土壤中有机质和全氮的空间分布规律

长丰县土壤中有机质和全氮的空间分布规律研究作者：指导老师：胡宏祥（安徽农业大学资源与环境学院 2004级农业资源与环境合肥 230036）摘要：探明土壤有机质和全氮的空间分布，是科学配方施肥的重要依据。

通过对长丰县8个乡镇土壤样品的化验测定，并对样品中有机质和全氮的含量进行统计分析。

结果表明，长丰县土壤中全氮含量属中等水平，变异系数为中等程度变异；有机质含量偏低，变异系数也为中等程度变异。

同时，该县土壤有机质和全氮含量的空间差异显著，有机质和全氮呈显著的正相关性，说明增加土壤有机质不仅能改良土质，而且能增加土壤肥力。

关键词：长丰县土壤全氮有机质空间分布1.引言我国要以占世界不足7%的耕地，养活占世界近22%的人口，为满足如此众多的人口对物质不断增加的需求，必须在有限的耕地上生产更多的产品[1]。

要想在有限的耕地上生产更多的产品，增施化肥是提高农作物产量的重要措施。

但是，盲目增施化肥已导致地区间土壤养分差异变大。

在我国经济发达地区化肥施用明显过量，平均达339kg／hm2，是全国平均用量（262 kg／hm2)的1.29倍，而经济发展相对落后地区施肥量则仅为178kg／hm2，是全国平均的67.8％[2]。

其结果是一些地区使有限的肥料资源大量浪费，且导致环境污染。

为了解决这些问题，我国在上个世纪就引入了“精准农业”理念[3]，并以北方土壤及种植管理模式为对象，开展了大量有关土壤养分状况的研究，对作物实施平衡施肥并在贵州、甘肃、广西、湖南、湖北、江西、四川等省份都得到实施，带来了经济、生态和社会效益[4]。

测土配方施肥是以土壤测试和肥料田间试验为基础，根据作物需肥规律，土壤供肥性能和肥料效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用数量、施肥时期和施用方法。

通俗地讲，就是在农业科技人员指导下科学施用配方肥。

测土配方施肥技术的核心是调节和解决作物需肥与土壤供肥之间的矛盾。

同时有针对性地补充作物所需的营养元素，作物缺什么元素就补充什么元素，需要多少补多少，实现各种养分平衡供应，满足作物的需要；达到提高肥料利用率和减少用量，提高作物产量。

测土配方施肥技术包括“测土、配方、配肥、供应、施肥指导”五个核心环节，其中土壤测试是制定肥料配方的重要依据之一，随着我国种植业结构的不断调整，高产作物品种不断涌现，施肥结构和数量发生了很大的变化，土壤养分库也发生了明显改变。

通过开展土壤氮、磷、钾及中、微量元素养分测试，了解土壤供肥能力状况。

随着精确农业、精确施肥技术的提出和开展，土壤特性及其空间变异技术研究得到众多农学家的关注。

1.1土壤有机质和全氮的重要性有机质是土壤的重要组成部分，尽管土壤有机质只占土壤重量的一小部分，但它在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面有着很重要的作用和意义。

一方面它含有植物生长所需要的各种营养元素，是土壤微生物生命活动的能源，对土壤物理、化学和生物学性质有着深刻的影响。

另一方面，土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机污染物的行为都有明显的影响，而且土壤有机质对全球碳平衡起着重要的作用，被认为是影响全球“温室效应”的主要因素。

氮素是构成一切生命体的重要元素。

在作物生产中，作物对氮的需要量较大，土壤供氮不足是引起农产品下降和品质降低的主要限制因子。

同时氮素肥料施用过剩会造成江湖水体富营养化、地下水硝态氮积累及毒害等。

土壤氮素不仅是土壤组成的重要部分，而且是生态系统中极其重要的生态因子，因而一直倍受生态学、土壤学等多个学科的关注，目前又成为国际全球变化问题研究的核心研究内容之一。

