生態農業對土壤有機質的影響

寧尚輝 呂書記 曹明鋒 祝利

摘要? ? 為了促進現代農業向生態農業轉型，采集了某地現代農業和生態農業種植模式下的土壤進行了有機質的測試分析，并對有機質測定的方法進行了改進。改進后的測試方法污染小、設備簡單、操作簡便、快速準確，適用于大批樣品的分析，基層環境檢測單位的分析工作者可以參考使用。有機質測試數據顯示，生態農業種植模式土壤中的有機質含量較現代農業高35%，這說明生態種植模式顯著增加了土壤中有機質含量，生態農業對土壤肥力的影響優于現代農業。

關鍵詞? ? 生態農業;現代農業;土壤有機質;測定

中圖分類號? ? X833? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）09-0174-02

Abstract? ? In order to help modern agriculture transfer to ecological agriculture，the soil samples were collected under the planting modes of modern agriculture and ecological agriculture，then the organic matter in soil samples were tested and analyzed，and the organic matter determination method was improved.The improved determination method has less pollution and simpler equipment，and its operation is easy，fast and accurate，so it′s suitable for the analysis for a large number of samples.This method can be referred and applied for the analysts in grass-roots environmental monitoring units.The test data showed that the soil organic matter content of ecological agriculture was 35% higher than that of modern agriculture.It′s indicated that ecological planting model significantly increased the soil organic matter content and the effect of ecological agriculture on soil fertility was better than that of modern agriculture.

Key words? ? ecological agriculture;modern agriculture;soil organic matter;determination

“三農”問題依舊是每年中央1號文件關注的最重要議題，經過30多年的農村土地改革，我國農業產量大幅提高，2015年達到了“十二連增”。但其本質都是通過掠奪性生產、以資源和環境為代價、通過高化肥和農藥投入而達到的，不僅造成農產品品質和安全性下降，還導致耕地出現連作障礙，并且由于養分失衡導致作物產量下降、不耐儲存等，使得農戶遭受巨大損失，打擊了農民農業生產的積極性，制約了農業發展和農產品品質、產量的提高。我國人多地少，糧食問題是關系到社會穩定的首要問題，現代農業亟需轉型，生態農業才是其出路。

土壤中的有機質是衡量土壤肥力的重要指標之一。《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》（NY/T 1121.6—2006）[1]采用了經典的油浴法來測量土壤中的有機質，但存在以下缺點：表面有機物揮發污染空氣，有損人體健康;溫度不易調控;消解管外壁油污難以清洗等。因此，將油浴加熱裝置改為恒溫烘箱[2]進行檢測，在以往分析工作中測定結果均在標準物質證書示值范圍內。為了證明生態農業對土壤肥力的影響優于現代農業，鼓勵更多的農戶改變施肥結構以改善土壤質量，采集了某地現代農業和生態農業種植系統下的土壤，并用改進后的方法對有機質進行測試分析。現將方法整理，為基層環境檢測單位的分析工作者提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗區概況和土壤樣品的采集

經走訪，確定了生態農業和現代農業方式種植3年以上的農田各3塊，試驗選擇田塊中的土壤進行研究。同時，對該村未走訪的大片農田集中區域進行了采樣，以地塊布點，共采集31個樣品。試驗地在同一個村莊中，其母質類型相同，耕作方法及種植的農作物也相近。生態農業完全不用化肥，采用禽畜糞便、堆肥、沼液、油枯等有機肥作為肥料來源;現代農業主要依賴化肥，少量使用油枯和人糞尿。其中，堆肥為農業廢棄物與馬糞或豬糞混合，采用露天料堆方法好氧發酵半年成熟后的堆肥產品;沼液由家養豬的排泄物在沼氣池發酵形成;油枯為油菜籽榨油后的殘渣制成的有機肥。

采集0～20 cm表層土壤1 kg，用靜電吸附等方法挑除土壤樣品中的植物根葉等有機殘體，于室溫風干，粉碎，過0.25 mm孔徑篩，裝棕色玻璃瓶密封。

1.2? ? 土壤樣品中有機質的測定

1.2.1? ? 方法原理。在加熱條件下，用過量的重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化土壤有機碳，多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵銨標準溶液滴定，以樣品和空白消耗重鉻酸鉀的差值計算出有機碳量，再乘以常數1.724（按土壤有機質平均含碳58%計算），即為土壤有機質含量。

