生態(tài)農(nóng)業(yè)對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

寧尚輝 呂書記 曹明鋒 祝利

摘要? ? 為了促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向生態(tài)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，采集了某地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)種植模式下的土壤進(jìn)行了有機(jī)質(zhì)的測試分析，并對有機(jī)質(zhì)測定的方法進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的測試方法污染小、設(shè)備簡單、操作簡便、快速準(zhǔn)確，適用于大批樣品的分析，基層環(huán)境檢測單位的分析工作者可以參考使用。有機(jī)質(zhì)測試數(shù)據(jù)顯示，生態(tài)農(nóng)業(yè)種植模式土壤中的有機(jī)質(zhì)含量較現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高35%，這說明生態(tài)種植模式顯著增加了土壤中有機(jī)質(zhì)含量，生態(tài)農(nóng)業(yè)對土壤肥力的影響優(yōu)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。

關(guān)鍵詞? ? 生態(tài)農(nóng)業(yè);現(xiàn)代農(nóng)業(yè);土壤有機(jī)質(zhì);測定

中圖分類號? ? X833? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(nóng)”問題依舊是每年中央1號文件關(guān)注的最重要議題，經(jīng)過30多年的農(nóng)村土地改革，我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)量大幅提高，2015年達(dá)到了“十二連增”。但其本質(zhì)都是通過掠奪性生產(chǎn)、以資源和環(huán)境為代價(jià)、通過高化肥和農(nóng)藥投入而達(dá)到的，不僅造成農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和安全性下降，還導(dǎo)致耕地出現(xiàn)連作障礙，并且由于養(yǎng)分失衡導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降、不耐儲(chǔ)存等，使得農(nóng)戶遭受巨大損失，打擊了農(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性，制約了農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、產(chǎn)量的提高。我國人多地少，糧食問題是關(guān)系到社會(huì)穩(wěn)定的首要問題，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)亟需轉(zhuǎn)型，生態(tài)農(nóng)業(yè)才是其出路。

土壤中的有機(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一。《土壤檢測 第6部分：土壤有機(jī)質(zhì)的測定》（NY/T 1121.6—2006）[1]采用了經(jīng)典的油浴法來測量土壤中的有機(jī)質(zhì)，但存在以下缺點(diǎn)：表面有機(jī)物揮發(fā)污染空氣，有損人體健康;溫度不易調(diào)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(jìn)行檢測，在以往分析工作中測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書示值范圍內(nèi)。為了證明生態(tài)農(nóng)業(yè)對土壤肥力的影響優(yōu)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，鼓勵(lì)更多的農(nóng)戶改變施肥結(jié)構(gòu)以改善土壤質(zhì)量，采集了某地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)下的土壤，并用改進(jìn)后的方法對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行測試分析。現(xiàn)將方法整理，為基層環(huán)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(yàn)區(qū)概況和土壤樣品的采集

經(jīng)走訪，確定了生態(tài)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式種植3年以上的農(nóng)田各3塊，試驗(yàn)選擇田塊中的土壤進(jìn)行研究。同時(shí)，對該村未走訪的大片農(nóng)田集中區(qū)域進(jìn)行了采樣，以地塊布點(diǎn)，共采集31個(gè)樣品。試驗(yàn)地在同一個(gè)村莊中，其母質(zhì)類型相同，耕作方法及種植的農(nóng)作物也相近。生態(tài)農(nóng)業(yè)完全不用化肥，采用禽畜糞便、堆肥、沼液、油枯等有機(jī)肥作為肥料來源;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主要依賴化肥，少量使用油枯和人糞尿。其中，堆肥為農(nóng)業(yè)廢棄物與馬糞或豬糞混合，采用露天料堆方法好氧發(fā)酵半年成熟后的堆肥產(chǎn)品;沼液由家養(yǎng)豬的排泄物在沼氣池發(fā)酵形成;油枯為油菜籽榨油后的殘?jiān)瞥傻挠袡C(jī)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(jī)殘?bào)w，于室溫風(fēng)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(jī)質(zhì)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(jī)碳，多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，以樣品和空白消耗重鉻酸鉀的差值計(jì)算出有機(jī)碳量，再乘以常數(shù)1.724（按土壤有機(jī)質(zhì)平均含碳58%計(jì)算），即為土壤有機(jī)質(zhì)含量。

（1）重鉻酸鉀-硫酸溶液與有機(jī)質(zhì)作用。反應(yīng)式如下：

（2）硫酸亞鐵滴定剩余重鉻酸鉀的反應(yīng)。反應(yīng)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(jī)質(zhì)的測定》（NY/T 1121.6—2006）[1]。

稱取過0.25 mm（60目）篩的風(fēng)干土0.200 0～0.500 0 g，稱樣量根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量范圍而定。如樣品的有機(jī)質(zhì)含量超過150 g/kg，由于稱量過少，難以得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果。遇此情況時(shí)，一是可增加H2SO4-K2Cr2O7溶液的用量，同時(shí)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(jì)算時(shí)扣除稀釋倍數(shù)。將土樣放于100 mL高腳燒杯中，然后準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的重鉻酸鉀，溶液的變色過程是橙黃—藍(lán)綠—棕紅。一般滴定時(shí)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(yīng)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(yīng)減少樣品量重做。在樣品處理的同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)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(gè)空白，取其中2個(gè)數(shù)值接近的空白平均值，即為V0值。

