不同粒徑土壤活性有機碳測定方法的探討

1、不同粒徑土壤活性有機碳測定方法的探討劉合明，楊志新，劉樹慶基金項目：河北省自然科學基金資助項目(D2006000521 )作者簡介：劉合明(1982年生)，男，碩士研究生，主要從事土壤環(huán)境與農(nóng)田碳循環(huán)研究。E-mail: HYPERLINK mailto:Lhm2141073 Lhm2141073 通訊作者：劉樹慶，教授，博士，主要從事土壤科學與環(huán)境方面研究。E-mail: HYPERLINK mailto:L L n 收稿日期：2008-05-19河北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北保定071000摘要：選擇不同肥力的沙質(zhì)栗鈣土、潮褐土和草甸栗鈣土三種土壤，采用干篩法對其進行處理，獲得四種不

2、同粒級的土壤， 分別為：0.15 mm、0.150.25 mm、0.250.50 mm和0.51.0 mm，用目前最常用的兩種化學方法分別對不同粒級土壤活性 有機碳進行了測定。結果表明：不同粒級土壤活性有機碳含量差異顯著(P 0.05 )，并且土壤活性有機碳含量隨粒級增大 而降低，其大小順次為：小于0.15 mm土壤0.150.25 mm土壤0.250.5 mm土壤0. 5L。mm土壤；與KMn。氧化法相比， 0.2 mol-L-1 ( 1/6K Cr O -1 : 3H SO )氧化，130140 C油浴煮沸5 min測定土壤活性有機碳的方法結果穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，22 724變異系數(shù)小，且時間

3、短，適宜大批土壤樣品活性有機碳的測定。關鍵詞：土壤粒徑；土壤活性有機碳；測定方法中圖分類號：S151.9+5 ; S152.3+2 ； S153.6+21文獻標識碼：A文章編號：1672-2175 ( 2008 ) 05-2046-04土壤活性有機碳指在一定時空條件下，受植 物、微生物影響強烈、具有一定溶解性、在土壤中 移動比較快、不穩(wěn)定、易氧化、分解、易礦化，其 形態(tài)，空間位置對植物、微生物來說活性比較高的 那一部分土壤碳素1。近年來隨著陸地碳循環(huán)與全 球氣候變化研究的深入，對土壤活性有機碳的研究 已成為土壤、環(huán)境和生態(tài)學領域的熱點之一。國內(nèi) 外有關活性土壤有機碳庫的測定方法很多，概括起 來

4、可分為三大類：一類是物理分組法，一類是化學 法，再一類是微生物學方法2。國內(nèi)如袁可能提出 的K Cr2O7氧化法，李酉開提出的稀釋熱法(水 合熱法)4；。國外卜如Logninow等5提出KMnO氧 化法，他們根據(jù)有機質(zhì)被三種不同濃虞的 KMnO (33 mmoLLL 167 mmolL1、333 mmoLL) 氧化的數(shù)量，把易氧化有機質(zhì)分成3個程度不同的 級別。這種方法假設KMnO在中性條件下對土壤 碳的氧化作用與土壤微生物和土壤酶的作用類似； 氧化中KMnO下降的濃度越低，說明土壤有機成 份活性越大。Lefroy和Blair等6-7研究發(fā)現(xiàn)這3個 級別活性有機質(zhì)中，能被333 mmolL1

5、KMnO氧化 的有機質(zhì)在種植作物時變化最大，因此將能被333 mmol-L-1 KMnO4氧化的有機質(zhì)稱作活性有機質(zhì) (Labile organic matter，LOM)，不能被氧化的稱作 非活性有機質(zhì)(Nonlabile OM，NLOM)。國內(nèi)外高級刊物中最常用的是化學氧化法，且 以袁可能法和333 mmol-L-1 KMnO氧化法出現(xiàn)最 多。但用于測定的土壤粒級不一樣4例如袁可能法 建議土壤風干過0.15 mm篩，李酉開法和333 mmol-L-1 KMnO氧化法則用過0.5 mm篩的風干 土，粒徑選擇的差異對不同研究結果的比較造成了 一定的困難。目前，針對不同粒徑土壤采用不同方 法測定

