土壤有機質、酸堿性及其相互關系的研究

張超輝，李昌平

（1.安徽省核工業勘查技術總院，安徽 蕪湖 241000；2.杭州市環境保護有限公司，浙江 杭州 310063）

1 引言

（1）土壤有機質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、組成和性質會隨著生物、氣候、地形和人為耕作利用方式等呈現出規律變化[1]。從廣義上講，土壤有機質包括一切生物體及其分解合成的各種中間物和產物。從狹義上講，土壤有機質是指通過微生物轉化合成的有機物質，即腐殖質。而土壤有機質最重要的來源是高等植物的枯枝落葉、莖、根系、花果等殘體。且在經過礦質化過程（復雜的有機質經過微生物的分解作用，最終形成簡單的無機物質如水、二氧化碳、硫酸鹽、硝酸鹽等）和腐殖化過程（有機質分解過程中的產物經過微生物的作用合成暗色的含N高分子化合物—腐殖質）轉化成有機質[2]。因此，廣義上的有機質包括兩大類：一是非特殊有機質—生物遺體及其分解的中間產物；二是特殊有機質—腐殖質。通常，有機質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和生物化學反應，從而表現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，也是控制土壤對養分及重金屬等污染物性質的吸收和緩沖性能[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對數來表示，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，鑒于土壤有機質和酸堿度在農業生產和土壤環境保護中的重要作用，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，來研究土壤有機質含量、酸堿度及其相互關系，旨在為合理利用和保護土壤資源，以及國民經濟的可持續發展提供理論依據。

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干后進行研磨，并全部通過0.25 mm的篩，同時測出其土樣和砂石的質量，并計算出砂石所占比例，然后進行有機質和pH值的測定。

2.2 測量方法及原理

（1）土壤有機質的測定：本次實驗是根據農業部行業標準《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》（NY/T 1121.6－2006），采用的是重鉻酸鉀—硫酸法。該方法適用于有機質含量在15%以下的土壤有機質的測定，其方法 原理為：在170～180oC的加熱條件下，用過量的重鉻酸鉀－硫酸標準溶液，氧化土壤中的有機碳，多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標準溶液進行滴定，而消耗的重鉻酸鉀量按氧化校正計算有機碳量，再乘以常數1.724，得出土壤有機質量。所用的主要設備有電爐、硬質試管、油浴鍋、滴定管等。

（2）土壤pH的測定：根據農業部行業標準《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。采用的主要儀器設備為PHS－3C酸度計。

3 研究結果及分析

某城市公園山地土壤、城市郊區農田土壤的有機質含量、pH值的測定結果詳見表1。

表1 土壤有機質含量、pH值測定結果一覽表

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

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

3.1 土壤有機質含量的分布規律

3.1.1 土壤有機質含量剖面的分布規律

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

（2）某城市郊區農田土壤有機質主要是由土壤自身含有和外部進入組成的。例如，通過施肥等活動進入土壤的、植物殘體經過淋溶帶入土壤的溶解性有機碳等。其中，非水稻田土壤由于長期耕作，經過翻土混合，上下兩層土壤有機質含量差別不大：上層為1.31 g/kg，下層為1.1 g/kg。但燒地有機質含量較低，化學成分主要是一些灰分物質—植物體經過灼燒后殘留的無機物，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質分布規律

通常，土壤因成土條件和耕作利用方式，以及影響有機質分解因素的不同，土壤有機質的含量會存在著明顯的差異性。而影響有機質分解的因素主要包括：有機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質含量顯著高于某農田土壤，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，造就了部分缺氧環境，有機質分解相對較慢，導致有機質日積月累越來越多。而農田土壤中生長的物種單一，生物量相對較小，主要是人為經常耕作活動使得有機質更容易分解礦化，因此有機質含量較低。

3.2 土壤pH值的變化規律

3.2.1 土壤pH值的空間變化規律

從表1中的分析結果還可以看出，無論是某農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。而造成某農田區土壤與山坡土壤的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值變化規律

（1）以上分析結果表明，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：由于當地多為高溫多濕的氣候條件，所以，巖石、土壤中的礦物在風化成土過程中風化淋溶作用強烈，鹽基物質大量淋失，導致土壤酸化；②母質：土體中的巖石礦物經風化后進入土壤，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生的二氧化碳導致土壤呈酸性；土壤微生物活動（呼吸、分解有機質）產生的二氧化碳及有機酸導致土壤呈酸性；某些土壤專性微生物（硫化和硝化細菌等）對物質的轉化作用（硫和氮素氧化為硫酸和硝酸）導致土壤呈酸性；植物對養分的選擇性吸收和富集作用導致土壤酸性。

（2）某農田土壤均呈堿性，一方面，是由于農作物生長對土壤的酸堿性有一定要求造成的。一般適宜農作物生長的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作物的生長，且土壤的酸堿性與農作物的營養關系很大。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，同樣不利于農作物的生長。而土壤的酸堿性還會影響土壤里營養成分的吸收。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，當土壤中的有機態養分轉化為植物可吸收的無機態養分時，主要是在微生物的參與下進行的。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胞里的原生質溶解，破壞植物組織，而酸性過強也會使原生質變形，并影響酶的活性，進而影響植物對養分的吸收。另一方面，在長期的精耕細作過程中，農藥化肥（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，可以用有機肥來調節，也可以用腐殖酸肥料來調節。

4 土壤有機質與土壤pH值的相互關系

土壤有機質與土壤pH值有著密切的關系。主要是因為：土壤有機質受溫度，水分，地形條件，植被，微生物活性等幾個環境因子的影響；而土壤pH值也主要受這幾個環境因子的影響。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系統中最活躍的組分，影響著土壤有機質的轉化），從而會進一步影響土壤有機質的含量。土壤pH值與有機質含量的關系如圖1所示。

圖1 土壤pH值與有機質含量的關系

由圖1可以看出：土壤有機質與土壤pH值成拋物線形式：y=－0.8837x2+11.5x－32.952，擬和度R2達到0.5027。當土壤pH值小于6.5時，土壤有機質含量會隨著pH值的升高而升高；而當土壤pH值在6.5～7.0時，土壤有機質含量最高；當pH值高于7.0時，土壤有機質含量反而會隨著pH值的升高而降低。這是主要因為當土壤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質含量相對較低。

5 結論

通過對某山坡林地土壤、農田土壤的有機質含量、pH值及其相互關系研究，其結果表明：

（1）土壤pH值和土壤中有機質的含量存在著顯著的剖面分異，表層土壤有機質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質含量也有明顯差別，可能與土壤侵蝕強弱有關；山坡林地土壤有機質含量明顯高于農田土壤，但山坡林地土壤的pH值則明顯低于農田土壤；

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