CN111354425A - 一种植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业技术领域，提供一种植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法。该评估方法包括如下步骤：a、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素含量；b、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素的产酸效果值；c、确定植物收获物的产酸效果值计算公式；d、获得植物收获物的产酸效果值，e、对植物收获驱动土壤酸化效果进行评估。本发明通过植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素含量和它们各自的产酸效果值来得到植物收获物的产酸效果值，并以植物收获物的产酸效果值和收获物的产量的乘积来获得植物收获向土壤实际提供的H+的数量，解决了如何有效评估植物收获驱动土壤酸化效果的难题。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，尤其涉及一种植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法。
背景技术
我国农田土壤酸化严重，破坏了土壤正常的生态服务功能，制约了农业生产的可持续发展。目前认为过量施氮和作物收获是我国农业土壤酸化的两个主要驱动力，在大田条件下，量化这种驱动力对农田土壤酸化的贡献是制订矫正土壤酸化对策的重要依据。
根据酸碱质子理论，之所以植物从土壤中吸收养分会造成土壤酸化，是因为植物从土壤中吸收养分的同时，向土壤提供了H+，植物向土壤提供的H+的数量等于土壤从植物接受的H+的数量。如果能获取植物向土壤提供的H+的数量，就可以定量评估植物收获对土壤酸化效果的贡献。但目前对如何评估植物收获驱动土壤酸化效果没有统一的认知，有的把植物收获带走的盐基离子总量(钾、钠、钙和镁之和)当成是植物向土壤提供的H+的数量，有的用植物吸收的阳离子总量与阴离子总量之差来表示植物向土壤提供的H+的数量，但都不能有效评估出植物收获驱动土壤酸化效果。目前，如何正确评估植物向土壤实际提供的H+的数量是评估植物收获驱动土壤酸化效果的关键，也是目前农业生产中的一大难题。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法，旨在解决现有技术中无法有效评估植物向土壤实际提供的H+的数量而难于评估植物收获驱动土壤酸化效果的问题。
本发明的科学原理是：植物收获驱动土壤酸化效果用植物收获物的产酸效果值和收获物的产量的乘积来量化。植物收获物的产酸效果值的含义为每公斤植物收获物向土壤实际净提供的H+的摩尔数，其可通过其吸收的养分元素含量来量化，由于植物吸收土壤养分时，有的养分吸收后会向土壤提供H+，有的养分吸收后会会向土壤提供OH-，其中提供的H+与OH-相等的那部分会相互中和变成H2O，不会表现出实际的酸化效果，因此提供的H+数量减去OH-的数量才是植物收获物对土壤的实际酸化效果。当植物收获物向土壤提供的H+的数量大于OH-的数量时，植物收获具有促进土壤酸化的效果；当植物收获物中的养分向土壤提供的H+的数量小于OH-的数量时，植物收获具有抑制土壤酸化的效果；当植物收获物中的养分向土壤提供的H+的数量与OH-的数量相等时，植物收获对土壤酸碱性没有影响。
虽然植物收获物的成分十分复杂，碳、氢、氧3种元素都是植物体的主要组成元素，但是碳、氢、氧3种元素可通过二氧化碳、水蒸气等进入植物体，是大自然的自发过程，因此，在评估植物收获驱动土壤酸化效果时不需要考虑碳、氢、氧3种元素的影响。虽然硅、铝、铁等元素在植物收获物中含量较高，但这3种元素形成的酸H2SiO3或碱Al(OH)3和Fe(OH)3等可被视为中性的，因此，在评估植物收获驱动土壤酸化效果时，硅、铝、铁三种元素对植物收获的产酸效果值的实际贡献值可以忽略。而锌、铜、锰、钛、硼等元素在植物收获物中的含量较低，且这些元素形成的碱或酸也可被视为中性的，这些元素的产酸效果值亦可被视为0，这些元素对植物收获物的产酸效果值的实际贡献值亦可以忽略。因此，在植物收获物中，只有钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素对土壤的产酸效果值有实际贡献。
本发明实施例是这样实现的，提供一种植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法，该评估方法包括如下步骤：
a、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素含量；
b、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素的产酸效果值tHi，tHi指在中性水溶液中，中和1克该元素所形成的碱所需要的H+的摩尔数，或者中和1克该元素所形成的酸所需要的OH-的摩尔数的负数；
c、确定植物收获物的产酸效果值，其计算公式为：
