京山市钱场—新市两镇表层土壤有机质含量分布及影响因素

李随云，杨 飞，杨载熙，邹院兵，蒋之飞，陈 松

(湖北省地质局 第六地质大队，湖北 孝感 432000)

土壤有机质由一系列存在于土壤中、组成和结构不均一、主要成分为碳和氮的有机化合物组成，是土壤肥力的重要指标，是植物必需营养元素的主要来源。京山市作为湖北国宝桥米重要的生产基地，土壤有机质含量高低将直接对优质水稻的长势产生重要影响，因此有必要对表层土壤有机质的分布及影响因素作进一步的研究。在湖北省1∶25万多目标地球化学调查、京山市土地质量地球化学评价(二期)项目的基础上，对京山市钱场—新市两镇表层土壤有机质分布特征和影响因素进行探讨，可为农业种植适宜性评价及土壤改良提供科学依据和指导。

1 区域概况

研究区位于京山市中南部，地势中部丘陵区高，两端低，属北亚热带季风型气候区。区内总面积322.90 km2，涉及京山市钱场镇(全镇)和新市镇(南部)(图1)。地理坐标为东经112°57′～113°15′、北纬30°47′～31°04′。本区盛产的京山桥米，作为中国国家地理标志产品，可口味美，早在明代就被御定为“贡米”。

图1 研究区交通位置图Fig.1 Traffic location map of research area1.县市驻地；2.乡镇驻地；3.河流；4.水库；5.普通公路；6.高速公路；7.铁路；8.研究区范围。

本区地层复杂，出露的地层时代从老到新依次为晚震旦世—早寒武世灯影组(Z21d)，早寒武世石龙洞组(1shl)，中寒武世覃家庙组(2q)，早奥陶世南津关组、红花园组、大湾组、牯牛潭组(O1n-g)，中奥陶世庙坡组(O2m)，中—晚奥陶世宝塔组(O2-3b)，晚奥陶世—早志留世龙马溪组(O3S1l)，早志留世罗惹坪组(S1lr)，中志留世纱帽组(S1-2s)，中泥盆世云台观组(D2y)，晚石炭世黄龙组(C2h)，早二叠世栖霞组(P1q)、茅口组(P1m)，晚二叠世大隆组(P2d)、吴家坪组(P2w)，早三叠世大冶组(T1d)，早—中三叠世嘉陵江组(T1-2j)，第四纪更新统(Qpal)，第四纪全新统(Qhal)。区内出露的地层主要为早志留世罗惹坪组、早三叠世大冶组、第四纪更新统和第四纪全新统。

根据土地利用现状分类标准，本区土地利用方式共分10个一级类，分别为耕地、园地、林地、草地、工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地。根据湖北省京山市第二次土壤普查结果，本区土壤共分4个大类、7个亚类，分布有水稻土、潮土、黄棕壤土和石灰土。

2 样品采集和测试

2.1 土壤样品采集

按照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)、《多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)等规范要求，采用土地利用图和地形图相套合实地采样[1-2]。样品采集主要以木锹为械具，采集地表0～20 cm的原始新鲜土壤，去除杂草、草根、砾石、砖块、肥料团块等杂物。采样时以1处为主，在采样点周围50 m范围内不同的田块、不同的农作物类型多点采集3～5个子样组合为一个样品。土壤充分混合后，留取1.0～1.5 kg装入样品袋。本研究共收集钱场—新市两镇表层土壤有机质数据1 725个。

2.2 样品分析测试

样品测试由湖北省地质局第六地质大队实验室完成。野外采样人员将样品初加工后送至实验室，测试单位对土壤有机碳的测定步骤为：土壤样品(20目)经混匀后，用无污染的行星球磨机粉碎至200目(粒径0.074 mm)。将加工后的试样装玻璃瓶经105 ℃烘烤2 h后，称取0.5 g试样，试样经硫酸、重铬酸钾消解，硫酸亚铁铵容量法滴定。

3 结果与讨论

3.1 土壤有机质含量分布特征

通过参照《湖北省第二次土壤普查》成果资料，按有机碳含量×系数1.724，计算本区有机质含量。从表1可以看出，本区表层土壤有机质含量1.68～177.39 g/kg，中值为28.27 g/kg，平均值为30.74 g/kg，是全国土壤有机质含量(20.00 g/kg)的1.53倍。

