土壤分析在協(xié)助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施肥中的重要作用
一、前言
在科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中,各個(gè)學(xué)科之間是相互關(guān)聯(lián)和相互促進(jìn)的。如化學(xué)、物理、生物科學(xué)促進(jìn)了土壤肥料科學(xué)的發(fā)展,而土壤學(xué)和肥料學(xué)的研究,也豐富了化學(xué)、植物生理學(xué)和環(huán)境科學(xué)等的內(nèi)容。
同樣,科學(xué)的發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的提高,也是密切相關(guān)的。如我國(guó)人民早在四千多年前就知道有機(jī)肥(糞肥和種豆)肥田的作用,因而有機(jī)肥很早就在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用了。又如化肥工業(yè)是在德國(guó)農(nóng)業(yè)化學(xué)家李比希1840年發(fā)表“化學(xué)在農(nóng)業(yè)和植物生理學(xué)上的應(yīng)用”一書中,提出礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說后興起的。隨后,1842年英國(guó)開始生產(chǎn)過磷酸鈣,1870年歐洲首次制取鉀化肥,1919年開始大量生產(chǎn)合成氨。隨著肥料的大量生產(chǎn)和應(yīng)用,使化肥在提高土壤肥力、調(diào)節(jié)植物營(yíng)養(yǎng)和增進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及品質(zhì)方面起著巨大作用。
因此,每當(dāng)我們憧憬著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化美好未來的時(shí)候,就會(huì)聯(lián)想到如何加速化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上所起的作用,以加快農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展。因此,我們就必須研究土壤、肥料、植物三者之間的相互關(guān)系。為了深入進(jìn)行這方面的研究,掌握土壤分析儀的使用技巧,利用土壤分析的手段則是極其重要的。
二、土壤分析對(duì)化肥生產(chǎn)使用的重要性
隨著世界人口不斷增加,對(duì)糧食等產(chǎn)品的需要也與日俱增,過去二十年(]967、197T)中,全世界的耕地面積只增加一億三千萬公頃,大體相當(dāng)于目前總耕地面積(十五億公項(xiàng))的9多,但同一時(shí)期中世界人口由二十八億增加到四十億,增加了40萬,因此,擴(kuò)大耕地面積增加的糧食只能養(yǎng)活四億人口,另有八億人口的糧食,有賴于提高單產(chǎn)。由于糧食等作物需要從上壤中吸收各種養(yǎng)分來進(jìn)行生長(zhǎng)和發(fā)育,所以就有必要了解土壤中養(yǎng)分狀況,從而生產(chǎn)相應(yīng)需要的化肥,業(yè)進(jìn)行合理施肥,才能更好地利用、改造土壤,以滿足作物高產(chǎn)的需要。但土壤中各種養(yǎng)分既摸不著,又看不見,這就需要使用化驗(yàn)手段來進(jìn)行診斷。如日本農(nóng)民在施肥前,要請(qǐng)土肥機(jī)構(gòu)化驗(yàn)土壤,開處方到化肥公司去購(gòu)買所需化肥。又如羅馬尼亞,如果農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位沒有土壤養(yǎng)分圖等資料,就得不到化肥的供應(yīng)。