tH＝∑tHi×ci (1)
式(1)中：
tH表示植物收获物的产酸效果值，单位为mol/kg；
i＝1,2,3,4,5,6,7,8；
tHi表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素中的第i种元素的产酸效果值，单位为mol/g；
ci表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素中的第i种元素的含量，单位为g/kg；
d、根据钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素的含量和产酸效果值，按所述式(1)的计算公式获得植物收获物的产酸效果值tH；
e、对植物收获驱动土壤酸化效果进行评估：
e1、确定植物收获物的单位面积产量；用计算获得的植物收获物的产酸效果值tH与植物收获物的单位面积产量的乘积来计算植物收获物的H+生产量。其计算公式为：
Hpro＝Y×tH (2)
式(2)中：
Y表示植物收获物的单位面积产量，kg/mu；
tH表示植物收获物的产酸效果值，mol/kg；
Hpro表示植物收获物的H+生产量，mol/mu；
e2、用计算出的Hpro值对植物收获驱动土壤酸化效果进行评估；当Hpro>0时，表示植物收获每亩向土壤提供H+的数量为Hpromol，会促使土壤酸化；当Hpro<0时，表示植物收获物每亩向土壤提供OH-的数量为-Hpromol，会抑制土壤酸化；当Hpro＝0时，表示植物收获对土壤酸化没有影响。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
(1)本发明通过植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素含量和它们各自的产酸效果值来得到植物收获物的产酸效果值，并以植物收获物的产酸效果值和收获物的产量的乘积来获得植物收获向土壤实际提供的H+的数量，解决了如何正确有效评估植物收获驱动土壤酸化效果的难题。
(2)在农业生产中，各种作物的收获物的单位面积产量可以从统计资料得到，作物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素含量也可以从研究资料来得到，因此用本发明的植物收获驱动土壤酸化效果评估方法可以很方便地得到各种作物栽培模式由作物收获造成的H+生产量，从而可以帮助制订相应预防和调控土壤酸化的措施。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法，该评估方法包括如下步骤：
a、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素含量；
b、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素的产酸效果值tHi，tHi指在中性水溶液中，中和1克该元素所形成的碱所需要的H+的摩尔数，或者中和1克该元素所形成的酸所需要的OH-的摩尔数的负数；
c、确定植物收获物的产酸效果值，其计算公式为：
tH＝∑tHi×ci (1)
式(1)中：
tH表示植物收获物的产酸效果值，单位为mol/kg；
i＝1,2,3,4,5,6,7,8；
tHi表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素中的第i种元素的产酸效果值，单位为mol/g；
ci表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素中的第i种元素的含量，单位为g/kg；
d、根据钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素的含量和产酸效果值，按所述式(1)的计算公式获得植物收获物的产酸效果值tH；
e、对植物收获驱动土壤酸化效果进行评估：
e1、确定植物收获物的单位面积产量；用计算获得的植物收获物的产酸效果值tH与植物收获物的单位面积产量的乘积来计算植物收获物的H+生产量。其计算公式为：
Hpro＝Y×tH (2)
式(2)中：
Y表示植物收获物的单位面积产量，kg/mu；
tH表示植物收获物的产酸效果值，mol/kg；
Hpro表示植物收获物的H+生产量，mol/mu；
e2、用计算出的Hpro值对植物收获驱动土壤酸化效果进行评估；当Hpro>0时，表示植物收获每亩向土壤提供H+的数量为Hpromol，会促使土壤酸化；当Hpro<0时，表示植物收获物每亩向土壤提供OH-的数量为-Hpromol，会抑制土壤酸化；当Hpro＝0时，表示植物收获对土壤酸化没有影响。
钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素中，植物收获物中各元素对土壤的实际产酸效果值指的是，在中性水溶液中，中和1克该元素所形成的碱所需要的H+的摩尔数，或者中和1克该元素所形成的酸所需要的OH-的摩尔数的负数，因此，在这8中元素中，各元素的产酸效果值tHi分别对应一个特定值。本发明测定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素的tHi值如下表1所示。
