土壤有机质、酸碱性及其相互关系的研究

张超辉，李昌平

（1.安徽省核工业勘查技术总院，安徽 芜湖 241000；2.杭州市环境保护有限公司，浙江 杭州 310063）

1 引言

（1）土壤有机质是土壤固相部分的重要成分，在土壤中的分布具有明显的非均匀性，其含量、组成和性质会随着生物、气候、地形和人为耕作利用方式等呈现出规律变化[1]。从广义上讲，土壤有机质包括一切生物体及其分解合成的各种中间物和产物。从狭义上讲，土壤有机质是指通过微生物转化合成的有机物质，即腐殖质。而土壤有机质最重要的来源是高等植物的枯枝落叶、茎、根系、花果等残体。且在经过矿质化过程（复杂的有机质经过微生物的分解作用，最终形成简单的无机物质如水、二氧化碳、硫酸盐、硝酸盐等）和腐殖化过程（有机质分解过程中的产物经过微生物的作用合成暗色的含N高分子化合物—腐殖质）转化成有机质[2]。因此，广义上的有机质包括两大类：一是非特殊有机质—生物遗体及其分解的中间产物；二是特殊有机质—腐殖质。通常，有机质绝大部分会存在于土壤表层，一般只占土壤干重的0.5%～3%，但在土壤中起着极其重要的作用。

（2）土壤酸碱性是土壤的一个重要特征，是指土壤中存在着各种化反应和生物化学反应，从而表现出不同的酸性或碱性，是影响土壤肥料利用率和土壤肥力的因素，也是控制土壤对养分及重金属等污染物性质的吸收和缓冲性能[3]。通常，土壤酸碱性的强弱可用酸碱度来衡量，一般用氢离子浓度的负对数来表示，以pH为符号。土壤酸碱度按其强弱可分为如下几级：pH值＜4.5为强酸性；pH值在4.5～6.5为酸性；pH值在6.5～7.5为中性；pH值在7.5～8.5为碱性；pH值＞8.5为强碱性[4]。

（3）目前，鉴于土壤有机质和酸碱度在农业生产和土壤环境保护中的重要作用，以及在研究过程中所存在的问题，本研究选择了安徽省某城市公园山地土壤和城郊农田土壤作为样品，并通过实验室的分析测定，来研究土壤有机质含量、酸碱度及其相互关系，旨在为合理利用和保护土壤资源，以及国民经济的可持续发展提供理论依据。

2 实验部分

2.1 实验材料

本研究采用的土壤样品为安徽省某城市公园山地土壤和城郊某农田土壤样品。其中，山地土壤采自某城市公园东西南北四个方向，每个方向分上中下三个采样点，每点按0～1 0 cm、10～20 cm分别采取不同剖面层次的样品。而农田土壤来自某城郊水稻田、非水稻田、烧荒地三处，同样按0～10 cm、10～20 cm采取不同剖面层次的样品。上述土壤样品在室温下风干后进行研磨，并全部通过0.25 mm的筛，同时测出其土样和砂石的质量，并计算出砂石所占比例，然后进行有机质和pH值的测定。

2.2 测量方法及原理

（1）土壤有机质的测定：本次实验是根据农业部行业标准《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》（NY/T 1121.6－2006），采用的是重铬酸钾—硫酸法。该方法适用于有机质含量在15%以下的土壤有机质的测定，其方法 原理为：在170～180oC的加热条件下，用过量的重铬酸钾－硫酸标准溶液，氧化土壤中的有机碳，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液进行滴定，而消耗的重铬酸钾量按氧化校正计算有机碳量，再乘以常数1.724，得出土壤有机质量。所用的主要设备有电炉、硬质试管、油浴锅、滴定管等。

（2）土壤pH的测定：根据农业部行业标准《土壤检测 第2部分：土壤pH的测定》（NY/T 1121.6－2006）。本次实验采用电位测 定法，该方法适用于各类土壤pH值的测定。其方法原理为：将pH玻璃电极、温度传感器插入土壤悬浊液（采用的水土比例为1：1）中，在酸度计上测定，直接读取pH值。采用的主要仪器设备为PHS－3C酸度计。

