劉純利 田文平 劉宇輝
摘 ? ?要:通過測定天津市3個地點的農田土壤陽離子交換量,進一步探尋土壤陽離子交換量與理化性質的相關關系。結果表明,土壤CEC值與有機質含量呈正相關關系,不同土壤質地對土壤養分的供應潛力是不同的。
關鍵詞:農田;土壤陽離子交換量;理化性質;相關性
文章編號: 1005-2690(2021)10-0036-02 ? ? ? 中國圖書分類號: S153 ? ? ? 文獻標志碼: B
土壤陽離子交換量(Cation Exchange Capacity,簡稱為CEC)是土壤溶液在一定的pH值時,每千克土壤中所含有的全部交換性陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、H+、Al3+等)的厘摩爾數,通常以每千克干土所含陽離子的厘摩爾數表示(cmol/kg)。土壤中陽離子交換吸附作用非常普遍,它是土壤中可溶性有效陽離子的主要保存形式。當陽離子吸附在膠體上時,表示陽離子養分的暫時保蓄,即保肥過程。當陽離子解離至土壤溶液中時,表示養分的釋放,即供肥過程[1-2]。
影響土壤陽離子交換量大小的因素有土壤機械組成、土壤腐殖質、土壤無機膠體的種類、土壤pH值等。
1 ? 土壤理化試驗
1.1 ? 土壤樣品來源
土壤樣品來自天津寶坻區東莊子爾王莊水庫、寶坻石化管線聯絡工程、天津漢沽東擴區3個工程環評項目。各采樣點按土壤發生層次采樣,共取得28個土壤樣品。土樣經實驗室室內風干和去雜、磨細、過篩處理后備用。
1.2 ? 土壤陽離子交換量試驗測定方法
土壤陽離子交換量常用的測定方法是酸性和中性土壤,采用乙酸銨交換法(森林土壤陽離子交換量的測定LY/T 1243—1999);堿性土壤采用氯化銨—乙酸銨交換法。該試驗方法用乙酸銨溶液反復處理土壤,使土壤成為NH4+飽和土。用乙醇洗去多余的乙酸銨后,用水將土壤洗入凱式瓶中,加固體氧化鎂蒸餾。蒸餾出的氨用硼酸溶液吸收,然后用鹽酸溶液滴定。根據所用NH4+的量計算陽離子交換量。陽離子交換量的計算公式如下。
式中,CEC為陽離子交換量,單位:cmol/kg;C為鹽酸標準溶液所消耗鹽酸體積,單位:mol/L;V為滴定待測液所消耗鹽酸體積,單位:mL;V0為滴定空白所消耗鹽酸體積,單位:mL;m為風干土樣質量,單位:g; k為將風干土換算成烘干土的水分換算系數。
2 ? 土壤理化試驗結果及分析
28個土壤的試驗結果整體上看,天津地區土壤的pH值在7.50~9.26,呈現弱堿性至堿性。陽離子交換量數值在9.2~45.5 cmol/kg;交換量大于20 cmol/kg的為保肥力強的土壤;交換量在10~20 cmol/kg的為保肥力中等的土壤;小于10 cmol/kg的為保肥力弱的土壤。本文中試驗土壤20%是保肥能力強的土壤,80%是保肥能力中等的土壤。去除土壤有機質的影響,從土的機械組成上看,黏粒含量越高,交換量就越高。
3 ? 土壤CEC與土壤理化性質相關性
3.1 ? 土壤陽離子交換量與土壤機械組成的相關性
土壤機械組成是土質定名的重要依據,國際制土壤質地分級標準中將土粒分為沙粒、粉粒、黏粒3個粒級。沙粒和粉粒中SiO2含量高,此外,還有其他原生礦物和次生礦物;黏粒中Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O的含量較多。
土壤沙粒與土壤CEC的相關性見圖1,根據其線性關系趨勢線可見,土壤沙粒含量與陽離子交換量呈現負相關,相關系數為0.603。這是由于沙粒的顆粒較粗,比表面小,吸持性能較弱;隨著沙粒含量的逐漸增加,CEC值呈逐漸減小趨勢。
根據試驗土壤粉粒與其CEC的散點圖(圖2)可見,粉粒含量與土壤陽離子交換量沒有顯著的線性關系。
圖3顯示了土壤黏粒與其陽離子交換量的相關性,二者呈正相關關系,相關系數為0.554。也就是說土壤中黏粒含量越高,黏土的保肥力越高。這和黏粒的化學組成和微觀結構有很大關系。直徑小于0.002 mm的黏粒具有膠體的性質。土壤膠體具有巨大表面積,從而具有巨大的表面能;并且土壤膠體通常情況下以帶負電為主,其擴散層中吸收Ca2+、Mg2+、K+、Na+、H+等陽離子。
可見,隨著土壤中土粒粒徑變小,其比表面積和表面能不斷加大,土粒的黏結性和吸附能力由弱變強。土壤中各級土粒的組成不同,決定了不同土壤質地對土壤養分的供應潛力是不同的。 如沙質土通透性強、養分含量低,應少量多次及時施肥,防止苗木早衰。黏質土保水保肥性強,養分豐富,但容易板結,耕作費力。
3.2 ? 土壤陽離子交換量與有機質含量的相關性
研究表明,土壤有機質的含量與土壤肥力水平是密切相關的。在其他條件相同或相近的情況下,在一定含量范圍內,有機質的含量與土壤肥力水平呈正相關。從圖4可見,試驗土壤的有機質含量總體較小;但有機質含量與CEC有很好的相關性,相關系數為0.81。
土壤腐殖質中含有大量的-COOH、-OH等官能團,當它們解離出H+時,使膠體帶有大量負電荷,而且腐殖質分散度大,具有很大的吸收表面,使得腐殖質的陽離子交換量遠遠大于無機膠體。因此,施加有機肥可以改善土壤結構狀況,從而提高土壤肥力。
4 ? 結論
(1)測試區域土壤pH值以弱堿性至堿性為主;土壤的CEC值以10~20 cmol/kg為主,即土壤的保肥能力中等。
(2)測試區域土壤有機質含量與CEC有很好的相關性,呈正相關。因此,可通過施加有機肥的方法提高土壤的肥力。
(3)土壤機械組成中不同粒組與CEC具有不同的相關性。沙粒與陽離子交換量呈負相關;黏粒與陽離子交換量呈正相關,也就是說土壤中黏粒含量越高,保肥力越高。
參考文獻:
[ 1 ] 魏復盛.土壤環境監測分析方法[M].北京:環境出版社,2019.
[ 2 ] 孫向陽.土壤學[M].北京:中國林業出版社,2005.