另一方面,化肥雖然可以補(bǔ)充土壤以植物需要的養(yǎng)料,是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施,且近幾十年來化肥生產(chǎn)和消費(fèi)量都在迅速增長(zhǎng),發(fā)展速度差不多是十年翻一番,但根據(jù)長(zhǎng)期田間試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)氮肥的利用率只有30~70%,磷肥和鉀肥利用率(第一年)分別為6~25%和40~70%,差距很大。如果我們把1978年我國(guó)化肥(按有效成份計(jì)算)產(chǎn)量八百多萬噸的利用率提高10拓,就等于增加八十多萬噸化肥。若以每斤化肥多增產(chǎn)1、2斤糧食計(jì)算,就可為國(guó)家增產(chǎn)二、三百億斤糧食,所以提高化肥的利用率已迫切地提上了議事日程。
我們知道,施肥于土中,需要經(jīng)過在土壤中貯藏與轉(zhuǎn)化,以供作物有效地吸收和利用,而這些過程的進(jìn)行又與土壤性質(zhì)和養(yǎng)分狀況密切相關(guān)。所以通過土壤普查與化驗(yàn),才能了解土壤情況,生產(chǎn)作物所需要的化肥,而后對(duì)“癥”施治,因上施肥,這樣就可提高化肥的利用率。
近年來,國(guó)際上對(duì)土壤普查和分析化驗(yàn)很為重視,如羅馬尼亞對(duì)全國(guó)土壤每隔2、3年就要分析化驗(yàn)一次,一年進(jìn)行化驗(yàn)土壤200、30D萬標(biāo)本次。朝鮮全國(guó)土壤普查已進(jìn)行第三次,他們?cè)谄詹橹蟹治龌?yàn)了土壤1000萬標(biāo)本次左右,業(yè)且動(dòng)員有分析能力的單位都搞土壤化驗(yàn)。他們利用化驗(yàn)資料合理施肥,使不同上壤基本苗生長(zhǎng)一致,達(dá)到大面積均衡增產(chǎn)。加之,他們通過土壤普查,摸清土壤資源,擴(kuò)大耕地面積,達(dá)到改良土壤,使糧食產(chǎn)量迅速提高,由糧食不足,發(fā)展到自給有余。
我國(guó)早在1958年就對(duì)全國(guó)土壤普查化驗(yàn)過一次,以后近二十年未進(jìn)行過這項(xiàng)工作。有些地區(qū)由于對(duì)土壤情況不明,化肥用量不少,但品種單一,不能做到因土施肥,因土種植,施肥存在很大盲目性,因而不可能做到科學(xué)種田,甚至施肥不當(dāng),造成很大浪費(fèi)和減產(chǎn)。最近我國(guó)正在全國(guó)范圍內(nèi)開展第二次土壤普查,這是搞農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中一件大事,也是我們化肥工業(yè)戰(zhàn)線上的同志必須關(guān)心協(xié)助的工作
三、土攘分析
在土壤普查和化肥生產(chǎn)應(yīng)用中,要化驗(yàn)土壤那些理化性質(zhì)呢?為什么要化驗(yàn)這些性質(zhì),這些氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中的狀況和動(dòng)態(tài)如何?如何進(jìn)行化驗(yàn)?現(xiàn)簡(jiǎn)單敘述如下。
。ㄒ唬┩寥蕾|(zhì)地
土壤的固體骨架,基本上是由大小不同的礦物質(zhì)顆粒所組成。一般根據(jù)顆粒直徑2毫米以下的土粒,從粗到細(xì),分為砂粒(2、0.02毫米)、粉砂粒(0.02、0.002毫米)與粘粒(小于0.002毫米)三個(gè)粒組。通常即根據(jù)土壤中這些粒組的不同比例,劃分土壤質(zhì)地,如砂壤土、壤土或粘壤土等。土壤質(zhì)地是土壤重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性狀,因?yàn)橥亮4笮〔煌,其理化性質(zhì)也不一樣。據(jù)計(jì)算,1立方厘米體積的物體,細(xì)分至1立方毫微米,其總面積可增加至6000平方米。因此,土壤顆粒愈細(xì),它的表面積和表面能也愈大,吸收性能也愈強(qiáng)。所以上壤中粘粒含量多,它的粘結(jié)性、吸水性和保肥性也較強(qiáng)。如土壤中砂粒含量多,則質(zhì)地較粗,它的粘結(jié)性、吸水性與保肥性就差,而通透性較強(qiáng),養(yǎng)分易流失而引起缺肥,對(duì)作物生長(zhǎng)后期不利,故需要及時(shí)增施適量化肥,以供作物利用。
