土壤腐殖质测定报告-副本

摘 要：实验对比分析黄土高原地区3种土地利用方式下（连作麦地、10年果园和20年果园）土壤中有机碳(TOC)、腐殖质组成特点。实验采用方法主要为重铬酸钾外加热法进行测定。结果表明:TOC平均含量为10.34g/kg。其中麦地TOC含量最高,平均值为10.74 g/kg,其次是20m年果园TOC平均值为10.26 g/kg,最后为10年果园，TOC含量平均值为10.01g/kg。同土地利用方式土壤腐殖质组成含量均为:胡敏酸碳20年果园>10年果园;富里酸碳含量为:麦地>10年果园>20年果园。麦地、10年果园、20年果园的H/F比值分别为0.63、0.50、0.54。不同土地利用方式土壤TOC含量以及组成的差异与土壤环境特点、输入土壤的有机质性质以及人为耕作管理活动等有关.

0. 引言

土壤腐殖质作为土壤有机质的主体,是土壤发生过程的产物,又是土壤发生过程的动力之一。土壤中的腐殖质多是与矿质部分结合形成的有机无机复合胶体,它是土壤中比较活跃的组成部分,对土壤结构的形成、土壤水分和养分的保持与供应都有重要影响等。研究认为,可用腐殖质指数来快速评估有机质的积累、土壤酸碱性和土壤生物活性。在由温室效应造成的全球变暖等环境问题的压力下,人们不仅希望通过增加土壤腐殖质的含量来改善土壤肥力,更希望能够固定更多大气中的CO2。本实验通过对比分析麦地、10年苹果园、20年苹果园几种土地利用类型中土壤有机碳、腐殖质组成及不同生长年限碳积累的差异，为进一步深入开展黄土高原地区土地利用变化影响土壤有机碳的研究和准确评价我国土地利用变化对土壤碳库的影响提供一些依据，为农民种植提供指导。 1 材料与方法

1.1 研究地区概况

研究区域选择在典型的黄土高原沟壑区长武塬，位于黄土高原中南部陕甘交界处，塬区平均海拔1200m，属温带半湿润大陆性季风气候区。塬区降水年内年际变化较大，多年平均降水量582mm。光照条件充足，年日照时数2230小时，日照率51%，年均辐射量为4837KJ/cm2，无霜期171天，年均气温9.1℃，≥10℃活动积温3029℃。塬区无灌溉条件，属典型的雨养农业区。黄土区土层深厚，

母质为马兰黄土，土壤多为中壤质黑垆土。

1.2样品采集与分析

采集上湾村、岸门村、东高寺、高家山、马寨村、回朝村的土样。两次采样点基本覆盖了长武塬面，由东南向西北呈南北对称的均匀分布每个样点选取3种不同的土地利用方式（麦地、10年苹果园、20年苹果园）。

1.3试验方法与试剂仪器

1.3.1试验方法

（1）在每个试验小区内采用蛇形五点取样法取耕层土壤(0-20 cm)进行混合, 混合均匀后再按四分法进行取舍，保留1kg左右土样装袋带回实验室，自然晾干并去除植物根系、砾石后研磨过筛备用。由于天气原因等，最终实验用我们科创用土。

（2）称取0.25mm相当于2.50g烘干重的风干土样，置于250ml三角瓶中，用移液管准确加入0.1mol/L焦磷酸和0.1mol/L氢氧化钠混合液（浸提液）50.00ml，震荡5分钟，塞上橡皮套，然后静置13——14小时（控制温度在20℃左右），旋即摇匀进行过滤，收集滤液（一定要清亮）。

（3） 吸取滤液5.00ml，移入150毫升三角瓶中，放在水浴上蒸发至近干，加0.8000mol／L（1／6K2Cr2O7）标准液5.00ml，用注射筒迅速注入浓硫酸5ml，

将装有样液的三角瓶装一简易空气冷凝管，移至已预热到200~230摄氏度的电砂浴上加热。当空气冷凝管下端落入第一滴冷凝液时，开始计时消煮5±0.5min。冷却后，用蒸馏水冲洗内壁及低端外壁，再加蒸馏水50ml稀释，加邻啡罗林指示剂3滴(颜色变化为橙→灰绿→淡绿→砖红)，用0.1mol∕L硫酸亚铁(V1)滴定，同时作空白实验（消耗硫酸亚铁体积为V0）。

（4）胡敏酸和富里酸总碳量的测定

吸取滤液5.00ml，移入150毫升三角瓶中，加3mol／L H2SO4约五滴（调节pH为7）至溶液出现浑浊为止，置于水浴锅上蒸干。加0.8000mol／L（1／6K2Cr2O7）标准液5.00ml，用注射筒迅速注入浓硫酸5ml，盖上小漏斗，在沸水浴上加热15分钟，冷却后加蒸馏水50ml稀释，加邻啡罗林指示剂3滴，用0.1mol∕L硫酸亚铁(V2)滴定，同时作空白实验。

