cè)定時(shí)，分兩類進(jìn)行測(cè)定，一類是加0.5 ml甲苯處理15 min抑制微生物活性，另一類不加甲苯抑制微生物活性測(cè)定酶底物轉(zhuǎn)化量。土壤轉(zhuǎn)化酶和土壤脲酶活性的測(cè)定采用的是 3，5-二硝基水楊酸法和靛酚藍(lán)比色法測(cè)定［13］。轉(zhuǎn)化酶活性以葡萄糖含量mg/g土（37℃·24 h）表示，脲酶活性以NH3-N含量μg/g土（37℃·h）表示。轉(zhuǎn)化酶促動(dòng)力學(xué)測(cè)定是采用設(shè)置不同底物蔗糖濃度（2.34 ～ 233.71 mmol/L）測(cè)定出轉(zhuǎn)化酶活性，應(yīng)用Michaelis線性方程擬合求得米氏常數(shù)（Km）［3］。土壤微生物生物量采用氯仿熏蒸浸提法測(cè)定［14］。稱取一定量土壤，以水土比4︰1 的比例加入0.5 mol/L K2SO4溶液，在往復(fù)式振蕩器上振蕩30 min，濾紙過(guò)濾，濾液置于-20℃冰箱中保存?zhèn)溆?。同時(shí)，另取一份土樣放入真空干燥器中，內(nèi)置一裝有50 ml氯仿的燒杯，密封后用真空泵抽真空至氯仿沸騰2 min，然后密閉，將干燥器放入28℃恒溫箱中培養(yǎng)24 h，次日，將氯仿抽出，如前所述提取待測(cè)液。浸提液中的總碳用碳氮自動(dòng)分析儀（MultiN/ C3100）測(cè)定，土壤微生物生物量碳以熏蒸和未熏蒸土壤的K2SO4提取液中碳差值除以轉(zhuǎn)換系數(shù)（0.38）計(jì)算得到。測(cè)定土壤有機(jī)碳用高溫加熱重鉻酸鉀氧化-容量法，全氮和堿解氮分別用半微量凱式法和擴(kuò)散法測(cè)定，測(cè)定全磷及速效磷分別用堿熔-鉬銻抗比色法和NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，全鉀和速效鉀的測(cè)定分別用NaOH熔融-火焰光度法和NH4Ac浸提-火焰光度法［15］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)用SPSS18.0（SPSS Inc. Chicago， IL， USA）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，處理間比較采用One-way ANOVA分析，差異顯著性分析用Duncan法，相關(guān)性分析中相關(guān)性大小采用Pearson指數(shù)表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)紅壤水稻土養(yǎng)分含量及微生物生物量碳的影響

經(jīng)過(guò)24年長(zhǎng)期試驗(yàn)，不同施肥處理的紅壤水稻土壤養(yǎng)分含量及微生物生物量碳均表現(xiàn)出顯著差異性。土壤有機(jī)質(zhì)既是植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)的來(lái)源，又是影響土壤結(jié)構(gòu)的重要因素［16］。與對(duì)照（CK）相比，有機(jī)肥（C）、化學(xué)氮磷鉀肥（NPK）、化學(xué)氮磷鉀肥+有機(jī)肥（NPKC）處理的土壤有機(jī)碳含量增加了30.1%、30.1%、36.3%（表1），各施肥處理間差異不顯著；其他研究者關(guān)于不同施肥處理的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果也表明氮磷鉀平衡施肥以及有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施更有利于紅壤水稻土中有機(jī)質(zhì)的積累［17-18］；土壤全磷、速效磷在不同施肥處理間具有顯著差異性，且NPKC處理增幅最大，這是因?yàn)橥寥烙行Я椎睦鄯e主要與化學(xué)磷肥的施用有關(guān)［19］；堿解氮含量也顯著增加，但在不同施肥處理間差異不顯著。說(shuō)明長(zhǎng)期秸稈還田配施化肥（NPKC）對(duì)土壤養(yǎng)分含量提高效果更好。與對(duì)照相比，不同施肥處理土壤的pH（5.49 ～ 6.05）、全氮含量（1.02 ～ 1.55 g/kg）、全鉀含量（12.29 ～ 15.00 g/kg）、黏粒含量（36.36 ～ 41.08%）均沒(méi)有顯著差異。