1.2.3? ? 結(jié)果計(jì)算。公式如下：

其中，V0為空白試驗(yàn)所消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL），V為試樣測定所消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液體積（mL），c為硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L），0.003為1/4碳原子的毫摩爾質(zhì)量（g），1.724為由有機(jī)碳換算成有機(jī)質(zhì)的系數(shù)，m為風(fēng)干試樣的質(zhì)量（g），1 000為換算成1 kg含量。

1.3? ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與作圖

采用Excel 2007對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和單側(cè)顯著性檢驗(yàn)分析。顯著性檢驗(yàn)方法：首先對生態(tài)農(nóng)戶EA1的3塊農(nóng)田取平均值，用平均值結(jié)果代替EA1的測量值，然后以不同種植類型分組進(jìn)行單側(cè)顯著性檢驗(yàn)。

數(shù)據(jù)采用美國GOLDEN軟件公司的Surfer軟件處理，用克立格（Kriging）法進(jìn)行土壤重金屬數(shù)據(jù)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(yīng)用于空間采樣以及相關(guān)的一些空間格局分析[3-4]。基于ArcGIS 10.1軟件平臺(tái)，利用Kriging插值法生成可直觀展示采樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量空間分布圖。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 測定方法的改進(jìn)

經(jīng)典油浴法[1]的測定過程如下：稱取通過0.25 mm孔徑篩風(fēng)干試樣0.05～0.50 g（精確到0.000 1 g，根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量范圍而定），放入硬質(zhì)試管中，然后從自動(dòng)調(diào)零滴定管準(zhǔn)確加入10.00 mL 0.4 mol/L K2CrO7-H2SO4溶液，搖勻并在每個(gè)試管口插入小玻璃漏斗。將試管逐個(gè)插入鐵絲籠中，再將鐵絲籠沉入已在電護(hù)上加熱至185～190 ℃的油浴鍋內(nèi)，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(shí)開始計(jì)時(shí)，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(dòng)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(nèi)提出，冷卻片刻，擦去試管外的油（蠟）液。把試管內(nèi)的消煮液及土壤殘?jiān)哭D(zhuǎn)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的K2CrO7。

可以看出，經(jīng)典的油浴法需要使用硅油或石蠟，使得表面有機(jī)物揮發(fā)，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(diào)控。現(xiàn)將油浴加熱裝置改為恒溫烘箱，就避免了這些問題的發(fā)生。在《土壤檢測 第6部分：土壤有機(jī)質(zhì)的測定》（NY/T 1121.6—2006）[1]基礎(chǔ)上對采用直接加熱消解法測定土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，利用恒溫烘箱[2]進(jìn)行加熱，消化反應(yīng)直接在高腳燒杯中進(jìn)行，改進(jìn)后的方法污染小、設(shè)備簡單、操作簡便、快速準(zhǔn)確，可適用于大批樣品的分析，也適用于條件艱苦的基層環(huán)境檢測單位。

2.2? ? 生態(tài)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對土壤中有機(jī)質(zhì)的影響

生態(tài)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植方式下，土壤有機(jī)質(zhì)分別為（39.44±18.85）g/kg和（29.30±3.37）g/kg，P=0.17。生態(tài)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量比常規(guī)農(nóng)田高10.14 g/kg，說明生態(tài)農(nóng)業(yè)種植技術(shù)增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，提升了土壤肥力，改善了土壤質(zhì)量[5]。

未走訪的大片區(qū)域農(nóng)田的土壤有機(jī)質(zhì)分布圖如圖1所示。可以看出，有機(jī)質(zhì)含量在36 g/kg以上的很少，只占22.6%。有研究證明，大量養(yǎng)殖場畜禽糞便類有機(jī)肥因?yàn)槠毡槭褂煤衂n、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(fēng)險(xiǎn)[6-7]。但是也有研究證明，生態(tài)種植土壤中重金屬Cr、Pb、Hg、As全量含量和有效態(tài)含量均低于常規(guī)種植，因?yàn)樯鷳B(tài)農(nóng)戶沒有使用養(yǎng)殖場畜禽糞便，而采用家庭養(yǎng)殖的雞鴨糞便、油枯和蔬菜廢棄物堆肥作為替代肥料，規(guī)避了養(yǎng)殖糞便帶來的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。這表明生態(tài)農(nóng)戶使用油枯、農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥等有機(jī)肥替代一部分養(yǎng)殖糞便，在提升土壤肥力的同時(shí)，又可以有效減少帶入的重金屬。因此，應(yīng)根據(jù)調(diào)查結(jié)果，鼓勵(lì)該村農(nóng)戶進(jìn)行生態(tài)種植。

3? ? 結(jié)論

（1）改進(jìn)后的有機(jī)質(zhì)測定方法污染小、設(shè)備簡單、操作簡便、快速準(zhǔn)確，可適用于大批樣品的分析和基層環(huán)境檢測單位。

（2）生態(tài)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植方式下，土壤有機(jī)質(zhì)分別為（39.44±18.85）g/kg和（29.30±3.37）g/kg，P=0.17。生態(tài)農(nóng)業(yè)種植技術(shù)增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，提升了土壤肥力，優(yōu)于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植方式，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向生態(tài)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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

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

收稿日期? ?2018-12-29