李隨云，楊 飛，楊載熙，鄒院兵，蔣之飛，陳 松

(湖北省地質(zhì)局 第六地質(zhì)大隊，湖北 孝感 432000)

土壤有機質(zhì)由一系列存在于土壤中、組成和結(jié)構(gòu)不均一、主要成分為碳和氮的有機化合物組成，是土壤肥力的重要指標(biāo)，是植物必需營養(yǎng)元素的主要來源。京山市作為湖北國寶橋米重要的生產(chǎn)基地，土壤有機質(zhì)含量高低將直接對優(yōu)質(zhì)水稻的長勢產(chǎn)生重要影響，因此有必要對表層土壤有機質(zhì)的分布及影響因素作進一步的研究。在湖北省1∶25萬多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查、京山市土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(二期)項目的基礎(chǔ)上，對京山市錢場—新市兩鎮(zhèn)表層土壤有機質(zhì)分布特征和影響因素進行探討，可為農(nóng)業(yè)種植適宜性評價及土壤改良提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。

1 區(qū)域概況

研究區(qū)位于京山市中南部，地勢中部丘陵區(qū)高，兩端低，屬北亞熱帶季風(fēng)型氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)總面積322.90 km2，涉及京山市錢場鎮(zhèn)(全鎮(zhèn))和新市鎮(zhèn)(南部)(圖1)。地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°57′～113°15′、北緯30°47′～31°04′。本區(qū)盛產(chǎn)的京山橋米，作為中國國家地理標(biāo)志產(chǎn)品，可口味美，早在明代就被御定為“貢米”。

圖1 研究區(qū)交通位置圖Fig.1 Traffic location map of research area1.縣市駐地；2.鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地；3.河流；4.水庫；5.普通公路；6.高速公路；7.鐵路；8.研究區(qū)范圍。

本區(qū)地層復(fù)雜，出露的地層時代從老到新依次為晚震旦世—早寒武世燈影組(Z21d)，早寒武世石龍洞組(1shl)，中寒武世覃家廟組(2q)，早奧陶世南津關(guān)組、紅花園組、大灣組、牯牛潭組(O1n-g)，中奧陶世廟坡組(O2m)，中—晚奧陶世寶塔組(O2-3b)，晚奧陶世—早志留世龍馬溪組(O3S1l)，早志留世羅惹坪組(S1lr)，中志留世紗帽組(S1-2s)，中泥盆世云臺觀組(D2y)，晚石炭世黃龍組(C2h)，早二疊世棲霞組(P1q)、茅口組(P1m)，晚二疊世大隆組(P2d)、吳家坪組(P2w)，早三疊世大冶組(T1d)，早—中三疊世嘉陵江組(T1-2j)，第四紀(jì)更新統(tǒng)(Qpal)，第四紀(jì)全新統(tǒng)(Qhal)。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為早志留世羅惹坪組、早三疊世大冶組、第四紀(jì)更新統(tǒng)和第四紀(jì)全新統(tǒng)。

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)，本區(qū)土地利用方式共分10個一級類，分別為耕地、園地、林地、草地、工礦倉儲用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地。根據(jù)湖北省京山市第二次土壤普查結(jié)果，本區(qū)土壤共分4個大類、7個亞類，分布有水稻土、潮土、黃棕壤土和石灰土。

2 樣品采集和測試

2.1 土壤樣品采集

按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)、《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)等規(guī)范要求，采用土地利用圖和地形圖相套合實地采樣[1-2]。樣品采集主要以木鍬為械具，采集地表0～20 cm的原始新鮮土壤，去除雜草、草根、礫石、磚塊、肥料團塊等雜物。采樣時以1處為主，在采樣點周圍50 m范圍內(nèi)不同的田塊、不同的農(nóng)作物類型多點采集3～5個子樣組合為一個樣品。土壤充分混合后，留取1.0～1.5 kg裝入樣品袋。本研究共收集錢場—新市兩鎮(zhèn)表層土壤有機質(zhì)數(shù)據(jù)1 725個。

2.2 樣品分析測試

樣品測試由湖北省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊實驗室完成。野外采樣人員將樣品初加工后送至實驗室，測試單位對土壤有機碳的測定步驟為：土壤樣品(20目)經(jīng)混勻后，用無污染的行星球磨機粉碎至200目(粒徑0.074 mm)。將加工后的試樣裝玻璃瓶經(jīng)105 ℃烘烤2 h后，稱取0.5 g試樣，試樣經(jīng)硫酸、重鉻酸鉀消解，硫酸亞鐵銨容量法滴定。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤有機質(zhì)含量分布特征

通過參照《湖北省第二次土壤普查》成果資料，按有機碳含量×系數(shù)1.724，計算本區(qū)有機質(zhì)含量。從表1可以看出，本區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量1.68～177.39 g/kg，中值為28.27 g/kg，平均值為30.74 g/kg，是全國土壤有機質(zhì)含量(20.00 g/kg)的1.53倍。

