土壤有機(jī)質(zhì)、酸堿性及其相互關(guān)系的研究

張超輝，李昌平

（1.安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽 蕪湖 241000；2.杭州市環(huán)境保護(hù)有限公司，浙江 杭州 310063）

1 引言

（1）土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要成分，在土壤中的分布具有明顯的非均勻性，其含量、組成和性質(zhì)會隨著生物、氣候、地形和人為耕作利用方式等呈現(xiàn)出規(guī)律變化[1]。從廣義上講，土壤有機(jī)質(zhì)包括一切生物體及其分解合成的各種中間物和產(chǎn)物。從狹義上講，土壤有機(jī)質(zhì)是指通過微生物轉(zhuǎn)化合成的有機(jī)物質(zhì)，即腐殖質(zhì)。而土壤有機(jī)質(zhì)最重要的來源是高等植物的枯枝落葉、莖、根系、花果等殘體。且在經(jīng)過礦質(zhì)化過程（復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過微生物的分解作用，最終形成簡單的無機(jī)物質(zhì)如水、二氧化碳、硫酸鹽、硝酸鹽等）和腐殖化過程（有機(jī)質(zhì)分解過程中的產(chǎn)物經(jīng)過微生物的作用合成暗色的含N高分子化合物—腐殖質(zhì)）轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)[2]。因此，廣義上的有機(jī)質(zhì)包括兩大類：一是非特殊有機(jī)質(zhì)—生物遺體及其分解的中間產(chǎn)物；二是特殊有機(jī)質(zhì)—腐殖質(zhì)。通常，有機(jī)質(zhì)絕大部分會存在于土壤表層，一般只占土壤干重的0.5%～3%，但在土壤中起著極其重要的作用。

（2）土壤酸堿性是土壤的一個重要特征，是指土壤中存在著各種化反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)，從而表現(xiàn)出不同的酸性或堿性，是影響土壤肥料利用率和土壤肥力的因素，也是控制土壤對養(yǎng)分及重金屬等污染物性質(zhì)的吸收和緩沖性能[3]。通常，土壤酸堿性的強弱可用酸堿度來衡量，一般用氫離子濃度的負(fù)對數(shù)來表示，以pH為符號。土壤酸堿度按其強弱可分為如下幾級：pH值＜4.5為強酸性；pH值在4.5～6.5為酸性；pH值在6.5～7.5為中性；pH值在7.5～8.5為堿性；pH值＞8.5為強堿性[4]。

（3）目前，鑒于土壤有機(jī)質(zhì)和酸堿度在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤環(huán)境保護(hù)中的重要作用，以及在研究過程中所存在的問題，本研究選擇了安徽省某城市公園山地土壤和城郊農(nóng)田土壤作為樣品，并通過實驗室的分析測定，來研究土壤有機(jī)質(zhì)含量、酸堿度及其相互關(guān)系，旨在為合理利用和保護(hù)土壤資源，以及國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

本研究采用的土壤樣品為安徽省某城市公園山地土壤和城郊某農(nóng)田土壤樣品。其中，山地土壤采自某城市公園東西南北四個方向，每個方向分上中下三個采樣點，每點按0～1 0 cm、10～20 cm分別采取不同剖面層次的樣品。而農(nóng)田土壤來自某城郊水稻田、非水稻田、燒荒地三處，同樣按0～10 cm、10～20 cm采取不同剖面層次的樣品。上述土壤樣品在室溫下風(fēng)干后進(jìn)行研磨，并全部通過0.25 mm的篩，同時測出其土樣和砂石的質(zhì)量，并計算出砂石所占比例，然后進(jìn)行有機(jī)質(zhì)和pH值的測定。

2.2 測量方法及原理

（1）土壤有機(jī)質(zhì)的測定：本次實驗是根據(jù)農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測 第6部分：土壤有機(jī)質(zhì)的測定》（NY/T 1121.6－2006），采用的是重鉻酸鉀—硫酸法。該方法適用于有機(jī)質(zhì)含量在15%以下的土壤有機(jī)質(zhì)的測定，其方法 原理為：在170～180oC的加熱條件下，用過量的重鉻酸鉀－硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，氧化土壤中的有機(jī)碳，多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，而消耗的重鉻酸鉀量按氧化校正計算有機(jī)碳量，再乘以常數(shù)1.724，得出土壤有機(jī)質(zhì)量。所用的主要設(shè)備有電爐、硬質(zhì)試管、油浴鍋、滴定管等。

（2）土壤pH的測定：根據(jù)農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測 第2部分：土壤pH的測定》（NY/T 1121.6－2006）。本次實驗采用電位測 定法，該方法適用于各類土壤pH值的測定。其方法原理為：將pH玻璃電極、溫度傳感器插入土壤懸濁液（采用的水土比例為1：1）中，在酸度計上測定，直接讀取pH值。采用的主要儀器設(shè)備為PHS－3C酸度計。