表1
从表1中可知，钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素分别对应的tHi值为0.0256mol/g、0.0435mol/g、0.0499mol/g、0.0822mol/g、-0.0714mol/g、-0.0624mol/g、-0.0282mol/g和-0.0448mol/g。需要说明的是，植物收获物中的氮元素都可以视为HNO3，因为在土壤中有机氮可以通过微生物的矿化作用转化成为NH3的质子生产量为0，NH3在土壤中可以通过微生物的硝化作用转化成为HNO3的质子生产量亦为0。在植物体内HNO3转化为NH3的质子生产量为0，从NH3转化为有机氮的质子生产量亦为0。
植物收获物的产量可以通过统计部门或种植户来获得，植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷的含量可以通过查询研究资料来获得。
本发明的植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法通过如下两个实施例进行说明：
实施例一
某县单季稻，每年种一季水稻，稻谷用水稻收割机收获，收获部位为稻谷，水稻秸秆还田，其稻谷收获驱动稻田土壤酸化的效果按下述步骤来评估：
步骤1：从监测研究资料得到稻谷中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素的含量分别对应为钾的含量为3.53g/kg，钠的含量为0.12g/kg，钙的含量为0.14g/kg，镁的含量为0.89g/kg，氮的含量为13.18g/kg，硫的含量为0.86g/kg，氯的含量为0.91g/kg和磷的含量为2.81g/kg。
步骤2：从上述表1中得到钾、钠、钙和镁的产酸效果值tHi分别对应为：0.0256mol/g，0.0435mol/g，0.0499mol/g和0.0822mol/g；氮、硫、氯和磷的产酸效果值tHi分别对应为-0.0714mol/g，-0.0624mol/g，-0.0282mol/g和-0.0448mol/g。
步骤3：确定稻谷的产酸效果值的计算公式：
tH＝∑tHi×ci (1)
式(1)中：
tH表示植物收获物的产酸效果值，单位为mol/kg；
i＝1,2,3,4,5,6,7,8；
tHi表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素中的第i种元素的产酸效果值，单位为mol/g；
ci表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素中的第i种元素的含量，单位为g/kg。
步骤4：根据钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素的含量和产酸效果值，按式(1)的计算公式获得稻谷的产酸效果值tH为：
tH＝0.0256×3.53+0.0435×0.12+0.0499×0.14+0.0822×0.89+(-0.0714)×13.18+(-0.0624)×0.86+(-0.0282)×0.91+(-0.0448)×2.81≈-0.97(mol/kg)
步骤5：确定稻谷的单位面积产量：从某县***的统计资料得到该县的单季稻田的稻谷产量为每亩576千克(kg/mu)。
步骤6：确定稻谷收获的H+生产量Hpro的计算公式：
Hpro＝Y×tH (2)
式(2)中：
Y表示稻谷的单位面积产量，kg/mu；
tH表示稻谷的产酸效果值，mol/kg；
Hpro表示稻谷的H+生产量，mol/mu。
步骤7：计算出稻谷收获的H+生产量Hpro。
Hpro＝576×(-0.97)≈-559(mol/mu)
步骤8：稻谷收获驱动土壤酸化效果进行评估。
因为稻谷收获的H+生产量Hpro为-559mol/mu，Hpro<0，即每亩收获576千克稻谷可以向土壤产生559mol的OH-，具有抑制土壤酸化效果。
实施例二：
某地香蕉园，每年收获1次，收获部位为香蕉果实，香蕉秸秆还田，该香蕉收获驱动香蕉园土壤酸化的效果按下述步骤来评估：
步骤1：从研究资料得到香蕉果实的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素的含量分别对应为钾的含量为4.73g/kg，钠的含量为0.05g/kg，钙的含量为0.71g/kg，镁的含量为0.24g/kg，氮的含量为1.06g/kg，硫的含量为0.25g/kg，氯的含量为0.35g/kg和磷的含量为0.35g/kg。
步骤2：从上述的表1中得到钾、钠、钙和镁的产酸效果值tHi分别对应为：钾0.0256mol/g；钠0.0435mol/g；钙0.0499mol/g和镁0.0822mol/g；氮、硫、氯和磷的产酸效果值tHi分别对应为：氮-0.0714mol/g；硫-0.0624mol/g；氯-0.0282mol/g和磷-0.0448mol/g。
步骤3：确定香蕉果实的产酸效果值的计算公式：
tH＝∑tHi×ci (1)
