宁尚辉 吕书记 曹明锋 祝利

摘要    为了促进现代农业向生态农业转型，采集了某地现代农业和生态农业种植模式下的土壤进行了有机质的测试分析，并对有机质测定的方法进行了改进。改进后的测试方法污染小、设备简单、操作简便、快速准确，适用于大批样品的分析，基层环境检测单位的分析工作者可以参考使用。有机质测试数据显示，生态农业种植模式土壤中的有机质含量较现代农业高35%，这说明生态种植模式显著增加了土壤中有机质含量，生态农业对土壤肥力的影响优于现代农业。

关键词    生态农业;现代农业;土壤有机质;测定

中图分类号    X833        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）09-0174-02

Abstract    In order to help modern agriculture transfer to ecological agriculture，the soil samples were collected under the planting modes of modern agriculture and ecological agriculture，then the organic matter in soil samples were tested and analyzed，and the organic matter determination method was improved.The improved determination method has less pollution and simpler equipment，and its operation is easy，fast and accurate，so it′s suitable for the analysis for a large number of samples.This method can be referred and applied for the analysts in grass-roots environmental monitoring units.The test data showed that the soil organic matter content of ecological agriculture was 35% higher than that of modern agriculture.It′s indicated that ecological planting model significantly increased the soil organic matter content and the effect of ecological agriculture on soil fertility was better than that of modern agriculture.

Key words    ecological agriculture;modern agriculture;soil organic matter;determination

“三农”问题依旧是每年中央1号文件关注的最重要议题，经过30多年的农村土地改革，我国农业产量大幅提高，2015年达到了“十二连增”。但其本质都是通过掠夺性生产、以资源和环境为代价、通过高化肥和农药投入而达到的，不仅造成农产品品质和安全性下降，还导致耕地出现连作障碍，并且由于养分失衡导致作物产量下降、不耐储存等，使得农户遭受巨大损失，打击了农民农業生产的积极性，制约了农业发展和农产品品质、产量的提高。我国人多地少，粮食问题是关系到社会稳定的首要问题，现代农业亟需转型，生态农业才是其出路。

土壤中的有机质是衡量土壤肥力的重要指标之一。《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》（NY/T 1121.6—2006）[1]采用了经典的油浴法来测量土壤中的有机质，但存在以下缺点：表面有机物挥发污染空气，有损人体健康;温度不易调控;消解管外壁油污难以清洗等。因此，将油浴加热装置改为恒温烘箱[2]进行检测，在以往分析工作中测定结果均在标准物质证书示值范围内。为了证明生态农业对土壤肥力的影响优于现代农业，鼓励更多的农户改变施肥结构以改善土壤质量，采集了某地现代农业和生态农业种植系统下的土壤，并用改进后的方法对有机质进行测试分析。现将方法整理，为基层环境检测单位的分析工作者提供参考。

1    材料与方法

1.1    试验区概况和土壤样品的采集

经走访，确定了生态农业和现代农业方式种植3年以上的农田各3块，试验选择田块中的土壤进行研究。同时，对该村未走访的大片农田集中区域进行了采样，以地块布点，共采集31个样品。试验地在同一个村庄中，其母质类型相同，耕作方法及种植的农作物也相近。生态农业完全不用化肥，采用禽畜粪便、堆肥、沼液、油枯等有机肥作为肥料来源;现代农业主要依赖化肥，少量使用油枯和人粪尿。其中，堆肥为农业废弃物与马粪或猪粪混合，采用露天料堆方法好氧发酵半年成熟后的堆肥产品;沼液由家养猪的排泄物在沼气池发酵形成;油枯为油菜籽榨油后的残渣制成的有机肥。

采集0～20 cm表层土壤1 kg，用静电吸附等方法挑除土壤样品中的植物根叶等有机残体，于室温风干，粉碎，过0.25 mm孔径筛，装棕色玻璃瓶密封。

1.2    土壤样品中有机质的测定

1.2.1    方法原理。在加热条件下，用过量的重铬酸钾-硫酸溶液氧化土壤有机碳，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，以样品和空白消耗重铬酸钾的差值计算出有机碳量，再乘以常数1.724（按土壤有机质平均含碳58%计算），即为土壤有机质含量。