6、活性有機碳的研究報道較少8。為此，本研 究以這兩種最常用的化學方法為基礎，選取肥力不 同的土壤，針對不同粒級，探討活性有機質(zhì)測定方 法的穩(wěn)定性，以期為活性有機質(zhì)測定方法的選取提 供準確、可靠的依據(jù)。1材料與方法1.1供試土壤沙質(zhì)栗鈣土和草甸栗鈣土均采自河北壩上地 區(qū)張北縣小二臺鄉(xiāng)，潮褐土采自河北保定。沙質(zhì)栗 鈣土分別采自筱麥(免耕、少耕、翻耕、楊樹林、 苜蓿和南瓜植被地；草甸栗鈣土分別采自洋白菜、 蘿卜、土豆、筱麥、亞麻、蠶豆、甜菜和雜草植被 地；潮褐土則采自能夠代表中肥力的大田作物小麥 一玉米輪作地。1.2 土壤樣品的處理以上采集的16個樣點土壤風干后挑去肉眼可 見的根、莖、葉等動植物殘體和

7、石塊等雜物，粉碎 過1 mm篩備用。取約20 g 土壤研磨全部通過0.15 mm篩，用于測定土壤有機質(zhì)含量9，其各自有機 質(zhì)含量如表1所示。剩余土樣則依據(jù)各自所屬土壤 亞類分別進行等量混合，得到三個土壤樣品。由于 廣大研究者更習慣于用風干土進行實驗，因此本研 究用干篩法10得到1.00.5 mm，0.50.25 mm， 0.250.15 mm和 0.15 mm的各級土粒，裝密封袋 備用。對每一粒級土壤的測定均設7次重復。表1供試土壤有機質(zhì)含量Table 1 Organic matter contents of tested soil土壤亞類平均 土壤有機質(zhì)含量/（gkg-1）平壤/（g.ka-

8、1）肥力 *沙質(zhì)栗鈣土 8.08（筱麥,免耕）草甸栗鈣土21.05（ 土豆）潮褐土13.24（玉米）9.22（筱麥，少耕）7.40（筱麥，翻耕）8.65（南瓜）9.83（苜蓿）10.87（楊樹）9.01低11.24（洋白菜）16.22（甜菜）19.25（筱麥）14.29（蠶豆）11.81（蘿卜）16.23（草地）12.75（亞麻）15.35高12.35（小麥）12.80中注：*資料依據(jù)來自土壤農(nóng)化分析.3版，鮑士旦.面向21世紀課程教材.中國農(nóng)業(yè)出版社,2005: 25.1.3活性有機碳的測定方法（1 ）方法 13:用 0.2 mol-L-i（ 1/6K Cr O 1 :22 73H2SO4，

9、水：酸=3 : 1 ）混合液氧化土壤，在 130140 油浴中煮沸5 min。具體操作：準確稱取 處理過的風干土 0.5xxxg （有機質(zhì)高的可適當減少 稱樣量）于硬質(zhì)試管中，加入10 mL0.2 mol-L-1 （1/6K Cr O 1 : 3H SO，水：酸=3 : 1 ）混合液， 蓋上小漏斗7，在130140 油浴中共煮5 min，冷 卻后將試管內(nèi)容物洗入250 mL三角瓶中，用水洗 凈試管內(nèi)部及小漏斗，使三角瓶內(nèi)溶液總體積為 6070 mL左右。加入幾滴定碳指示劑用標準0.2 mol.L-1FeSO滴至磚紅色，即為終點。計算公式在 查閱資料3-4,9-10后稍作調(diào)整：活性有機碳（g/k

10、g）= （cx10/V0）x（V0 V） X 10-3x3.0/（mx） ） X1000其中氧化劑的濃度（0.2 mol-L-1 ） ； 10氧化劑用 量（mL）； V和V分別為空白和樣品滴定用去的 FeSO4體積（mL ） ； 10-3將mL換算成L的系數(shù)；3.0 為1/4 C原子的摩爾質(zhì)量（g-mol-1 ） ； m風干土質(zhì)量 （g ） ； k風干土換算成烘干土的系數(shù)。（2 ）方法27:稱取約含15 mg碳的土壤樣品 于50 mL塑料旋蓋離心管中，以不加土樣作為空 白加入 25 mL 濃度為 333 mmol-L-1 KMnO，25 C 下常規(guī)振蕩1 h，然后在轉速為2000 r/min下

11、離心 5 min，將上清液用去離子水以1 : 250稀釋至250 mL容量瓶中，用分光光度計565 nm下測定稀釋 樣品的吸光值A。由不加土壤的空白與土壤樣品的 吸光值之差，在KMnO濃度（mmol-L-1 ）對吸光 值A的標準曲線上計算出KMnO濃度的變化，并 進而計算出被氧化的碳量。根據(jù)假設，氧化過程中 高錳酸鉀濃度變化1 mmol-L-1消耗0.75 mM或9 mg碳。其中能被333 mmol- L-1高錳酸鉀氧化的碳 是活性有機碳，不能被氧化的碳為非活性有機碳。 計算公式如下：活性有機碳（mg/g） =（ Vx25x250 x9 ）/（ mx1 000 ） 其中：V為KMnO濃度變化值