表1 紅壤水稻土中不同施肥處理的土壤養(yǎng)分含量變化Table1 Changes of soil nutrient contents in red paddy soils under different fertilization treatments

微生物生物量碳僅占土壤有機(jī)碳很小的比例，卻是有機(jī)碳中最活躍的部分，參與土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)。與對(duì)照相比，C、NPK和NPKC處理的微生物生物量碳增加了 84.9%、110.0%、125.1%（圖1），但施肥處理間差異不顯著。土壤微生物生物量碳與土壤有機(jī)碳總量的比值是微生物熵，它能更有效地反映土壤質(zhì)量的變化［20］。本研究中微生物熵為0.64% ～ 2.02%，與對(duì)照相比，施肥處理顯著提高了微生物熵，其中NPKC處理提高的最多為67.6%，C 和NPK處理分別提高了43.6% 和62.5%。本研究中，施肥處理土壤中的養(yǎng)分含量和微生物生物量碳及微生物熵都顯著高于對(duì)照處理，且 NPKC處理增幅最大，施肥特別是有機(jī)無(wú)機(jī)配合施用提高了生物產(chǎn)量，增加了土壤有機(jī)養(yǎng)分供應(yīng)和微生物生物量碳［21］，改善了土壤質(zhì)量。

圖1 紅壤水稻土中不同施肥處理的土壤微生物生物量碳變化Fig. 1 Changes of microbial biomass C in red paddy soils under different fertilization treatments

圖2 紅壤水稻土中不同施肥處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性變化Fig. 2 Changes of invertase activities in red paddy soils under different fertilization treatments

2.2 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)紅壤水稻土酶活性的影響

由圖2可知，與對(duì)照相比，施肥處理的土壤轉(zhuǎn)化酶活性顯著提高，其中 NPK處理提高得最多為131.7%，而 C和 NPKC處理分別提高了 31.3% 和79.8%。在沒(méi)有甲苯抑制土壤微生物活性下，轉(zhuǎn)化酶底物蔗糖轉(zhuǎn)化速率顯著增加，各施肥處理增加量 C處理為 （138.73 ± 11.09） mg/（g·24 h）（以葡萄糖含量計(jì)）、NPK 處理為（159.5 ± 27.91） mg/（g·24 h）和NPKC處理為（119.15 ± 14.6） mg/（g·24 h）顯著高于對(duì)照CK（62.87 ± 6.88） mg/（g·24 h），與對(duì)照相比，施肥處理的轉(zhuǎn)化酶底物蔗糖轉(zhuǎn)化速率增加量提高了89.5% ～153.7%。長(zhǎng)期施肥處理會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)造成一定影響，土壤中微生物群落也隨之發(fā)生適應(yīng)性進(jìn)化［22-23］。由微生物產(chǎn)生的胞外酶也表現(xiàn)出一定的差異性，土壤酶可指示土壤質(zhì)量的變化。本研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施肥處理導(dǎo)致土壤中轉(zhuǎn)化酶活性顯著增加，但施肥處理間的轉(zhuǎn)化酶活性并沒(méi)有顯著差異性。在沒(méi)有甲苯抑制微生物活性下，微生物對(duì)于轉(zhuǎn)化酶底物的轉(zhuǎn)化速率影響較顯著，而這與Kiss［5］的研究結(jié)果并不一致，這可能與本研究選用鮮土測(cè)定有很大關(guān)系，因?yàn)轷r土中微生物活性相對(duì)風(fēng)干土中的高，對(duì)于底物蔗糖的轉(zhuǎn)化速率的影響較大。由圖3可知，土壤脲酶活性在不同處理間差異并不顯著，但與對(duì)照相比，均有所增加；與加甲苯相比，不加甲苯抑制微生物活性，酶底物尿素的轉(zhuǎn)化速率顯著提高，各施肥處理增加量 C處理為（6.05 ± 0.19） μg/（g·h） （以NH3-N含量計(jì)）、NPK處理為（6.39 ± 0.73） μg/（g·h） 和NPKC處理為（7.56 ± 0.24） μg/（g·h）顯著高于對(duì)照CK處理為 （3.8 ± 0.92） μg/（g·h），與對(duì)照相比，施肥處理下脲酶底物尿素轉(zhuǎn)化增加量提高了59.2% ～ 98.9%。微生物能顯著影響脲酶的活性，微生物生物量碳越大對(duì)于底物尿素轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)率越大。