（5）胡敏酸碳量测定

1）胡敏酸和富里酸分离

吸取上述滤液20.00ml于小烧杯中，置于沸水浴上加热，在玻璃搅拌下滴加3mol∕L H2SO4酸化（约30滴），至有絮状沉淀析出为止，继续加热10分钟使胡敏酸完全沉淀。过滤，以0.01mol∕L H2SO4洗涤滤纸和沉淀，洗至滤液无色为止（即富里酸完全洗去）。

2）胡敏酸碳量的测定

沉淀用热的0.05mol/L氢氧化钠溶液少量多次地洗涤溶解于100mL容量瓶中，直到滤液无色为止，用水稀释至刻度，摇匀。吸取10.00mL~25.00mL溶液（视溶液颜色深浅而定），置于盛有少量石英砂的硬质试管中，逐滴加入0.5mol/L硫酸溶液中和至pH =7（用pH试纸试验），使溶液出现混浊为止。将硬质试管放在水浴上蒸发至近干，然后相同方法测定胡敏酸碳量。消耗硫酸亚铁体积为（V3） 结果计算

腐殖质全碳量(g/kg)= [0.8000×5.00×(V0-V1)×0.003×1.1V0] ×1000 / (m×K)

胡敏酸和富啡酸总碳量(g/kg)= 0.8000×5.00×(V0-V2)×t×0.003×1.1V0]×1000/ (m×K)

胡敏酸碳量(g/kg)= 0.8000×5.00×(V0-V3)×t×0.003×1.1V0]×1000 / (m×K)

富啡酸碳量(g/kg)=胡敏酸和富啡酸总碳量(g/kg)―胡敏酸碳量(g/kg)

胡敏素碳量(g/kg)=腐殖质全碳量(g/kg)―胡敏酸和富啡酸总碳量(g/kg) 式中：

V0--5.00毫升标准重铬酸钾溶液空白实验滴定的硫酸亚铁毫升数。

V1—测定腐殖质全碳量消耗的硫酸亚铁毫升数

V2—测定胡敏酸和富里酸总碳量消耗的硫酸亚铁毫升数

V3—测定胡敏酸碳量消耗的硫酸亚铁毫升

0.003—1/4碳原子的毫摩尔质量 g/mmol

m—风干土样质量 g

5.00--空白所用K2Cr2O7毫升数

K—风干土样换算成烘干土样的水分烘干系数（称取风干土壤w g，放于105度的烘箱中，直至恒重，称取此时烘干土壤质量s g，那么K=S/W.）

（6）土壤有机碳的测定（TOC）

准确称取通过0.25mm筛孔的风干土样0.50g（精确至0.0001），置于硬质试管的底部(称样量根据有机质含量范围而定),然后用自动调零滴定管准确加入10ml 0.40mol/L重铬酸钾--硫酸溶液，摇匀并在每个试管口插入1小玻璃漏斗。将试管逐一插入铁丝笼中，再将铁丝笼放入已在电炉上加热180摄氏度的油浴锅中（同腐殖质没有沙浴了）剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁滴定,由所消耗的重铬酸钾量计算土壤有机碳含量。

计算公式：

土壤有机碳（%）=（V0—V） * N * 0.03 / 烘干土样重*100%

式中 V0---------滴定空白时所用FeSO4,ml

V-----------滴定土样时所用FeSO4,ml

N----------- FeSO4的当量浓度

0.03---------1个mg当量碳的克数

2结果与分析

2.1不同土地利用方式土壤有机碳(TOC)的含量

不同土地利用方式下,土壤TOC含量有所差异。由表1可知,研究区域土壤

TOC平均含量为10.34 g/kg,变幅为8.11~12.85 g/kg。研究区域的TOC含量在同一土地利用类型和总体上均符合正态分布,说明TOC含量在空间上的变异是多种相互独立的随机因素变化综合作用的结果。几种土地利用方式的K-S检验显著性水平均低于总体检验值,说明采样区TOC的变异除受地形差异、植被、耕作管理措施、黄土高原地区母土壤母质相似等原因造成的以及随机因素等共同影响外,土地利用方式的影响是比较小。另外，由于天气等条件限制，我们所用土壤搁置时间过长，对实验结果有一定影响。

表1不同土地利用方式土壤TOC含量

土地利用 样本数 均值（g/kg） 变异系数M% 标准差 最大值 最小值 K-S检

验p值

麦地 18 10.74

10年苹果园 18.59 2.00 12.85 4.50 0.16 ** 18 10.01 18.13 1.82 12.04 7.42 0.59 ** 20年苹果园 18 10.26 11.57 1.19 11.79 8.11 0.80 **

总计 54 10.34 16.12 1..67 12.85 8.11

0.84** 注:**表示K-S检验达极显著水平(P

土壤TOC含量

土壤TOC含量是在土壤生态过程中形成的一个动态平衡值,土壤TOC含量与土壤淹水条件、土壤空隙等有较大关系。不同土地利用方式土壤生态过程不同,从而导致土壤TOC含量存在较大差异。现在农村麦田基本采用秸秆还田技术，土壤表面覆盖麦秆，形成有机质含量丰富的腐殖质层,积累了大量有机质。