（1）重铬酸钾-硫酸溶液与有机质作用。反应式如下：

（2）硫酸亚铁滴定剩余重铬酸钾的反应。反应式如下：

1.2.2    操作步骤。所需仪器和试剂参照《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》（NY/T 1121.6—2006）[1]。

称取过0.25 mm（60目）筛的风干土0.200 0～0.500 0 g，称样量根据有机质含量范围而定。如样品的有机质含量超过150 g/kg，由于称量过少，难以得到准确的分析结果。遇此情况时，一是可增加H2SO4-K2Cr2O7溶液的用量，同时另做空白;也可以采用固体稀释法将灼烧土与样品充分混匀，称量，计算时扣除稀释倍数。将土样放于100 mL高脚烧杯中，然后准确加入10.00 mL 0.4 mol/L重铬酸钾-硫酸溶液，摇匀，上盖表面皿或短颈漏斗;于180 ℃恒温箱中恒温消化30 min后取出，冷却片刻，用水冲洗表面皿或漏斗，洗液并入消解液中;加0.5 mL邻菲罗啉指示剂，用硫酸亚铁标准溶液滴定剩余的重铬酸钾，溶液的变色过程是橙黄—蓝绿—棕红。一般滴定时消耗硫酸亚铁量不小于空白用量的1/3，否则视为氧化不完全，应弃去重做。消煮后溶液以绿色为主，说明重铬酸钾用量不足，应减少样品量重做。在样品处理的同时进行空白试验以校正试剂引起的滴定误差，即称取大约0.2 g灼烧过的浮石粉或土壤代替土样（也可用石英砂），其他步骤与土样测定相同。一般每次批量做3个空白，取其中2个数值接近的空白平均值，即为V0值。

1.2.3    结果计算。公式如下：

其中，V0为空白试验所消耗硫酸亚铁铵标准溶液体积（mL），V为试样测定所消耗硫酸亚铁铵标准溶液体积（mL），c为硫酸亚铁标准溶液的浓度（mol/L），0.003为1/4碳原子的毫摩尔质量（g），1.724为由有机碳换算成有机质的系数，m为风干试样的质量（g），1 000为换算成1 kg含量。

1.3    数据统计分析与作图

采用Excel 2007对试验数据进行处理和单侧显著性检验分析。显著性检验方法：首先对生态农户EA1的3块農田取平均值，用平均值结果代替EA1的测量值，然后以不同种植类型分组进行单侧显著性检验。

数据采用美国GOLDEN软件公司的Surfer软件处理，用克立格（Kriging）法进行土壤重金属数据的插值。Kriging插值法是一种定量化描述地理空间分布格局的方法，主要应用于空间采样以及相关的一些空间格局分析[3-4]。基于ArcGIS 10.1软件平台，利用Kriging插值法生成可直观展示采样点有机质含量空间分布图。

2    结果与分析

2.1    测定方法的改进

经典油浴法[1]的测定过程如下：称取通过0.25 mm孔径筛风干试样0.05～0.50 g（精确到0.000 1 g，根据有机质含量范围而定），放入硬质试管中，然后从自动调零滴定管准确加入10.00 mL 0.4 mol/L K2CrO7-H2SO4溶液，摇匀并在每个试管口插入小玻璃漏斗。将试管逐个插入铁丝笼中，再将铁丝笼沉入已在电护上加热至185～190 ℃的油浴锅内，使管中的液面低于油面，要求放入后油浴温度下降至170～180 ℃。等试管中的溶液沸腾时开始计时，此刻必须控制电炉温度，不使溶液剧烈沸腾，其间可轻轻提起铁丝笼在油浴锅中晃动几次，以使液温均匀，并维持在170～180℃，（5±0.5）min后将铁丝笼从油浴锅内提出，冷却片刻，擦去试管外的油（蜡）液。把试管内的消煮液及土壤残渣全部转入250 mL三角瓶中，用水冲洗试管及小漏斗，洗液并入三角瓶中，使三角瓶内溶液的总体积控制在50～60 mL。加3滴邻菲啰啉指示剂，用硫破亚铁标准溶液滴定剩余的K2CrO7。