氮素是植物生长发育的必需营养元素，也是引发江河湖泊发生富营养化的主要因子之一。

1.2施肥对土壤有机质和土壤全氮含量的影响土壤有机质和氮素是在土壤形成和发育过程中逐渐累积起来的，但土壤通过耕作，按照李比希的养分递减率，其含量都会减少，会逐渐难以满足农作物生长的需要。

人们在农业生产中，常常通过施用有机肥料和化学肥料，来增加土壤中有机质和氮元素的含量。

1.2.1 施肥对土壤有机质的影响土壤有机质是土壤的重要组成部分，土壤的物理、化学、生物等许多属性都直接或间接地与有机质的存在有关。

有机质是土壤的重要组成成分，其含量水平是衡量土壤肥力的重要指标。

在一定条件下，土壤有机质含量越高，标志着土壤肥力越好；土壤有机质含量越低，标志着土壤肥力越差。

对土壤中有机质进行的研究发现，长期有机肥与化肥配施或氮磷钾化肥配施均可增加耕层土壤有机质含量。

而在沈阳市20年的研究结果以及在河北省几种主要耕种农田的土壤肥力进行的定位监测，也都表明化肥的大量使用，会使农田土壤中有机质含量呈现增加趋势。

不过由于农作物对土壤养分的吸收，在很少或不施用有机肥，单施氮肥、磷肥、钾肥的情况下，土壤有机质含量在长时间内变化并不大，甚至减少。

1.2.2 施肥对土壤中氮的影响氮素是构成一切生命体的重要元素。

在作物生产中，作物对氮素的需要量最大，土壤氮素不足会引起农产品产量下降和品质降低。

当然过量施用氮肥不仅会影响作物的品质同时还会增加环境污染风险。

氮肥的施用对土壤氮素含量影响很明显，氮肥施入土壤后除被作物吸收利用外，虽然有很大一部分通过NO3-淋失、反硝化、NH3挥发以及NO2-的化学分解等途径从土壤中损失掉，不过仍有15%～46%的氮残留在土壤中。

据估算，我国每公顷氮的平均贮量可达5000 kg～10000 kg，按现在平均产量可维持20年～45年，其中，土壤0-20cm土层氮储量高达1500 kg/hm2～6300kg/hm2，0-100cm土层氮储量达3000 kg/hm2～12000kg/hm2。

在北京市大兴区采样实验的结果也表明我国土壤中的氮素大大提高：土壤中全氮含量从1982年均值为0.60g/kg，最大值为1.38 g/kg，增加到2000年均值为0.90g/kg，增加的比例达到50%，最大值达到2.52 g/kg；碱解氮含量在1982年均值为51.94mg/kg，最大值为104.30mg/kg，而2000年均值为71.36mg/kg，增加的比例达到37.39%，最大值达到113.68mg/kg。

1.3 研究土壤有机质和全氮的意义土壤有机质和全氮是评价土壤肥力和土壤质量的重要指标，是全球碳循环的重要源和汇，目前已成为土壤科学、环境科学研究热点之一 [5,6]。

尽管它们只占土壤总量的很小一部分，但在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都有着很重要的作用和意义。