2.2 不同土地利用方式土壤腐殖质组成特点

表2 不同土地利用方式土壤腐殖质组成特征

土

地

利

用 含量g/kg

胡敏酸碳HA-C 占有机碳总量比例M%

麦地

10年

果园

20年

果园 0.96 9.36 1.79 17.45 7.37 71.83 0.54 1.28 0.93 11.92 9.29 2.02 1.85 含量g/kg 富里酸碳FA-C 占有机碳总量比例M% 18.81 18.48 7.71 7.18 含量g/kg 占有机碳总量比例M% 71.79 71.73 0.63 0.50 胡敏素碳Hu-C H/F

由表2可以看出,研究区域不同土地利用方式土壤腐殖质组成含量均为:胡敏酸碳20年果园>10年果园。3种土地利用方式的土壤腐殖酸碳分别占土壤TOC总量的30%、27%、29%。表现为麦地最高,依次为20年果园、10年果园最低。胡敏素是与粘粒牢固结合的腐殖质部分,是与特定的气候、地质、植被等相联系的,在人为影响过程中,反应不及腐殖酸快。胡敏酸碳、富里酸碳也随不同土地利用方式而不同。胡敏酸碳含量为:麦地>20年果园>10年果园;富里酸碳含量为:麦地>10年果园>20年果园。麦地、10年果园、20年果园的H/F比值分别为0.63、0.50、0.54。腐殖质形成过程中,输入到土壤中的植物物质首先形成分子量相对大的胡敏酸,然后在微生物作用下分裂成富里酸,最后矿化成CO2。土壤水、热和通气状况直接影响生物学过程的

强弱,从而影响腐殖质的形成和转化。在温度较高、湿度适中、通气良好时,矿化过程快,腐殖质形成少。温度低、湿度大、通气不良,以嫌气性微生物活动为主,养分释放少,腐殖质形成过程快。麦地在麦秆覆盖条件下处于缺氧、湿度低的环境,阻碍微生物对有机质的进一步分解,因此有利于胡敏酸的形成和积累。因此,麦地土壤的胡敏酸碳含量和H/F比值都最高。20年果园H/F值高于10年果园,可能是在腐殖质积累阶段,输入到土壤中的植物物质首先形成胡敏酸,提高了H/F比值。除人为因素的影响,各土地利用方式土壤腐殖质组成差异与不同土地利用条件下输入土壤的有机物质性质不同也有很大关系。

4.讨论

我们在实验方案中主要借鉴一篇对川西低山区土壤腐殖质组成的影响的论文的研究思路，加之我们自己的理解，本来采用杨凌本地新鲜土壤，但后来由于天气和各种客观原因，最后选择用以前采集的黄土高原土壤，研究不同土地方式黄土高原地区土壤腐殖质组成的影响。同时由于环境、土壤母质、气候等条件差异较大，我们所得的结果与采用的论文中的数据并没有可比性，但是借鉴论文中研究思路和数据分析方式对我们实验所得数据进行统计分析，得出自己的结论。同时，由于我们采用的并不是采集新鲜土样，而是我们科创时在长武塬去采集的土样，土样时间搁置时间过长，会造成有机质损失等变化，对实验结果产生一定影响，与实际会有一定差异。所得数据并不能代表当地土壤腐殖质的实际情况。但我们从实习中学习到了测定方法和实验技能，有利于我们以后实习和工作。

5.结论

（1）研究区域的TOC含量符合正态分布,麦地的K-S检验显著性水平相对较低,可能原因是耕作管理等差异较大,我们在调研时发现每户的使用化肥数量种类差异较大，基本不实施人工灌溉，这是导致麦地显著性水平较低的主要原因。麦地土壤TOC含量最高,其次是20年果园,最后为十年果园，三种土地利用方式的土壤TOC差异均达极显著水平。不同土地利用方式土壤环境差异和TOC的输入的不同是土壤TOC含量差异的影响因素。

(2)不同土地利用方式土壤腐殖质组成含量均为:胡敏酸碳

2.75、2.78g/kg。几种土地利用方式的土壤腐殖酸碳占土壤TOC总量的比例为麦地最高,依次为20年果园、10年果园。胡敏酸碳含量为:麦地>20年果园>10年果园;富里酸碳含量为:麦地>10年果园>20年果园。麦地、10年果园、20年果园

的H/F比值分别为0.63、0.50、0.54。人为活动和输入土壤的有机物质性质是不同土地利用方式土壤腐殖质组成差异的外在原因,腐殖质形成过程是不同条件下腐殖质组成差异的内在因素。

综上所述,土地利用方式不同往往带来人为活动方式和强度的差异,造成有机物质种类和输入量、水分状况、微生物特性的变化,改变了原有的碳循环状况,影响着土壤腐殖质的形成和转化过程。因在不同土地利用方式其TOC含量、腐殖质组成和各结合形态亦不同,故土地利用对土壤腐殖质的形成过程机理还需进一步探讨。

参考文献

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