黑龍江西部地區土壤pH值、陽離子交換量和有機質的分布特征

李艷，郝占魁，石強，劉文環

(1.富裕縣林業和草原局，黑龍江 齊齊哈爾 161200；2.齊齊哈爾市鐵峰區林業和草原局，黑龍江 齊齊哈爾 161005；3.黑龍江省森林與環境科學研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

土壤陽離子交換量是判斷土壤肥力的重要指標之一，結合土壤有機質含量，可以作為是否需要施肥的依據。土壤陽離子交換量的影響因素很多，包括土壤質地、土壤黏粒組成、土壤有機質含量等等。已有研究發現土壤陽離子交換量與有機質之間存在顯著相關性，王曉春[1]在對太原市代表性區域內土壤進行研究時發現，陽離子交換量與有機質含量呈現正相關性，認為增加土壤有機質含量，可以提高土壤陽離子交換量，進而增強土壤的保肥性與緩沖能力；而土壤pH值含量與陽離子交換量之間存在負相關性，認為陽離子交換量的升高，會導致土壤pH值的下降。魏孝榮[2]在對黃土高原不同利用類型土壤的研究中發現，土壤有機質、陽離子交換量呈現出相似的變化趨勢，土壤pH值的變化情況與之相反。張雪嬌[3]在對北京保護地草莓土壤的研究中也證實，土壤有機質與陽離子交換量之間存在極顯著正相關性，相關系數為0.46，而土壤pH值與陽離子交換量之間表現為弱負相關性，相關系數為-0.165。許亞琪[4]在對南通市的土壤進行分析時，同樣得到土壤有機質與陽離子交換量之間存在顯著正相關性，但隨著陽離子交換量的增加，這種相關性發生離散，相關系數降低，相關程度有所下降；陽離子交換量與土壤pH值之間呈負相關性，但認為這2種線性關系不能在所有土壤類型中建立。

土壤pH值與全鹽量能很好反映土壤鹽漬化程度[5]，國外通用土壤飽和浸提液來測定土壤pH值，我國通用水土比5∶1浸提液測定[6]。已有大量研究表明，土壤飽和浸提液與水土比5∶1浸提液測得的土壤pH值、全鹽量均存在極顯著正相關性，并且得出了換算方程，包括遲春明[7]對吉林省境內松嫩平原鹽堿土、李冬順[8]對河南省境內黃淮海平原鹽漬土、郭建忠[9]對山西大同盆地鹽漬土的測定等等。本試驗對黑龍江西部、松嫩平原中部地區的土壤進行研究，在對比了土壤有機質、土壤陽離子交換量、土壤pH值及全鹽量的分布特征及其之間的關系后，進行綜合分析，以期為改良土壤、提高土壤保肥供肥能力提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

供試土樣來自于黑龍江省大慶市龍鳳區臥里屯境內的紅旗泡。該地位于松嫩平原中部，屬中溫帶大陸性季風氣候區，冬季嚴寒而漫長，春季干旱多大風，夏季高溫而多雨，秋季涼爽短促。年平均氣溫3.3 ℃，最低氣溫-37.2 ℃，最高氣溫38.3 ℃。年平均降水量為426 mm，年平均水面蒸發量為972 mm，最大凍土深2.14 m。土壤類型以鹽堿型草甸土為主，長年種植玉米，供試土樣共計71個。土樣基礎理化性質見表1。

1.2 樣品的采集

試驗所用土樣的取樣深度為0～20 cm土層，按照“S”形路線進行采樣，取樣后的土壤帶回實驗室，四分法對角取2份混合，過1 mm土壤篩的土樣用來測定土壤有效態指標、土壤pH值、土壤陽離子交換量及全鹽量，過100目土壤篩的土樣用來測定土壤有機質含量。

1.3 測定方法

土壤陽離子交換量的測定采用乙酸鈉-火焰光度法；土壤有機質的測定采用重鉻酸鉀外加熱法；土壤pH值的測定采用水土比5∶1浸提-電位法；全鹽量采用殘渣烘干-質量法[10]。

1.4 數據處理與分析

使用EXCEL2007、SPSS19.0進行數據的統計與分析

2 結果與分析

2.1 土壤整體特征的分布情況

表2表示的是該區域71份樣品的土壤pH值、陽離子交換量、有機質含量及全鹽量的分布情況，可以看出，土壤pH值的變異系數較小，說明該區域土壤pH值的范圍較集中，平均值基本在8.14上下，屬于鹽堿土。陽離子交換量的變異系數也不大，數值集中在20～30 cmol·kg-1，總共有54個樣品，>30 cmol·kg-1的土樣僅有4個。土壤有機質的變異系數較大，含量小到3.9 g·kg-1，大到41.5 g·kg-1，<10 g·kg-1的有9個，10～20 g·kg-1有19個，20～30 g·kg-1有30個，30～40 g·kg-1有12個，由于取樣地塊是耕地土壤，人為影響很大，涉及化肥施用殘留、作物根系腐爛等各種因素。土壤全鹽量的變異系數很大， 但是數據分布較均勻。