12、（mmol-L-1 ）； 25和 250分別為KMnO4用量（ml）和稀釋倍數(shù)；9為 KMnO4濃度變化1 mmol-L-1相當于消耗碳量（mg ）； m烘干土質(zhì)量（g ）0 1.4數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 11.5軟件進行 處理及顯著性檢驗，多重比較用LSD法。2結果與分析2.1不同粒級土壤活性有機碳測定結果的變異性 分析兩種方法測定不同肥力不同粒級土壤活性有 機碳的數(shù)理統(tǒng)計結果如表2所示。由表2可知兩種方 法測定不同粒級土壤活性有機碳結果均有差異。方 法1測定的不同肥力土壤各粒級之間，沙質(zhì)栗鈣土、 潮褐土表現(xiàn)出顯著差異（P 0.05 ），草甸栗鈣土 則無顯著差異，

13、三種土壤各粒級活性有機碳均以 0.15 mm最高，0.150.25 mm 次之，0.51.0 mm 最 低。方法2測定的不同肥力土壤各粒級之間，沙質(zhì) 栗鈣土、草甸栗鈣土表現(xiàn)出顯著差異（P 0.05 ）， 潮褐土則無顯著差異，三種土壤各粒級活性有機碳 同樣以 0.15 mm最高，0.25 0.5 mm次之，0.51表2不同方法不同粒級土壤活性有機碳統(tǒng)計結果Table 2 The results of LOC on each sized soil particles determined by different methods方法粒徑/mm沙質(zhì)栗鈣土草甸栗鈣土潮褐土0.150.150.250.2

14、50.50.51.00.150.150.250.250.50.51.00.150.150.250.250.50.51.0方法1X5.54a4.67c4.92b4.36d7.42a7.33a7.31a7.17a5.59a5.36ab5.23b4.89cS0.1330.2280.1380.2300.2950.1500.1890.2960.2790.3180.2950.240CV%2.404.882.815.283.982.042.584.124.985.935.644.91方法2X3.98a3.53ab2.93b1.28c4.02a3.32b2.92bc2.67c3.07a2.63a2.47a1.

15、82bS0.6660.7860.9930.4180.3360.7050.4360.4850.5230.6870.7290.174CV%167522 2833 9332 638 3621 26149618 1917 0326 0929 54958注：X為7次測定結果的平均值,S為標準差,CV%為變異系數(shù)。同一土壤類型不同粒徑之間以LSD進行多重比較（a=0.05 ）標相同字母表示差異 不顯著。mm最低。比較不同方法測定的活性有機碳結果，表明方 法1測定結果明顯高于方法2 ,這與于榮等11的研 究結果一致，而不同粒級土壤的變異系數(shù)（CV%） 平均值，方法1分別為3.79%，4.28%，3.68%和

16、 4.77% ；方法 2 分別為 14.05%，23.21%，26.14%， 20.13%，方法1比方法2要小得多。說明在有效控 制好反應時間和溫度的情況下，KcrO氧化法重 現(xiàn)性好，結果穩(wěn)定，能滿足分析精度的要求。兩種方法得到的結果均表現(xiàn)出隨粒級增大活 性有機碳含量降低的趨勢。在氧化條件相同的情 況下，土粒越細（不研磨），容易被氧化的有機 碳數(shù)量越多，也更能真實反映土壤活性有機碳含 量的高低。2.2不同粒級土壤活性有機碳相關性分析兩種不同方法測得沙質(zhì)栗鈣土、草甸栗鈣土及 潮褐土不同粒級土壤活性有機碳，大多不具有相關生態(tài)環(huán)境 第17卷第5期（2008年9月） 性（表3、表4、表5），只有用方法