土壤有机质和全氮与其他土壤特性一样，具有高度的空间变异性，即在相同的区域内，同一时刻不同的空间位置，其含量存在明显的差异。

充分了解土壤有机质和全氮的空间分布特征，掌握其变异规律，对于实现土壤可持续利用和区域可持续发展具有重要意义。

2.材料与方法2.1研究区概况长丰县位于东经116º52´至117º26´、北纬31º55´至32º37´之间。

地形狭长。

全县总面积为1922平方公里，其中耕地面积98.11万亩。

长丰县地处江淮丘陵北缘，地势东、南部稍高，西部较低，平均海拔50米。

长丰县气候受海洋影响较大，属亚热带季风性湿润气候。

气候温和，降水充沛，日照充足，植被丰富，四季分明。

年平均气温15℃，年平均降雨960毫米，年平均日照2160小时，年平均无霜期224天。

土壤类型以马肝土、马肝田为主。

2.2土壤样品的采集及制备本实验研究的是安徽省长丰县8个乡镇的土壤样品，这些乡镇分别是：岗集、吴山、陶楼、三十头、双墩、义井、杜集、左店。

采用GPS定位技术，对长丰县8个乡镇进行划分采样单位定点取样，农用田土样采自地表0-20cm，深耕层土壤果园为0-40cm。

为了保证土壤样品的代表性，每个采样单元，一般按S型设定10-20个点进行布点采集；在地形变化小、地力较均匀，采样单元面积较小的情况下，采用梅花形布点采样；采样按照随即、等量和多点混合的原则进行，同时避开路边、田埂、沟边、肥堆等特殊部位。

每个采样点的取土深度及采样量均匀一致，土壤上层和下层的比例相同。

取土器垂直地面入土，深度相同。

用取土铲先取出一个耕层断面，在平行于断面下铲取土。

采集的混合土样按四分法进行取舍至1kg左右。

将从野外采回的土壤样品及时放入样品盘中，摊开置于干净整洁的室内通风处自然风干，风干后的土样研磨过100目筛，装入样品袋中用于土样的速效钾的测定，在样品袋内外写上标签，写明编号、采样地点、土壤名称、采样深度、采样日期、采样人、制样人及制样时间等。

2.3 土壤有机质测定方法及步骤2.3.1 原理（重铬酸钾容量法）：在加热的条件下，用过量的重铬酸钾—硫酸(K2Cr2O7－H2SO4)溶液，来氧化土壤有机质中的碳，Cr2O-27等被还原成Cr+3，剩余的重铬酸钾(K2Cr2O7)用硫酸亚铁(FeSO4)标准溶液滴定，根据消耗的重铬酸钾量计算出有机碳含量，再乘以常数1.724，即为土壤有机质量。

其反应式为：重铬酸钾—硫酸溶液与有机质作用：2K2Cr2O7 + 3C + 8H2SO4 = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 3CO2↑ + 8H2O硫酸亚铁滴定剩余重铬酸钾的反应：K2Cr2O7 + 6FeSO4 +7H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O2.3.2试验步骤：1在分析天平上准确称取通过60目筛子(＜0.25mm)的土壤样品0.1—0.5g(精确到0.0001g)，用长条腊光纸把称取的样品全部倒入干的硬质试管中，用移液管缓缓准确加入0.136mol/L重铬酸钾—硫酸(K2Cr2O7-H2SO4)溶液10ml，(在加入约3ml时，摇动试管，以使土壤分散)，然后在试管口加一小漏斗。

2预先将液体石蜡油或植物到入油浴锅加热至185—190℃，将试管放入铁丝笼中，然后将铁丝笼放入油浴锅中加热，放入后温度应控制在170—180℃，待试管中液体沸腾发生气泡时开始计时，煮沸5分钟，取出试管，稍冷，擦净试管外部油液。

3冷却后，将试管内容物小心仔细地全部洗入250ml的三角瓶中，使瓶内总体积在60—70ml,保持其中硫酸浓度为1—1.5mol/l,此时溶液的颜色应为橙黄色或淡黄色。

然后加邻啡罗啉指示剂3—4滴，用0.2mol/l的标准硫酸亚铁(FeSO4)溶液滴定，溶液由黄色经过绿色、淡绿色突变为棕红色即为终点。

4在测定样品的同时必须做两个空白试验，取其平均值。

可用石英砂代替样品，其他过程同上。

2.4 土壤全氮测定方法及步骤2.4.1 原理：(重铬酸钾—硫酸消化法)土壤与浓硫酸及还原性催化剂共同加热，使有机氮转化成氨，并与硫酸结合成硫酸铵；无机的铵态氮转化成硫酸铵；极微量的硝态氮在加热过程中逸出损失；有机质氧化成CO2。