表1 表層土壤有機質(zhì)含量特征Table 1 Characteristics of organic matter content in topsoil

按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DD/T 0295—2016)中土壤有機質(zhì)等級分級標(biāo)準(zhǔn)，共分成5個等級：缺乏(≤10 g/kg)、較缺乏(10～20 g/kg)、中等(20～30 g/kg)、較豐富(30～40 g/kg)、豐富(>40 g/kg)。本區(qū)表層土壤中有機質(zhì)以中等區(qū)和較豐富區(qū)為主，其次為較缺乏區(qū)和豐富區(qū)，缺乏區(qū)所占比例最小(圖2)。

圖2 表層土壤有機質(zhì)豐缺圖Fig.2 Abundance and deficiency map of topsoil organic matter

3.2 土壤有機質(zhì)含量影響因素分析

土壤有機質(zhì)是土壤中各類營養(yǎng)元素的重要來源，也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。前人為此作了大量研究[3-8]。土壤有機質(zhì)含量與土壤類型密切相關(guān)，在緯度地帶、經(jīng)度地帶和垂直地帶具有一定的空間變化規(guī)律。此外，在相同的氣候條件下，有機質(zhì)含量主要受土壤類型、土地利用方式、人為施肥等因素的影響。本區(qū)主要從不同土壤類型、土地利用方式兩個方面分析對表層土壤有機質(zhì)含量的影響。

3.2.1土壤類型

本區(qū)共有4種類型的土壤，即水稻土、潮土、黃棕壤土和石灰土。從表2可以看出，不同土壤類型對土壤表層有機質(zhì)有明顯影響。各類土壤表層有機質(zhì)平均含量(g/kg)：石灰土(38.20)>黃棕壤(30.01)>水稻土(29.43)>潮土(24.42)。造成這種現(xiàn)象的原因是石灰土富鈣偏堿，土壤中的可溶性碳酸鹽與腐殖質(zhì)形成穩(wěn)定的腐殖酸鈣，使得土壤有機質(zhì)積累較多[9]；黃棕壤和水稻土雖然含鈣甚少，但是土壤質(zhì)地粘重、緊實，多為中壤或輕壤，有利于腐殖質(zhì)的積累，且水稻土長期處于水淹的缺氧還原狀態(tài)，有機質(zhì)分解速度較慢，腐殖質(zhì)系數(shù)高，有機質(zhì)含量也較高；潮土土壤質(zhì)地多為河流沖積物，質(zhì)地較粗且松散，粘粒含量低，土壤通透性好，好氧微生物活性強，有機質(zhì)分解較快導(dǎo)致腐殖質(zhì)積累過程較弱，有機質(zhì)含量偏低。

表2 不同土壤類型下表層土壤有機質(zhì)含量Table 2 Organic matter content in topsoil under different soil types

3.2.2土地利用方式

本區(qū)土地利用方式主要為耕地、園地、林地和草地共4類，工礦倉儲用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地共6類采樣點少，不具代表性。從表3可以看出，不同土地利用方式對土壤有機質(zhì)有明顯影響。各類土地利用方式有機質(zhì)平均含量(g/kg)：林地(37.01)>耕地(29.53)>園地(27.32)>草地(15.11)。造成這種現(xiàn)象的原因是林地土壤表層地表枯落物和死亡根系較為豐富，這些凋落物和死亡根系在腐爛過程中形成有機物質(zhì)，從而使土壤表層有機質(zhì)較為豐富[10-11]；耕地土壤雖然長期耕作導(dǎo)致土壤疏松，有機質(zhì)的降解過程得到促進，但是耕地常年為農(nóng)作物施入有機肥，且目前水稻和小麥?zhǔn)崭顧C械化，大量秸稈粉碎還田，導(dǎo)致土壤中有機質(zhì)含量也較豐富；園地土壤雖然免耕，有利于有機質(zhì)積累，但是園地凋落物較林地少，且果園多重氮肥輕有機肥，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量偏低；草地根系分布淺且不發(fā)達，根系返還少，且常年未施有機肥，導(dǎo)致有機質(zhì)含量偏低。

表3 不同土地利用方式下表層土壤有機質(zhì)含量Table 3 Organic matter content in topsoil under different land use patterns

4 結(jié)論

(1) 京山市錢場—新市兩鎮(zhèn)表層土壤有機質(zhì)資源較為豐富，含量為1.68～177.39 g/kg，平均值為30.74 g/kg，是全國土壤有機質(zhì)含量的1.53倍，等級以中等和較豐富為主。

(2) 不同土壤類型對表層土壤有機質(zhì)含量有明顯影響。石灰土含量最高，平均值為38.20 g/kg，潮土含量最低，平均值為24.42 g/kg。

(3) 不同土地利用方式對表層土壤有機質(zhì)含量有明顯影響。林地含量最高，平均值為37.01 g/kg，草地含量最低，平均值為15.11 g/kg。

通過分析本區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量分布特征及影響因素，為今后本區(qū)農(nóng)業(yè)種植適宜性評價提供評價指標(biāo)，并為后期土壤改良提供科學(xué)依據(jù)，具有重大意義。