（1）重鉻酸鉀-硫酸溶液與有機質作用。反應式如下：

（2）硫酸亞鐵滴定剩余重鉻酸鉀的反應。反應式如下：

1.2.2? ? 操作步驟。所需儀器和試劑參照《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》（NY/T 1121.6—2006）[1]。

稱取過0.25 mm（60目）篩的風干土0.200 0～0.500 0 g，稱樣量根據有機質含量范圍而定。如樣品的有機質含量超過150 g/kg，由于稱量過少，難以得到準確的分析結果。遇此情況時，一是可增加H2SO4-K2Cr2O7溶液的用量，同時另做空白;也可以采用固體稀釋法將灼燒土與樣品充分混勻，稱量，計算時扣除稀釋倍數。將土樣放于100 mL高腳燒杯中，然后準確加入10.00 mL 0.4 mol/L重鉻酸鉀-硫酸溶液，搖勻，上蓋表面皿或短頸漏斗;于180 ℃恒溫箱中恒溫消化30 min后取出，冷卻片刻，用水沖洗表面皿或漏斗，洗液并入消解液中;加0.5 mL鄰菲羅啉指示劑，用硫酸亞鐵標準溶液滴定剩余的重鉻酸鉀，溶液的變色過程是橙黃—藍綠—棕紅。一般滴定時消耗硫酸亞鐵量不小于空白用量的1/3，否則視為氧化不完全，應棄去重做。消煮后溶液以綠色為主，說明重鉻酸鉀用量不足，應減少樣品量重做。在樣品處理的同時進行空白試驗以校正試劑引起的滴定誤差，即稱取大約0.2 g灼燒過的浮石粉或土壤代替土樣（也可用石英砂），其他步驟與土樣測定相同。一般每次批量做3個空白，取其中2個數值接近的空白平均值，即為V0值。

1.2.3? ? 結果計算。公式如下：

其中，V0為空白試驗所消耗硫酸亞鐵銨標準溶液體積（mL），V為試樣測定所消耗硫酸亞鐵銨標準溶液體積（mL），c為硫酸亞鐵標準溶液的濃度（mol/L），0.003為1/4碳原子的毫摩爾質量（g），1.724為由有機碳換算成有機質的系數，m為風干試樣的質量（g），1 000為換算成1 kg含量。

1.3? ? 數據統計分析與作圖

采用Excel 2007對試驗數據進行處理和單側顯著性檢驗分析。顯著性檢驗方法：首先對生態農戶EA1的3塊農田取平均值，用平均值結果代替EA1的測量值，然后以不同種植類型分組進行單側顯著性檢驗。

數據采用美國GOLDEN軟件公司的Surfer軟件處理，用克立格（Kriging）法進行土壤重金屬數據的插值。Kriging插值法是一種定量化描述地理空間分布格局的方法，主要應用于空間采樣以及相關的一些空間格局分析[3-4]。基于ArcGIS 10.1軟件平臺，利用Kriging插值法生成可直觀展示采樣點有機質含量空間分布圖。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 測定方法的改進

經典油浴法[1]的測定過程如下：稱取通過0.25 mm孔徑篩風干試樣0.05～0.50 g（精確到0.000 1 g，根據有機質含量范圍而定），放入硬質試管中，然后從自動調零滴定管準確加入10.00 mL 0.4 mol/L K2CrO7-H2SO4溶液，搖勻并在每個試管口插入小玻璃漏斗。將試管逐個插入鐵絲籠中，再將鐵絲籠沉入已在電護上加熱至185～190 ℃的油浴鍋內，使管中的液面低于油面，要求放入后油浴溫度下降至170～180 ℃。等試管中的溶液沸騰時開始計時，此刻必須控制電爐溫度，不使溶液劇烈沸騰，其間可輕輕提起鐵絲籠在油浴鍋中晃動幾次，以使液溫均勻，并維持在170～180℃，（5±0.5）min后將鐵絲籠從油浴鍋內提出，冷卻片刻，擦去試管外的油（蠟）液。把試管內的消煮液及土壤殘渣全部轉入250 mL三角瓶中，用水沖洗試管及小漏斗，洗液并入三角瓶中，使三角瓶內溶液的總體積控制在50～60 mL。加3滴鄰菲啰啉指示劑，用硫破亞鐵標準溶液滴定剩余的K2CrO7。