3 研究结果及分析

某城市公园山地土壤、城市郊区农田土壤的有机质含量、pH值的测定结果详见表1。

表1 土壤有机质含量、pH值测定结果一览表

研究结果及分析：（1）某城市公园山坡土壤有机质含量平均值2.78 g/kg，某城市郊区农田土壤有机质含量平均值1.48 g/kg，即某城市公园山坡土壤有机质的含量明显高于某城市郊区农田土壤有机质的含量。这主要是由于土壤母质的不同和人为因素的影响。

（2）某 城市郊区农田土壤有机质的含量低可从以下三方面理解：其一，某城市郊区农田区提供的枝叶较少 ；其二，土壤较湿润，有机质的腐烂分解较快，这对土壤中有机质的含量就会产生一定的影响；其三，淹水植稻能有效维持土壤有机质含量的长期稳定，仅施化肥不会导致稻田土壤有机质含量下降，但农田系统有机物循环利用能显著提高土壤有机质含量和土壤养分的生物有效性，且通过有机物养分资源的循环利用，可将目前的化肥施用量降低20%以上，从而减轻了土壤环境污染，提高了农田生态系统的生产力。

3.1 土壤有机质含量的分布规律

3.1.1 土壤有机质含量剖面的分布规律

（1）在某城市公园山坡土壤、郊区农田土壤中，其土壤剖面上层有机质含量均高于下层有机质的含量，大约是下层的2倍。其中，上层有机质高主要取决于有机物的C/N比，地区气候和有机物的输入，如山坡上树木的残枝落叶经土壤微生物分解后进入土壤，增加了土壤有机质，有机质含量最高为5.58 g/kg；这些有机物主要含有碳水化合物、氮化合物，可改变土壤的理化性质和机械组成。而下层有机质含量明显降低，其含量最大值为2.84 g/kg，最小值为0.84 g/kg，主要是由于有机质得不到补充，且在成土过程中形成的有机质，含量相对稳定。另外，土壤母质、铁铝氧化物等均会在一定程度上影响有机质的含量。

（2）某城市郊区农田土壤有机质主要是由土壤自身含有和外部进入组成的。例如，通过施肥等活动进入土壤的、植物残体经过淋溶带入土壤的溶解性有机碳等。其中，非水稻田土壤由于长期耕作，经过翻土混合，上下两层土壤有机质含量差别不大：上层为1.31 g/kg，下层为1.1 g/kg。但烧地有机质含量较低，化学成分主要是一些灰分物质—植物体经过灼烧后残留的无机物，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机质分布规律

通常，土壤因成土条件和耕作利用方式，以及影响有机质分解因素的不同，土壤有机质的含量会存在着明显的差异性。而影响有机质分解的因素主要包括：有机残体的组成状况和外界条件（诸如温度、湿度和通气状况、土壤pH值、土壤中的粘粒等）。由表1可以看出，某山坡林地土壤有机质含量显著高于某农田土壤，主要原因是山林地植被茂密，植物生长量大，加之山坡土壤表面被残枝落叶所覆盖，造就了部分缺氧环境，有机质分解相对较慢，导致有机质日积月累越来越多。而农田土壤中生长的物种单一，生物量相对较小，主要是人为经常耕作活动使得有机质更容易分解矿化，因此有机质含量较低。

3.2 土壤pH值的变化规律

3.2.1 土壤pH值的空间变化规律

从表1中的分析结果还可以看出，无论是某农田土壤还是某山坡土壤，上层土壤的pH值略高于下层土壤的pH值，且某山坡土壤在山体的不同位置处的土壤pH值变化不大。而造成某农田区土壤与山坡土壤的pH值明显不同的主要原因是土体的利用方式不同。