3 研究結(jié)果及分析

某城市公園山地土壤、城市郊區(qū)農(nóng)田土壤的有機(jī)質(zhì)含量、pH值的測定結(jié)果詳見表1。

表1 土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH值測定結(jié)果一覽表

研究結(jié)果及分析：（1）某城市公園山坡土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值2.78 g/kg，某城市郊區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值1.48 g/kg，即某城市公園山坡土壤有機(jī)質(zhì)的含量明顯高于某城市郊區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的含量。這主要是由于土壤母質(zhì)的不同和人為因素的影響。

（2）某 城市郊區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的含量低可從以下三方面理解：其一，某城市郊區(qū)農(nóng)田區(qū)提供的枝葉較少 ；其二，土壤較濕潤，有機(jī)質(zhì)的腐爛分解較快，這對土壤中有機(jī)質(zhì)的含量就會產(chǎn)生一定的影響；其三，淹水植稻能有效維持土壤有機(jī)質(zhì)含量的長期穩(wěn)定，僅施化肥不會導(dǎo)致稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，但農(nóng)田系統(tǒng)有機(jī)物循環(huán)利用能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤養(yǎng)分的生物有效性，且通過有機(jī)物養(yǎng)分資源的循環(huán)利用，可將目前的化肥施用量降低20%以上，從而減輕了土壤環(huán)境污染，提高了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。

3.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量的分布規(guī)律

3.1.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量剖面的分布規(guī)律

（1）在某城市公園山坡土壤、郊區(qū)農(nóng)田土壤中，其土壤剖面上層有機(jī)質(zhì)含量均高于下層有機(jī)質(zhì)的含量，大約是下層的2倍。其中，上層有機(jī)質(zhì)高主要取決于有機(jī)物的C/N比，地區(qū)氣候和有機(jī)物的輸入，如山坡上樹木的殘枝落葉經(jīng)土壤微生物分解后進(jìn)入土壤，增加了土壤有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量最高為5.58 g/kg；這些有機(jī)物主要含有碳水化合物、氮化合物，可改變土壤的理化性質(zhì)和機(jī)械組成。而下層有機(jī)質(zhì)含量明顯降低，其含量最大值為2.84 g/kg，最小值為0.84 g/kg，主要是由于有機(jī)質(zhì)得不到補充，且在成土過程中形成的有機(jī)質(zhì)，含量相對穩(wěn)定。另外，土壤母質(zhì)、鐵鋁氧化物等均會在一定程度上影響有機(jī)質(zhì)的含量。

（2）某城市郊區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)主要是由土壤自身含有和外部進(jìn)入組成的。例如，通過施肥等活動進(jìn)入土壤的、植物殘體經(jīng)過淋溶帶入土壤的溶解性有機(jī)碳等。其中，非水稻田土壤由于長期耕作，經(jīng)過翻土混合，上下兩層土壤有機(jī)質(zhì)含量差別不大：上層為1.31 g/kg，下層為1.1 g/kg。但燒地有機(jī)質(zhì)含量較低，化學(xué)成分主要是一些灰分物質(zhì)—植物體經(jīng)過灼燒后殘留的無機(jī)物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。

3.1.2 不同耕作利用方式下的有機(jī)質(zhì)分布規(guī)律

通常，土壤因成土條件和耕作利用方式，以及影響有機(jī)質(zhì)分解因素的不同，土壤有機(jī)質(zhì)的含量會存在著明顯的差異性。而影響有機(jī)質(zhì)分解的因素主要包括：有機(jī)殘體的組成狀況和外界條件（諸如溫度、濕度和通氣狀況、土壤pH值、土壤中的粘粒等）。由表1可以看出，某山坡林地土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于某農(nóng)田土壤，主要原因是山林地植被茂密，植物生長量大，加之山坡土壤表面被殘枝落葉所覆蓋，造就了部分缺氧環(huán)境，有機(jī)質(zhì)分解相對較慢，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)日積月累越來越多。而農(nóng)田土壤中生長的物種單一，生物量相對較小，主要是人為經(jīng)常耕作活動使得有機(jī)質(zhì)更容易分解礦化，因此有機(jī)質(zhì)含量較低。

3.2 土壤pH值的變化規(guī)律

3.2.1 土壤pH值的空間變化規(guī)律

從表1中的分析結(jié)果還可以看出，無論是某農(nóng)田土壤還是某山坡土壤，上層土壤的pH值略高于下層土壤的pH值，且某山坡土壤在山體的不同位置處的土壤pH值變化不大。而造成某農(nóng)田區(qū)土壤與山坡土壤的pH值明顯不同的主要原因是土體的利用方式不同。