可以看出，經典的油浴法需要使用硅油或石蠟，使得表面有機物揮發，污染空氣，有損身體健康，消解管外壁油污難以清洗等;油浴法使用電爐加熱，溫度不宜調控。現將油浴加熱裝置改為恒溫烘箱，就避免了這些問題的發生。在《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》（NY/T 1121.6—2006）[1]基礎上對采用直接加熱消解法測定土壤有機質進行了改進，利用恒溫烘箱[2]進行加熱，消化反應直接在高腳燒杯中進行，改進后的方法污染小、設備簡單、操作簡便、快速準確，可適用于大批樣品的分析，也適用于條件艱苦的基層環境檢測單位。

2.2? ? 生態農業和現代農業對土壤中有機質的影響

生態農業和現代農業種植方式下，土壤有機質分別為（39.44±18.85）g/kg和（29.30±3.37）g/kg，P=0.17。生態農田土壤有機質含量比常規農田高10.14 g/kg，說明生態農業種植技術增加了土壤中的有機質含量，提升了土壤肥力，改善了土壤質量[5]。

未走訪的大片區域農田的土壤有機質分布圖如圖1所示。可以看出，有機質含量在36 g/kg以上的很少，只占22.6%。有研究證明，大量養殖場畜禽糞便類有機肥因為普遍使用含有Zn、Cu、Cr、As等重金屬元素的飼料添加劑，增加了土壤重金屬污染風險[6-7]。但是也有研究證明，生態種植土壤中重金屬Cr、Pb、Hg、As全量含量和有效態含量均低于常規種植，因為生態農戶沒有使用養殖場畜禽糞便，而采用家庭養殖的雞鴨糞便、油枯和蔬菜廢棄物堆肥作為替代肥料，規避了養殖糞便帶來的重金屬污染風險。這表明生態農戶使用油枯、農業廢棄物堆肥等有機肥替代一部分養殖糞便，在提升土壤肥力的同時，又可以有效減少帶入的重金屬。因此，應根據調查結果，鼓勵該村農戶進行生態種植。

3? ? 結論

（1）改進后的有機質測定方法污染小、設備簡單、操作簡便、快速準確，可適用于大批樣品的分析和基層環境檢測單位。

（2）生態農業和現代農業種植方式下，土壤有機質分別為（39.44±18.85）g/kg和（29.30±3.37）g/kg，P=0.17。生態農業種植技術增加了土壤有機質含量，提升了土壤肥力，優于現代農業種植方式，現代農業向生態農業轉型勢在必行。

4? ? 參考文獻

[1] 中華人民共和國農業部.土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定：）NY/T 1121.6-2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2] 耿暖，唐玉霞，王慧敏，等.烘箱加熱法測定土壤有機質的研究[J].華北農學報，2017，32（增刊1）：343-346.

[3] 李廣宇，陳爽，張慧，等.2000—2010年長三角地區植被生物量及其空間分布特征[J].生態與農村環境學報，2016，32（5）：708-715.

[4] 曹宏杰，王立民，羅春雨，等.三江平原地區農田土壤中幾種重金屬空間分布狀況[J].生態與農村環境學報，2014，30（2）：155-161.

[5] EDMEADES D C.The long-term effects of manures and fertilisers on soil productivity and quality：A review[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems，2003，66（2）：165-180.

[6] 王起超，麻壯偉.某些市售化肥的重金屬含量水平及環境風險[J].生態與農村環境學報，2004，20（2）：62-64.

[7] 曹鐵華，梁烜赫，高洪軍，等.不同施肥模式下土壤-玉米中重金屬累積規律及安全性分析[J].東北農業科學，2015，40（5）：37-41.

基金項目? ?中國煙草總公司湖南省公司常德市公司科技項目專項（18-20Aa05）。

作者簡介? ?寧尚輝（1963-），男，湖南常德人，農藝師，從事煙葉生產管理研究工作。

收稿日期? ?2018-12-29