揚州市邗江區耕地土壤pH值時空演變

劉 燕，毛 偉，楊曉東，陳明波，高 暉，步學林

（1揚州市邗江區土壤肥料站，江蘇揚州225009；2揚州市耕地質量保護站，江蘇揚州225101；3揚州市邗江區公道農業綜合服務中心，江蘇揚州225119）

0 引言

土壤pH值是土壤重要屬性，不僅影響耕地土壤肥力質量及土壤環境重要指標[1-5]，而且影響土壤中重金屬的存在形態、有效性等[6-11]。土壤酸化在中國南方已相當嚴重[12-18]，已成為全社會關注的熱點之一。揚州市邗江區是江蘇省重要工業發展區域，耕地土壤酸化程度對耕地質量保護相當重要，但目前該區域的土壤酸化程度、演變規律、影響因素等都不清楚。本文將揚州市邗江區2014年采集的834個耕地土壤樣品以及1984年第二次土壤普查樣品（527個）進行比較，系統分析30年時空演變及主要影響因素，以期為土壤酸化防控提出科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

邗江地處江淮平原南端，位于東經119°43′—119°16′、北緯 32°13′—32°40′之間，位于江蘇省中部，長江三角洲腹部，長江與淮河交匯處，西連南京，南臨長江，北接淮水，中貫京杭大運河。屬北亞熱帶溫暖亞帶與溫和亞帶的過渡性地帶，四季分明，氣候溫和，年平均氣溫15℃，雨量充沛，年平均降水量1063.2 mm；無霜期223天；光照充足。邗江區內西北部屬于鎮揚丘陵地區，東南部為長江沖積平原。地貌類型可分丘陵、沿湖、高砂土、沿江4種（圖1左）。成土母質可分為長江沖積物、湖相沉積物、下屬黃土（圖1中）。土壤類型主要有黃棕壤、潮土、水稻土、沼澤土4個土類，9個亞類，20個土屬，37個土種（圖1右）。

1.2 數據來源與處理

邗江區2014年耕地土壤樣品采集以網格布點為主，并參照1984年第二次土壤普查采樣點點位。調查內容主要為地貌類型、成土母質、土壤類型、施肥情況等屬性信息（圖2）。

確保數據的可比性，測定方法采用水土比2.5:1的pH計測定土壤pH值[19]。與土壤普查的測定方法保持一致，基于ArcGIS 10.1軟件中的地統計模塊進行空間插值生成土壤pH值分布圖，應用SPSS 19統計學軟件進行數據統計分析。參照《中國土壤》[20]對中國土壤酸堿度分級基礎上將揚州市邗江區耕地土壤pH值分為5級，分別為Ⅰ級(＞7.5)、Ⅱ級(6.5～7.5)、Ⅲ級(5.5～6.5)、Ⅳ級(4.5～5.5)、Ⅴ級(＜4.5)。

圖1 揚州市邗江區地貌（左）、成土母質（中）、土壤（土屬）類型（右）

圖2 1984、2014年揚州市邗江區土壤養分普查點分布圖

2 結果與分析

2.1 土壤pH值描述性統計分析

由表1可見，研究區域2014年土壤pH值在pH 4.8～7.8之間，均值為pH 6.23，以偏酸性為主。比1984年土壤pH 6.23的平均值下降了0.88個單位，表明30年間耕地土壤pH值呈整體下降趨勢。1984、2014年土壤pH值的分布類型表現為對數正態分布或正態分布，滿足地質統計學理論中有關特征假設；經統計土壤pH值的變異系數差異不大，分別為3.24%、10%，反映2個時期土壤pH值總體數據相對穩定。

表1 不同時期耕層土壤pH值的統計特征值

2.2 土壤pH值空間分布特征

基于ArcGIS 10.1空間插值形成了不同年份的土壤pH值分布圖（圖3）和分布統計表（表2），結果表明邗江區1984年土壤pH值以Ⅱ級為主，占整個耕地面積的98.96%，2014年土壤pH值以Ⅱ、Ⅲ級為主，占整個耕地面積的92.66%。

2.3 土壤pH值時空演變

表3統計數據表明，1984、2014年邗江區土壤pH值均呈下降趨勢，其空間分布格局基本不變，汊河鎮最高，楊廟鎮最低。為進一步研究區域土壤pH值變化趨勢，采用疊置分析法[21]對1984、2014年土壤pH值空間分布圖層進行比較分析（圖4、表4）發現，1984—2014年30年間土壤pH值整體呈下降趨勢，下降大于1個單位占研究區面積的41.65%，下降0～1個單位占研究區面積的53.54%；邗江區北部丘陵地區土壤pH值下降的比例大。

圖3 1984—2014年揚州市邗江區土壤pH值分布圖

表2 揚州市邗江區耕地土壤pH值分別變化情況

2.4 土壤pH值下降原因分析

2.4.1 酸雨對土壤pH值影響 酸性降雨是引起土壤pH值下降的一個重要因素[22-24]。在酸性降雨影響下，硫酸根離子、硝酸根離子是加速土壤酸化和鹽基淋溶損失的主要陰離子，外源H+的進入會加速鋁離子水解[23]，不但直接表現為活性酸度的增加，更主要的是表現為潛在酸度的增加[24]。邗江區2003年開始設立酸雨監測站。通過對2003—2014年酸雨數據分析可知（圖5），邗江區降水pH值呈下降趨勢，直接導致土壤酸化，是造成邗江區30年土壤pH值整體下降原因之一。

2.4.2 長期施用化肥對土壤pH值影響 長期大量施用酸性肥料會造成土壤pH值下降[25-26]。邗江區從20世紀80年代中后期就開始應用低含量復混肥，而這些低含量復混肥主要氯化鉀、硫酸銨、過磷酸鈣等生理酸性肥料。從圖6可以看出，1984年以后邗江區化肥用量持續大幅度增加，2014年化學肥料投入量約14556 t，比1984年化肥用量增加了2.31倍；可見邗江區30年化肥投入量與土壤pH值變化呈高度的負相關，長期過量施用化肥是造成土壤pH值全面下降的主要原因之一，這與毛偉等[26]研究是一致的。

表3 邗江區主要鄉鎮不同年份土壤pH值平均值

圖4 揚州市邗江區1984—2014年土壤pH值變化圖

表4 揚州市邗江區1984—2014年土壤pH值變化統計表

圖5 揚州市邗江區2003—2014年降雨的pH值變化

圖6 揚州市邗江區1984—2014年化肥投入量

3 結論

研究結果表明，邗江區2014年土壤平均pH 6.23，空間分布以Ⅱ、Ⅲ級為主，占整個耕地面積的92.66%；比1984年下降0.88單位，1984年空間分布Ⅱ級為主；30年間耕地土壤pH值整體呈下降趨勢。主要原因是酸性降雨及大量施用生理性酸性化學肥料。