下面簡(jiǎn)要介紹測(cè)定土壤質(zhì)地的一種簡(jiǎn)易比重計(jì)法。
稱取通過2毫米篩孔的干上50克,置瓷蒸發(fā)皿中,加0.6N草酸鈉分散劑,攪動(dòng)后靜置半小時(shí),用帶橡皮頭的玻棒研磨15分鐘,使土粒充分分散,然后倒入1000毫升沉降筒中,用蒸餾水沖洗器皿及玻棒,使土粒全部洗入沉降筒,再用蒸餾水定容至1000毫升,用攪拌棒上下攪動(dòng)一分鐘,使懸液均勻分布,記錄開始時(shí)間,選定比重計(jì)讀數(shù)時(shí)間(見表1),將甲種比重計(jì)(土壤比重計(jì)),輕輕插入懸液中(在讀數(shù)前10、15秒放入),每次讀數(shù)皆以彎液面上緣為準(zhǔn)。分別測(cè)出小于0.02毫米粒組的比重計(jì)讀數(shù)A和小于0.002毫米粒組的讀數(shù)B。
表1 測(cè)比重計(jì)讀數(shù)時(shí)間表
計(jì)算:
粘粒%=比重計(jì)讀數(shù)B/烘干土重×100
粉砂粒%=(比重計(jì)讀數(shù)A-比重計(jì)讀數(shù)B)/烘干土重×100
砂粒%=1-(粘粒%+粉砂粒%)
按各粒組含量%查圖1,可以決定質(zhì)地名稱。如某土壤粘粒含量大于45%者屬于粘土。
又如另一土壤含粘粒6%,砂粒41%,粉砂粒53%,則屬于粉砂壤土。
。ǘ┩寥烙袡C(jī)質(zhì)
有機(jī)質(zhì)是土壤固相中除礦物質(zhì)以外的一種有機(jī)化合物組成部分,它和礦物質(zhì)緊密結(jié)合在一起。一般土壤中含有機(jī)質(zhì)1~3%,其中約有85%的多為腐植質(zhì),它是土壤中動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)過微生物分解合成作用而形成的特殊高分子化合物。
圖1土城質(zhì)地分類示意圖
土壤中有機(jī)質(zhì)數(shù)量雖不多,但它的作用卻很大,是評(píng)價(jià)土壤肥力高低的一項(xiàng)重要指標(biāo),與生產(chǎn)化肥品種和施肥關(guān)系很大。它是作物養(yǎng)分的主要來源,也是土壤微生物活動(dòng)的能量和營(yíng)養(yǎng)的來源。它能提高土壤保水保肥性能,也能促進(jìn)作物生長(zhǎng)和緩沖土壤酸堿性的作用。業(yè)且它還能改善土壤的砂粘性和促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。所以對(duì)缺少有機(jī)質(zhì)的土壤,應(yīng)施用有機(jī)肥(糞肥、綠肥)以及生產(chǎn)施用腐植酸類有機(jī)化肥,以增加土壤有機(jī)質(zhì),提高農(nóng)作物產(chǎn)量。
現(xiàn)將重鉻酸鉀一硫酸氧化法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量的過程簡(jiǎn)述如下:
準(zhǔn)確稱取通過6D號(hào)篩孔的風(fēng)干土0.1~0.5克于硬質(zhì)試管中,加入0.5N重鉻酸鉀5毫升,再加6毫升濃硫酸,小心搖勻,管口加小漏斗,將試管插入180℃左右的油浴中加熱,使溶液沸騰6分鐘,稍冷后擦凈外壁油液,冷卻后將試管內(nèi)溶物以水洗入250毫升三角瓶中,加水使瓶?jī)?nèi)總體積在70毫升左右(溶液酸度2、3N),然后加鄰啡呷琳指示劑3~5滴,用0.2N硫酸亞鐵溶液滴定,溶液由黃色經(jīng)過綠色突變到棕紅色,即為終點(diǎn)。測(cè)樣品時(shí),必須做空自試驗(yàn),即用純砂或灼燒過的土壤以代替土樣,其它手續(xù)均與上。述步驟相同。
計(jì)算:
有機(jī)質(zhì)%=(V。一V)N×0.003/烘干土重×1.724×1.1×100
式中:
V。一為滴定空白試驗(yàn)所用去硫酸亞鐵毫升數(shù)
V一為滴定土壤樣液所用去硫酸亞鐵毫升數(shù)
N一為硫酸亞鐵當(dāng)量濃度
0.003一為1毫克當(dāng)量碳的克數(shù)
1.724一由土壤有機(jī)碳換算成有機(jī)質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)