3.2.2 不同土地利用方式下的土壤pH值变化规律

（1）以上分析结果表明，某山坡土壤呈酸性，主要受以下几个因素的影响：①气候条件：由于当地多为高温多湿的气候条件，所以，岩石、土壤中的矿物在风化成土过程中风化淋溶作用强烈，盐基物质大量淋失，导致土壤酸化；②母质：土体中的岩石矿物经风化后进入土壤，其中会含有大量的钙、镁、钾、钠等盐基离子，其pH值不可能很高；③生物：主要包括植物根系呼吸作用产生的二氧化碳导致土壤呈酸性；土壤微生物活动（呼吸、分解有机质）产生的二氧化碳及有机酸导致土壤呈酸性；某些土壤专性微生物（硫化和硝化细菌等）对物质的转化作用（硫和氮素氧化为硫酸和硝酸）导致土壤呈酸性；植物对养分的选择性吸收和富集作用导致土壤酸性。

（2）某农田土壤均呈碱性，一方面，是由于农作物生长对土壤的酸碱性有一定要求造成的。一般适宜农作物生长的pH值在6.5～7.5之间，这主要由于土壤的酸性或碱性过强都不宜于农作物的生长，且土壤的酸碱性与农作物的营养关系很大。如果土壤的酸性很强，就会存在很多的铁离子和铝离子，这时若施用磷肥，铁离子和铝离子就会生成磷酸铁和磷酸铝，从而使磷肥失效；如果土壤碱性过强，就会使一些金属元素沉淀，同样不利于农作物的生长。而土壤的酸碱性还会影响土壤里营养成分的吸收。一般氮的有效性在pH值6～8之间是最高的；钾的有效性在pH值大于6时最高；磷的有效性在pH值为6.5～7.5时最高。而且，当土壤中的有机态养分转化为植物可吸收的无机态养分时，主要是在微生物的参与下进行的。因此，土壤里的酸性和碱性过强都不利于微生物的生长，且土壤的酸碱性对植物本身也有影响。如土壤里的碱性强会使细胞里的原生质溶解，破坏植物组织，而酸性过强也会使原生质变形，并影响酶的活性，进而影响植物对养分的吸收。另一方面，在长期的精耕细作过程中，农药化肥（如磷肥、钾肥）的大量施用，造成土壤pH值偏高。但对于碱性土壤，可以用有机肥来调节，也可以用腐殖酸肥料来调节。

4 土壤有机质与土壤pH值的相互关系

土壤有机质与土壤pH值有着密切的关系。主要是因为：土壤有机质受温度，水分，地形条件，植被，微生物活性等几个环境因子的影响；而土壤pH值也主要受这几个环境因子的影响。此外，土壤pH值大小也会影响微生物的活性（土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的组分，影响着土壤有机质的转化），从而会进一步影响土壤有机质的含量。土壤pH值与有机质含量的关系如图1所示。

图1 土壤pH值与有机质含量的关系

由图1可以看出：土壤有机质与土壤pH值成抛物线形式：y=－0.8837x2+11.5x－32.952，拟和度R2达到0.5027。当土壤pH值小于6.5时，土壤有机质含量会随着pH值的升高而升高；而当土壤pH值在6.5～7.0时，土壤有机质含量最高；当pH值高于7.0时，土壤有机质含量反而会随着pH值的升高而降低。这是主要因为当土壤pH值偏低时，土壤呈酸性，pH值偏高时呈碱性。而大部分植物适都适宜生长在接近中性的土壤环境中，因此，土壤pH值偏高和偏低时均不利于植物的生长，同时，微生物的活性也会相对降低，从而造成土壤在偏酸性或偏碱性的情况下使有机质含量相对较低。

5 结论

通过对某山坡林地土壤、农田土壤的有机质含量、pH值及其相互关系研究，其结果表明：

（1）土壤pH值和土壤中有机质的含量存在着显著的剖面分异，表层土壤有机质含量显著高于底层土壤，表层土壤pH值基本高于底层土壤；山地不同部位土壤有机质含量也有明显差别，可能与土壤侵蚀强弱有关；山坡林地土壤有机质含量明显高于农田土壤，但山坡林地土壤的pH值则明显低于农田土壤；

（2）当pH值小于6.5时，随着pH值升高，土壤有机质的含量会增加；当pH值在6.5～7.0时，土壤有机质含量为最高；当pH值大于6.5时，土壤有机质含量则会随着pH值的升高而降低。由此可以看出，土壤有机质含量与pH值之间呈现出显著的二次曲线关系。