可以看出，经典的油浴法需要使用硅油或石蜡，使得表面有机物挥发，污染空气，有损身体健康，消解管外壁油污难以清洗等;油浴法使用电炉加热，温度不宜调控。现将油浴加热装置改为恒温烘箱，就避免了这些问题的发生。在《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》（NY/T 1121.6—2006）[1]基础上对采用直接加热消解法测定土壤有机质进行了改进，利用恒温烘箱[2]进行加热，消化反应直接在高脚烧杯中进行，改进后的方法污染小、设备简单、操作简便、快速准确，可适用于大批样品的分析，也适用于条件艰苦的基层环境检测单位。

2.2    生态农业和现代农业对土壤中有机质的影响

生态农业和现代农业种植方式下，土壤有机质分别为（39.44±18.85）g/kg和（29.30±3.37）g/kg，P=0.17。生态农田土壤有机质含量比常规农田高10.14 g/kg，说明生态农业种植技术增加了土壤中的有机质含量，提升了土壤肥力，改善了土壤质量[5]。

未走访的大片区域农田的土壤有机质分布图如图1所示。可以看出，有机质含量在36 g/kg以上的很少，只占22.6%。有研究证明，大量养殖场畜禽粪便类有机肥因为普遍使用含有Zn、Cu、Cr、As等重金属元素的饲料添加剂，增加了土壤重金属污染风险[6-7]。但是也有研究证明，生态种植土壤中重金属Cr、Pb、Hg、As全量含量和有效态含量均低于常规种植，因为生态农户没有使用养殖场畜禽粪便，而采用家庭养殖的鸡鸭粪便、油枯和蔬菜废弃物堆肥作为替代肥料，规避了养殖粪便带来的重金属污染风险。这表明生态农户使用油枯、农业废弃物堆肥等有机肥替代一部分养殖粪便，在提升土壤肥力的同时，又可以有效减少带入的重金属。因此，应根据调查结果，鼓励该村农户进行生态种植。

3    结论

（1）改进后的有机质测定方法污染小、设备简单、操作简便、快速准确，可适用于大批样品的分析和基层环境检测单位。

（2）生态农业和现代农业种植方式下，土壤有机质分别为（39.44±18.85）g/kg和（29.30±3.37）g/kg，P=0.17。生态农业种植技术增加了土壤有机质含量，提升了土壤肥力，优于现代农业种植方式，现代农业向生态农业转型势在必行。

4    参考文献

[1] 中华人民共和国农业部.土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定：）NY/T 1121.6-2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2] 耿暖，唐玉霞，王慧敏，等.烘箱加热法测定土壤有机质的研究[J].华北农学报，2017，32（增刊1）：343-346.

[3] 李广宇，陈爽，张慧，等.2000—2010年长三角地区植被生物量及其空间分布特征[J].生态与农村环境学报，2016，32（5）：708-715.

[4] 曹宏杰，王立民，罗春雨，等.三江平原地区农田土壤中几种重金属空间分布状况[J].生态与农村环境学报，2014，30（2）：155-161.

[5] EDMEADES D C.The long-term effects of manures and fertilisers on soil productivity and quality：A review[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems，2003，66（2）：165-180.

[6] 王起超，麻壮伟.某些市售化肥的重金属含量水平及环境风险[J].生态与农村环境学报，2004，20（2）：62-64.

[7] 曹铁华，梁烜赫，高洪军，等.不同施肥模式下土壤-玉米中重金属累积规律及安全性分析[J].东北农业科学，2015，40（5）：37-41.

基金项目   中国烟草总公司湖南省公司常德市公司科技项目专项（18-20Aa05）。

作者简介   宁尚辉（1963-），男，湖南常德人，农艺师，从事烟叶生产管理研究工作。

收稿日期   2018-12-29