1.1一由此法測(cè)得的有機(jī)質(zhì)只為實(shí)際含量的90%,故應(yīng)乘以1.1以校正之。
。ㄈ┑
作物體中氨基酸、蛋自質(zhì)、維生素、葉綠素、酶以及許多代謝化合物中均含有氮,故氮有生命元素之稱,為各種作物所必需。如氮肥用量不足,將影響作物生長(zhǎng)發(fā)育,但是用量過多也不宜,這將會(huì)使作物體內(nèi)纖維素、果膠等物質(zhì)減少,而引起組織柔軟,容易倒伏,抗病抗逆性減弱,所以氮肥施用要合理。
土壤中全部氮稱為全氮,在土壤中約占0.1~0.2%,其中以有機(jī)氮為主,約占全氮的98%~99%。在有機(jī)氮中,腐植質(zhì)和蛋自質(zhì)中氮為遲效氮,需要經(jīng)過微生物分解轉(zhuǎn)化后,作物才能利用。土壤中無機(jī)氮只占全氮的1~2%,主要包括氨態(tài)氮和硝態(tài)氮,它們含量雖少,卻是作物最易吸收的。另外,把短期內(nèi)可以被作物利用的有機(jī)氮中的氨基酸和酞胺中氮與速效氮合講起來,稱為堿解氮,它的含量多少,能較好地反映供氮水平。
土壤中的氮很重要,一般情況,上壤中有機(jī)質(zhì)多,全氮含量也相應(yīng)較多,因此有機(jī)質(zhì)臺(tái)量多少,也可作為全氮含鼠的參考。另外,山于土壤中堿解氮含量能一般地反映供氮水平,可以作為參考,以下簡(jiǎn)單介紹一種化驗(yàn)堿解氮的擴(kuò)散吸收法。
稱取通過60號(hào)篩孔風(fēng)干土2克和硫酸亞鐵粉劑1克,均勻鋪在擴(kuò)散皿外室中(水稻土不必加硫酸亞鐵),在擴(kuò)散皿內(nèi)室中加2毫升2拓硼酸溶液,并加1滴定氮混合指示劑,然后在皿的外室邊緣,涂上特制膠水,蓋上毛玻璃,使與皿邊完全粘合,再慢慢轉(zhuǎn)開毛玻璃,露一狹縫,迅速加入10毫升1.5N氫氧化鈉溶液(水稻土加1.2N氫氧化鈉)于皿的外室中,立即蓋嚴(yán)。以水平方向輕輕地旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散皿,使溶液與土樣混勻,放入40℃烘箱中,24小時(shí)后取出,再以0.01N鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液,用半微量滴定管滴定內(nèi)室硼酸中所吸收的氨量,由蘭滴到微紅色。
計(jì)算:
堿解氮(毫克/100克土)一N×V×14/土樣重×100
式中:
N一標(biāo)準(zhǔn)鹽酸的當(dāng)量濃度
V一滴定樣品時(shí)用去鹽酸毫升數(shù)
14-1毫克當(dāng)量氮的毫克數(shù)
。ㄋ模┝
磷是組成作物細(xì)胞核的主要成分,如核酸、磷脂與核蛋白中均含有磷。其中核酸是作物中很重要物質(zhì),沒有核酸就不能形成蛋白質(zhì),它不僅參與原生質(zhì)及細(xì)胞器的組成,而且和代謝作用各個(gè)環(huán)節(jié)都有密切關(guān)系。又如核蛋白,它是生活細(xì)胞中極其重要的組成,它存在于細(xì)胞核和原生質(zhì)中,與細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)的關(guān)系極為密切。另外,作物體巾貯存和調(diào)節(jié)能量的三磷酸腺普(ATP)中含有磷,其它許多重要的酶類也含有磷。所以作物休中蛋白質(zhì)、碳水化合物的合成與運(yùn)轉(zhuǎn),能量的貯存與傳遞等,如果沒有磷參與是不能完成的。只有充足供應(yīng)磷、核酸、核蛋白等才能正常形成,細(xì)胞分裂與生長(zhǎng)才能正常進(jìn)行。
土壤中全部磷的含量稱為全磷,它在土壤中約占0.1~0.2萬。其中有機(jī)磷約占全磷的25%左右,它必須經(jīng)過微生物分解、轉(zhuǎn)化后,才能被作物吸收利用,故屬于遲效磷。另外,土壤中無機(jī)磷約占全磷的75%左右,其中大多數(shù)是難溶性磷,作物不能吸收利用,也屬于遲效磷。在無機(jī)磷中只有弱酸溶性磷和水溶性磷作物才能吸收利用,稱為速效磷,這種磷在土壤中含量雖很少,但作物易于吸收,所以能反映土壤供磷水平。土壤中遲效磷在各種酸和微生物作用下,也可分解轉(zhuǎn)化為速效磷。