上式(1)中：
tH表示香蕉果实的产酸效果值，单位为mol/kg；
i＝1,2,3,4,5,6,7,8；
tHi表示香蕉果实中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素中的第i种元素的产酸效果值，单位为mol/g；
ci表示香蕉果实中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素中的第i种元素的含量，单位为g/kg。
步骤4：根据钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素的含量和产酸效果值，按式(1)的计算公式获得香蕉果实的产酸效果值tH为：
tH＝0.0256×4.73+0.0435×0.05+0.0499×0.71+0.0822×0.24+(-0.0714)×1.06+(-0.0624)×0.25+(-0.0282)×0.35+(-0.0448)×0.35≈0.062(mol/kg)
步骤5：确定香蕉果实的单位面积产量：从种植户得到该香蕉园的香蕉果实产量为每亩2800千克(kg/mu)。
步骤6：确定收获的香蕉果实的H+生产量Hpro的计算公式：
Hpro＝Y×tH (2)
式(2)中：
Y表示香蕉果实的单位面积产量，kg/mu；
tH表示香蕉果实的产酸效果值，mol/kg；
Hpro表示收获的香蕉果实的H+生产量，mol/mu。
步骤7：计算香蕉果实收获的H+生产量Hpro。
Hpro＝2800×0.062＝173.6(mol/mu)
步骤8：香蕉果实收获驱动土壤酸化效果进行评估。
因为香蕉果实收获的H+生产量Hpro为173.6mol/mu，Hpro>0，即每亩收获2800kg香蕉果实可以产生173.6mol的H+，具有促进土壤酸化效果。
综上所述，本发明的植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法具有如下优点：
(1)本发明通过植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素含量和它们各自的产酸效果值来得到植物收获物的产酸效果值，并以植物收获物的产酸效果值和收获物的产量的乘积来获得植物收获向土壤实际提供的H+的数量，解决了如何正确有效评估植物收获驱动土壤酸化效果的难题。
(2)在农业生产中，各种作物的收获物的单位面积产量可以从统计资料得到，作物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素含量也可以研究资料来得到，因此用本发明的植物收获驱动土壤酸化效果评估方法可以很方便地得到各种作物栽培模式由作物收获造成的H+生产量，从而可以帮助制订相应预防和调控土壤酸化的措施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种植物收获驱动土壤酸化效果的评估方法，其特征在于，该评估方法包括如下步骤：
a、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素含量；
b、分别确定植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷元素的产酸效果值tHi，tHi指在中性水溶液中，中和1克该元素所形成的碱所需要的H+的摩尔数，或者中和1克该元素所形成的酸所需要的OH-的摩尔数的负数；
c、确定植物收获物的产酸效果值，其计算公式为：
tH＝∑tHi×ci (1)
式(1)中：
tH表示植物收获物的产酸效果值，单位为mol/kg；
i＝1,2,3,4,5,6,7,8；
tHi表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8种元素中的第i种元素的产酸效果值，单位为mol/g；
ci表示植物收获物中的钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素中的第i种元素的含量，单位为g/kg；
d、根据钾、钠、钙、镁、氮、硫、氯和磷8中元素的含量和产酸效果值，按所述式(1)的计算公式获得植物收获物的产酸效果值tH；
e、对植物收获驱动土壤酸化效果进行评估：
e1、确定植物收获物的单位面积产量；用计算获得的植物收获物的产酸效果值tH与植物收获物的单位面积产量的乘积来计算植物收获物的H+生产量。其计算公式为：
Hpro＝Y×tH (2)
式(2)中：
Y表示植物收获物的单位面积产量，kg/mu；
tH表示植物收获物物的产酸效果值，mol/kg；
Hpro表示植物收获物的H+生产量，mol/mu；
e2、用计算出的Hpro值对植物收获驱动土壤酸化效果进行评价；当Hpro>0时，表示植物收获每亩向土壤提供H+的数量为Hpromol，会促使土壤酸化；当Hpro<0时，表示植物收获物每亩向土壤提供OH-的数量为-Hpromol，会抑制土壤酸化；当Hpro＝0时，表示植物收获对土壤酸化没有影响。
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