土壤累積酶活性通常受土壤理化性質(zhì)的影響［24］。表2表明，轉(zhuǎn)化酶活性與土壤中有機(jī)碳、全磷、微生物生物量碳含量顯著正相關(guān)，與堿解氮含量極顯著正相關(guān)，而與土壤中的速效鉀含量顯著負(fù)相關(guān)。脲酶活性與堿解氮、微生物生物量碳含量顯著正相關(guān)，與有機(jī)碳含量極顯著正相關(guān)，而與土壤中的速效鉀含量顯著負(fù)相關(guān)。土壤中堿解氮、微生物生物量碳、有機(jī)碳含量均與兩種酶活性顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤中累積酶主要是由微生物分泌產(chǎn)生，兩種累積酶均與土壤中碳氮物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化相關(guān)。

圖3 紅壤水稻土中不同施肥處理的土壤脲酶活性變化Fig. 3 Changes of urease activities in red paddy soils under different fertilization treatments

表2 土壤酶活性與土壤養(yǎng)分、微生物生物量碳的相關(guān)性Table2 Correlation coefficients among soil enzyme activities， soil nutrient contents， and soil microbial biomass carbon

2.3 長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)紅壤水稻土轉(zhuǎn)化酶酶促動(dòng)力學(xué)特性的影響

土壤轉(zhuǎn)化酶活性表征的是土壤理化性質(zhì)及土壤酶濃度共同影響下的表觀酶活性，通過(guò)測(cè)定轉(zhuǎn)化酶的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，可以了解土壤理化性質(zhì)對(duì)酶活性的影響。與對(duì)照相比，各處理紅壤水稻土中轉(zhuǎn)化酶的米氏常數(shù)（Km）沒(méi)有顯著差異，而施肥處理的紅壤水稻土中積累的轉(zhuǎn)化酶表觀活性（Vmax）及轉(zhuǎn)化系數(shù)（Vmax/Km）均顯著增加。與對(duì)照相比，NPK處理的Vmax和Vmax/Km增加的最多為213.2%、153.5%，C和NPKC處理的Vmax增加了99.2%、170.3%，C 和NPKC處理的Vmax/Km增加了55.8% 和141.9%（表3）。施肥處理顯著提高了土壤轉(zhuǎn)化酶的表觀酶活性和轉(zhuǎn)化系數(shù)，對(duì)Km影響不顯著。表觀酶活性和轉(zhuǎn)化系數(shù)主要依賴土壤酶的濃度，而土壤酶主要來(lái)源是土壤微生物，施肥處理下微生物生物量碳較對(duì)照顯著增加，這是導(dǎo)致施肥處理NPK和NPKC的轉(zhuǎn)化酶表觀酶活性和轉(zhuǎn)化系數(shù)顯著增加的主要原因，而施肥處理C，轉(zhuǎn)化酶表觀酶活性和轉(zhuǎn)化系數(shù)較對(duì)照并沒(méi)有顯著差異性，可能是功能微生物群落分泌胞外酶的量較對(duì)照差異不顯著。Km值表征酶復(fù)合物與底物的親和力常數(shù)［4］，Km值小，表示酶與底物較強(qiáng)結(jié)合，Km值大，表示酶與底物的結(jié)合較弱，Km的大小與酶、反應(yīng)體系的特征以及反應(yīng)條件相關(guān)，不隨酶濃度改變［3，25］。本研究中，不同施肥處理對(duì)Km值的影響不顯著，主要原因是供試紅壤基質(zhì)相同，并且長(zhǎng)期的施肥處理下土壤的pH、全氮含量、全鉀含量、黏粒含量的差異并不顯著。