土壤磷的供應(yīng)水平,主要取決于速效磷的含量,所以對(duì)它的化驗(yàn)更為重要,F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹一種測(cè)定速效磷的鑰蘭比色法。
取2克風(fēng)干土放入三角瓶中,加10毫升0.6N碳酸氫鈉浸提液,再加小半匙活性炭(起脫色作用),塞緊,用力搖動(dòng)10分鐘,過濾,取濾液4毫升放入試管,加1毫升鉑酸錢一鹽酸溶液,與標(biāo)準(zhǔn)溶液顯色同時(shí),再加1~2滴氯化亞錫甘油溶液,搖勻,3~5分鐘顯色后,與標(biāo)準(zhǔn)色階比色讀數(shù);蛴霉怆娪(jì)比色(光源波長(zhǎng)660毫微米,或用紅色濾光片)。
計(jì)算:土壤速效磷(ppm)=讀數(shù)(ppm)×稀釋倍數(shù)
(五)鉀
鉀在作物體中一般呈離子態(tài)或可溶性鹽,是原生質(zhì)和細(xì)胞液中主要陽離子,大部分集中在作物生長(zhǎng)活躍的分生組織中。鉀對(duì)作物中很多酶反應(yīng)起活化劑作用,能增強(qiáng)光合作用。與蛋白質(zhì)、碳水化合物合成和運(yùn)轉(zhuǎn)密切相關(guān)。另外,還能增強(qiáng)作物機(jī)械組織,使作物抗倒伏和抗病蟲害。
因此,鉀肥可使塊根塊莖作物提高淀粉含量,使油料作物增加油脂含量,使糖料作物增加蔗糖含量,使纖維作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高。近年來,隨著作物單位面積產(chǎn)量和復(fù)種指數(shù)不斷提高,土壤中可供作物利用的鉀已漸感不足。
土壤中全部鉀含量稱為全鉀,在土壤中含量占1~3%,其中礦物質(zhì)鉀占全鉀的98%以上,它不溶于水,作物不能直接利用,屬遲效性鉀。土壤中還有代換性鉀和水溶性鉀,約占全鉀的1~2%,它可以供作物直接利用,屬速效性鉀,它一般能反映土壤供鉀水平。因此,現(xiàn)介紹一種四苯硼鈉法化驗(yàn)速效鉀的簡(jiǎn)單過程。
稱風(fēng)干土2克于三角瓶中,加10%硝酸鈉浸提液10毫升,塞緊,振蕩10分鐘,過濾,吸取濾液5毫升放試管中,加5滴甲醛一EDTA混合掩蔽劑及10滴甘油,搖勻,加入四苯硼鈉液1毫升,溶液在PH5左右,搖勻(亦可稀釋5倍搖勻),放置6分鐘后,產(chǎn)生白色沉淀,與標(biāo)準(zhǔn)色階比濁,讀數(shù);蛟诓ㄩL(zhǎng)420、450毫微米或蘭色濾光片下,用光電比色,讀數(shù)。
計(jì)算:土壤有效鉀(ppm)=讀數(shù)(ppm)×稀釋倍數(shù)
除了以上介紹的分析項(xiàng)目外,還可根據(jù)當(dāng)?shù)匦枰瑴y(cè)定土壤的酸堿度(PH)、鹽分以及其它營(yíng)養(yǎng)元素。近年來,隨著分析技術(shù)的不斷進(jìn)展,對(duì)土壤和作物營(yíng)養(yǎng)狀況的深入分析,引起人們對(duì)微量元素(硼、銅、鎂、錳、鉑、鐵、鋅等)肥料的生產(chǎn)和應(yīng)用愈來愈重視。與施氮、磷、鉀肥一樣,微量元素肥料是否有效,關(guān)鍵也在于及時(shí)對(duì)土壤和植株進(jìn)行診斷,找出缺素后,選擇生產(chǎn)適當(dāng)品種的肥料,亞進(jìn)行施肥補(bǔ)缺。另外,微量元素肥料也要在土壤中氮、磷、鉀等供應(yīng)充足的基礎(chǔ)上應(yīng)用,才能有增產(chǎn)效果。
四、結(jié)束語
根據(jù)以上所述,化肥與土壤分析化驗(yàn)工作密切相關(guān),在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中是很重要的一環(huán)。我們必須加強(qiáng)這方面的密切配合工作,結(jié)合土壤情況,結(jié)合農(nóng)作物需要,發(fā)展化肥,生產(chǎn)化肥,合理施肥,從而為我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化創(chuàng)造有利的條件。
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