17、2測定沙質(zhì)栗鈣 土不同粒級土壤活性有機碳含量時（表3），粒徑在 0.150.25 mmN間與0.250.5 mmN間表現(xiàn)為顯著 相關，0.150.25 mm及0.250.5 mm分別與0.51.0 mm粒徑之間表現(xiàn)顯著或極顯著負相關。一方面， 說明使用同一方法測定同一土壤不同粒級活性有 機碳其結果具有很大差異，活性有機 碳在不同粒級上的分布差異顯著，這可能成為質(zhì)地 不同的土壤呼吸強度產(chǎn)生差異的一個重要因素；另 一方面，說明對同一土壤用不同的方法測定活性有 機碳，得到的結果不一樣，用于說明問題的角度也 應該有所側重，但二者均能不同程度的反映土壤有 機碳的活性。因此，建議依據(jù)研究的側重點選擇土 壤

18、活性有機碳的測定方法。3結論與討論（1）不同粒級土壤活性有機碳含量差異顯著（p 0.150.25 mm表3沙質(zhì)栗鈣土不同粒級活性有機碳相關系數(shù)Table 3Coefficients of each sized soil particles in Sandy Chestnut soil粒徑/mm0.15(1)0.150.25(1)0.250.5(1)0.51.0(1)0.15(2)0.150.25(2)0.250.5(2)0.51.0(2)0.15(1)1.0000.150.25(1)-0.0531.0000.250.5(1)-0.302-0.1901.0000.51.0(1)0.3510.42

19、90.1301.0000.15(2)0.4480.1020.1250.5751.0000.150.25(2)0.416-0.2100.3730.052-0.2931.0000.250.5(2)-0.092-0.1310.5460.225-0.4490.757*1.0000 510(2)-0 2160 403-0 237_-0 0930 468-0 818*-0 876*1 000注：*表示在“=0.05水平顯著相關；*表示在p=0.01水平顯著相關,（n=7）（ 1 ）一方法 1 ；（2）一方法2。下同表4草甸栗鈣土不同粒級活性有機碳相關系數(shù)Table 4 Coefficients of ea

20、ch sized soil particles in Meadow Chestnut soil粒徑/mm0.15(1)0.150.25(1)0.250.5(1)0.51.0(1)0.15(2)0.150.25(2)0.250.5(2)0.51.0(2)0.15(1)1.0000.150.25(1)-0.3271.0000.250.5(1)-0.2770.3411.0000.51.0(1)-0.400-0.3210.4841.0000.15(2)0.416-0.088-0.357-0.0211.0000.150.25(2)-0.378-0.4100.3710.858*-0.0691.0000.2

21、50.5(2)-0.909*0.3680.5630.647-0.3060.5411.0000.51.0(2)0.743*-0.005-0.239-0.1650.541-0.212-0.5461.000表5潮褐土不同粒級活性有機碳相關系數(shù)Table 5 Coefficients of each sized soil particles in Cinnamon soil粒徑/mm0.15(1)0.150.25(1)0.250.5(1)0.51.0(1)0.15(2)0.150.25(2)0.250.5(2)0.51.0(2)0.15(1)1.0000.150.25(1)0.0241.0000.25

22、0.5(1)0.2500.5411.0000.51.0(1)0.127-0.288-0.5511.0000. 51.0 mm，隨粒級增大活性有機 碳含量降低。以小于0.15 mm的測定結果變異系數(shù) 最小，結果穩(wěn)定，適宜進行活性有機碳和氧化穩(wěn)定 系數(shù)的測定。(2 ) 333 mmolLiKMnO常溫振蕩1 h是目前最 常用的方法，其測定結果比KcrO氧化法偏低， 得到的氧化穩(wěn)定系數(shù)比后者高很多7若用于評價土 壤肥力則應慎重考慮此法。KMnO4濃度相對 K Cr O不穩(wěn)定，易變。此外，在上機進行比色時 容易受比色杯及其外壁物質(zhì)的干擾，且時間一長容 易在比色杯內(nèi)壁附著一層帶色物質(zhì)，會嚴重影響前 后及

23、平行間的測定結果。再者，KMnO在實驗中僅 用來氧化活性有機碳，實驗結束仍有相當高的濃 度，若進行二次使用和處理相對比較困難，對一些 研究者來說很容易造成不必要的浪費。0.2 molL-1 (1/6%5。1 : 3H SO )氧化，130140 C油浴 煮沸52m測定土壤活性有機碳，主要影響因素是反 應溫度和時間，但只要熟練操作都容易很好的控 制。由于其結果較前者穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，變異系數(shù) 小，且時間短(50.5) min，方法簡便，尤其對大批 樣品的測定更能體現(xiàn)其優(yōu)越性，適宜用來測定土壤 活性有機碳。參考文獻：沈宏，曹志洪,胡正義.土壤活性有機碳的表征及其生態(tài)效應J.生態(tài) 學雜志,1999,1

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