表3 紅壤水稻土中不同施肥處理的土壤轉(zhuǎn)化酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table3 Invertase kinetic parameters of red paddy soil under different fertilization treatments

3 結(jié)論

長(zhǎng)期不同施肥處理顯著提高了土壤中有機(jī)碳、全磷、速效磷、堿解氮養(yǎng)分含量，同時(shí)顯著增加了土壤中微生物生物量碳和轉(zhuǎn)化酶活性。轉(zhuǎn)化酶活性、脲酶活性與微生物生物量碳、堿解氮、有機(jī)碳含量顯著正相關(guān)。在沒(méi)有甲苯抑制微生物活性下，NPKC處理下功能微生物群落對(duì)于特定底物轉(zhuǎn)化的影響最大。長(zhǎng)期施肥處理對(duì)轉(zhuǎn)化酶Km的影響不顯著，卻能顯著提高轉(zhuǎn)化酶的表觀酶活性和轉(zhuǎn)化系數(shù)。合理平衡施肥能顯著增加土壤中微生物生物量及酶活性，同時(shí)提高土壤的養(yǎng)分含量，提高土壤質(zhì)量。

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Activities of Extracellular Enzymes and Nutrients in Red Paddy Soil Response to Long Term Fertilizations

LI Weitao1，2， LI Zhongpei1，2*， LIU Ming1， JIANG Chunyu1， WU Meng1
（1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture（Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences）， Nanjing 210008， China； 2 University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Based on 24-year long-term field experiment established in 1990 in Yingtan Red Soil Ecological Experiment Station， the experiment included 4 treatments： CK（without fertilization）， C（manure）， NPK（N，P，K fertilizers）， NPKC（NPK plus manure）， soil samples were collected. The activities of invertase， urease （adding 0.5 ml toluene and not） and invertase kinetics were determined， and the soil nutrient contents and microbial biomass carbon were measured， in order to analyze the relationships among enzyme activity， soil nutrient and microbial biomass carbon to disclose the response of the activity of extracellular enzyme and nutrients to the long term fertilizations. Compared with CK， application of fertilizers increased the invertase activities by 31.3%-131.7% and microbial biomass carbon by 84.9%-125.1%. Without toluene inhibiting the microorganism activity， the invert rate of the substrate of invertase and urease significantly increased by 89.5%-153.7% and by 59.2%-98.9%， respectively；Microbial biomass carbon had significant positive correlations with the activities of invertase and urease， which imply microorganism significantly influenced the activities of these enzymes. Compared with CK， application of fertilizers increased significantly organic matter （by 30.1%-36.3%）， total phosphorus （by 28.6%-102.9%）， available phosphorus （by 62.2%-445.0%）and available nitrogen （by 35.9%-56.4%）， the activities of soil urease and invertase were positively correlated with the contents of available nitrogen and organic matter. Compared with CK， application of fertilizers increased significantly the transfer coefficient （Vmax/Km） and maximum velocity （Vmax） but influenced little on the Michaelis constant （Km）. Long term fertilization increased the soil nutrient contents and microbial biomass carbon， which result in the increase of the activity of the extracellular enzymes.

Invertase； Urease； Microbial biomass carbon； Enzyme kinetics

S154.2；S154.3

10.13758/j.cnki.tr.2016.04.010

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41171233，41001143）資助。

（zhpli@issas.ac.cn）

李委濤（1987—），男，河南開封人，博士研究生，主要從事土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化研究。E-mail： wtli@issas.ac.cn