3.2.2 不同土地利用方式下的土壤pH值變化規(guī)律

（1）以上分析結(jié)果表明，某山坡土壤呈酸性，主要受以下幾個因素的影響：①氣候條件：由于當(dāng)?shù)囟酁楦邷囟酀竦臍夂驐l件，所以，巖石、土壤中的礦物在風(fēng)化成土過程中風(fēng)化淋溶作用強烈，鹽基物質(zhì)大量淋失，導(dǎo)致土壤酸化；②母質(zhì)：土體中的巖石礦物經(jīng)風(fēng)化后進(jìn)入土壤，其中會含有大量的鈣、鎂、鉀、鈉等鹽基離子，其pH值不可能很高；③生物：主要包括植物根系呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳導(dǎo)致土壤呈酸性；土壤微生物活動（呼吸、分解有機(jī)質(zhì)）產(chǎn)生的二氧化碳及有機(jī)酸導(dǎo)致土壤呈酸性；某些土壤專性微生物（硫化和硝化細(xì)菌等）對物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用（硫和氮素氧化為硫酸和硝酸）導(dǎo)致土壤呈酸性；植物對養(yǎng)分的選擇性吸收和富集作用導(dǎo)致土壤酸性。

（2）某農(nóng)田土壤均呈堿性，一方面，是由于農(nóng)作物生長對土壤的酸堿性有一定要求造成的。一般適宜農(nóng)作物生長的pH值在6.5～7.5之間，這主要由于土壤的酸性或堿性過強都不宜于農(nóng)作物的生長，且土壤的酸堿性與農(nóng)作物的營養(yǎng)關(guān)系很大。如果土壤的酸性很強，就會存在很多的鐵離子和鋁離子，這時若施用磷肥，鐵離子和鋁離子就會生成磷酸鐵和磷酸鋁，從而使磷肥失效；如果土壤堿性過強，就會使一些金屬元素沉淀，同樣不利于農(nóng)作物的生長。而土壤的酸堿性還會影響土壤里營養(yǎng)成分的吸收。一般氮的有效性在pH值6～8之間是最高的；鉀的有效性在pH值大于6時最高；磷的有效性在pH值為6.5～7.5時最高。而且，當(dāng)土壤中的有機(jī)態(tài)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為植物可吸收的無機(jī)態(tài)養(yǎng)分時，主要是在微生物的參與下進(jìn)行的。因此，土壤里的酸性和堿性過強都不利于微生物的生長，且土壤的酸堿性對植物本身也有影響。如土壤里的堿性強會使細(xì)胞里的原生質(zhì)溶解，破壞植物組織，而酸性過強也會使原生質(zhì)變形，并影響酶的活性，進(jìn)而影響植物對養(yǎng)分的吸收。另一方面，在長期的精耕細(xì)作過程中，農(nóng)藥化肥（如磷肥、鉀肥）的大量施用，造成土壤pH值偏高。但對于堿性土壤，可以用有機(jī)肥來調(diào)節(jié)，也可以用腐殖酸肥料來調(diào)節(jié)。

4 土壤有機(jī)質(zhì)與土壤pH值的相互關(guān)系

土壤有機(jī)質(zhì)與土壤pH值有著密切的關(guān)系。主要是因為：土壤有機(jī)質(zhì)受溫度，水分，地形條件，植被，微生物活性等幾個環(huán)境因子的影響；而土壤pH值也主要受這幾個環(huán)境因子的影響。此外，土壤pH值大小也會影響微生物的活性（土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分，影響著土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化），從而會進(jìn)一步影響土壤有機(jī)質(zhì)的含量。土壤pH值與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系如圖1所示。

圖1 土壤pH值與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系

由圖1可以看出：土壤有機(jī)質(zhì)與土壤pH值成拋物線形式：y=－0.8837x2+11.5x－32.952，擬和度R2達(dá)到0.5027。當(dāng)土壤pH值小于6.5時，土壤有機(jī)質(zhì)含量會隨著pH值的升高而升高；而當(dāng)土壤pH值在6.5～7.0時，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高；當(dāng)pH值高于7.0時，土壤有機(jī)質(zhì)含量反而會隨著pH值的升高而降低。這是主要因為當(dāng)土壤pH值偏低時，土壤呈酸性，pH值偏高時呈堿性。而大部分植物適都適宜生長在接近中性的土壤環(huán)境中，因此，土壤pH值偏高和偏低時均不利于植物的生長，同時，微生物的活性也會相對降低，從而造成土壤在偏酸性或偏堿性的情況下使有機(jī)質(zhì)含量相對較低。

5 結(jié)論

通過對某山坡林地土壤、農(nóng)田土壤的有機(jī)質(zhì)含量、pH值及其相互關(guān)系研究，其結(jié)果表明：

（1）土壤pH值和土壤中有機(jī)質(zhì)的含量存在著顯著的剖面分異，表層土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于底層土壤，表層土壤pH值基本高于底層土壤；山地不同部位土壤有機(jī)質(zhì)含量也有明顯差別，可能與土壤侵蝕強弱有關(guān)；山坡林地土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于農(nóng)田土壤，但山坡林地土壤的pH值則明顯低于農(nóng)田土壤；

（2）當(dāng)pH值小于6.5時，隨著pH值升高，土壤有機(jī)質(zhì)的含量會增加；當(dāng)pH值在6.5～7.0時，土壤有機(jī)質(zhì)含量為最高；當(dāng)pH值大于6.5時，土壤有機(jī)質(zhì)含量則會隨著pH值的升高而降低。由此可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)含量與pH值之間呈現(xiàn)出顯著的二次曲線關(guān)系。