表1 表层土壤有机质含量特征Table 1 Characteristics of organic matter content in topsoil

按照《土地质量地球化学评价规范》(DD/T 0295—2016)中土壤有机质等级分级标准，共分成5个等级：缺乏(≤10 g/kg)、较缺乏(10～20 g/kg)、中等(20～30 g/kg)、较丰富(30～40 g/kg)、丰富(>40 g/kg)。本区表层土壤中有机质以中等区和较丰富区为主，其次为较缺乏区和丰富区，缺乏区所占比例最小(图2)。

图2 表层土壤有机质丰缺图Fig.2 Abundance and deficiency map of topsoil organic matter

3.2 土壤有机质含量影响因素分析

土壤有机质是土壤中各类营养元素的重要来源，也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。前人为此作了大量研究[3-8]。土壤有机质含量与土壤类型密切相关，在纬度地带、经度地带和垂直地带具有一定的空间变化规律。此外，在相同的气候条件下，有机质含量主要受土壤类型、土地利用方式、人为施肥等因素的影响。本区主要从不同土壤类型、土地利用方式两个方面分析对表层土壤有机质含量的影响。

3.2.1土壤类型

本区共有4种类型的土壤，即水稻土、潮土、黄棕壤土和石灰土。从表2可以看出，不同土壤类型对土壤表层有机质有明显影响。各类土壤表层有机质平均含量(g/kg)：石灰土(38.20)>黄棕壤(30.01)>水稻土(29.43)>潮土(24.42)。造成这种现象的原因是石灰土富钙偏碱，土壤中的可溶性碳酸盐与腐殖质形成稳定的腐殖酸钙，使得土壤有机质积累较多[9]；黄棕壤和水稻土虽然含钙甚少，但是土壤质地粘重、紧实，多为中壤或轻壤，有利于腐殖质的积累，且水稻土长期处于水淹的缺氧还原状态，有机质分解速度较慢，腐殖质系数高，有机质含量也较高；潮土土壤质地多为河流冲积物，质地较粗且松散，粘粒含量低，土壤通透性好，好氧微生物活性强，有机质分解较快导致腐殖质积累过程较弱，有机质含量偏低。

表2 不同土壤类型下表层土壤有机质含量Table 2 Organic matter content in topsoil under different soil types

3.2.2土地利用方式

本区土地利用方式主要为耕地、园地、林地和草地共4类，工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地共6类采样点少，不具代表性。从表3可以看出，不同土地利用方式对土壤有机质有明显影响。各类土地利用方式有机质平均含量(g/kg)：林地(37.01)>耕地(29.53)>园地(27.32)>草地(15.11)。造成这种现象的原因是林地土壤表层地表枯落物和死亡根系较为丰富，这些凋落物和死亡根系在腐烂过程中形成有机物质，从而使土壤表层有机质较为丰富[10-11]；耕地土壤虽然长期耕作导致土壤疏松，有机质的降解过程得到促进，但是耕地常年为农作物施入有机肥，且目前水稻和小麦收割机械化，大量秸秆粉碎还田，导致土壤中有机质含量也较丰富；园地土壤虽然免耕，有利于有机质积累，但是园地凋落物较林地少，且果园多重氮肥轻有机肥，导致土壤有机质含量偏低；草地根系分布浅且不发达，根系返还少，且常年未施有机肥，导致有机质含量偏低。

表3 不同土地利用方式下表层土壤有机质含量Table 3 Organic matter content in topsoil under different land use patterns

4 结论

(1) 京山市钱场—新市两镇表层土壤有机质资源较为丰富，含量为1.68～177.39 g/kg，平均值为30.74 g/kg，是全国土壤有机质含量的1.53倍，等级以中等和较丰富为主。

(2) 不同土壤类型对表层土壤有机质含量有明显影响。石灰土含量最高，平均值为38.20 g/kg，潮土含量最低，平均值为24.42 g/kg。

(3) 不同土地利用方式对表层土壤有机质含量有明显影响。林地含量最高，平均值为37.01 g/kg，草地含量最低，平均值为15.11 g/kg。

通过分析本区表层土壤有机质含量分布特征及影响因素，为今后本区农业种植适宜性评价提供评价指标，并为后期土壤改良提供科学依据，具有重大意义。