表2 土壤pH值、陽離子交換量、有機質含量

2.2 土壤pH值與陽離子交換量的關系

圖1 土壤pH值與陽離子交換量的關系

圖1是對土壤pH值與陽離子交換量做的線性分析，r值為0.140 7，未達到0.1顯著水平。張雪嬌[3]在對北京保護地草莓土壤的研究中總結，土壤pH值與陽離子交換量之間表現為弱負相關性，相關系數為-0.165。目前對二者之間的關系進行的研究差異性很大，存在爭議。理論上認為，當土壤pH值下降時，土壤膠體表面羥基解離減少，所攜帶的負電荷減少，陽離子交換量也隨之降低，就表現為正相關性；但另一方面認為，陽離子交換量是由有機、無機的交換基構成的，有機交換基主要是腐殖酸，因此陽離子交換量越高，土壤中的腐殖酸越高，相應的土壤pH值會下降，這就表現為負相關性[1]。

2.3 土壤有機質含量與陽離子交換量的關系

如圖2所示，在對有機質含量與陽離子交換量做的線性分析中發現，二者存在極顯著正相關性，相關系數為0.586 8，說明提高土壤有機質含量，可以增加有機膠體數量，從而增加陽離子交換量，提高土壤的緩沖能力，增加保肥性，這與前人的研究結果一致。

圖2 土壤有機質含量與陽離子交換量的關系

2.4 土壤pH值與全鹽量的關系

由于飽和泥漿的水土比與田間實際水分狀況相接近，因此，國外采用飽和浸提液測定土壤pH值，但由于飽和泥漿的飽和點不易掌握，得到的浸提液很少[11]，所以我國一般采用水土比為2.5∶1或5∶1的浸提液來測定土壤pH值。為了方便國際交流，已有的大量研究多是側重于飽和浸提液與水土比為2.5∶1或5∶1浸提液之間的土壤pH值的關系、全鹽量的關系，卻鮮有研究分析土壤pH值與全鹽量之間是否存在相關性。基于此，本研究對二者進行了線性擬合，如表3所示，土壤pH值與全鹽量之間存在極顯著的正相關性﹙r=0.647 3，P<0.01﹚。即隨著土壤pH值的增加，全鹽量相應增大。雖然達到了0.01水平極顯著正相關性，但二者之間的相關系數仍不是很大，考慮到土壤水溶性鹽的浸提受環境及操作影響很大，空氣中二氧化碳的分壓、水土作用時間、浸出液放置時間等均能影響浸出液的鹽分數量，因此對土壤pH值與全鹽量的相關性分析僅針對該試驗區域、該種類土樣、該取樣標準，甚至本次試驗，不能代表所有區域土壤的研究。

陽離子交換量與全鹽量之間也存在極顯著正相關性，r=0.412 7，說明陽離子交換量在很大程度上影響著全鹽量。

表3 4種指標的相關性系數

**表示達到0.01水平極顯著相關性，*表示達到0.05水平顯著相關性。n=71

3 結論與討論

通過對取樣地區71個土壤樣品pH值、有機質、陽離子交換量及全鹽量的測定分析，得到該區域土壤pH值在8.14上下浮動；陽離子交換量的變化幅度不大，均值為23.43 cmol·kg-1；有機質的變化較大，主要集中在10～30 g·kg-1；水溶性鹽總量變化范圍為0.27～5.74 g·kg-1，變異系數很大。

本次研究的土壤陽離子交換量與土壤pH值之間的線性關系未達到0.1水平，認為不存在相關性。陽離子交換量的大小受多種因素共同制約，該區域土地利用形式、改土方式、肥料殘留等均能產生影響，因此，需要進行有針對性的探討；土壤陽離子交換量與土壤有機質含量存在極顯著正相關性，相關系數為0.586 8，說明土壤有機質的提高可以增加陽離子交換量，增強土壤的緩沖能力，進而提高土壤的保肥供肥性；土壤pH值與水溶性鹽總量之間存在極顯著的正相關性﹙r=0.647 3，P<0.01﹚，可以根據土壤pH值對全鹽量的大小進行初步預測。