石门县耕地土壤pH值的时空演变特征

谢天洋 周卫军 罗思颖

摘要 作为耕地重要属性之一，pH值分布及变化情况对耕地质量管理及合理施肥有重要参考作用。通过利用统计分析及地理信息系统空间分析，比较了第二次土壤普查调查和测土配方施肥调查数据，结果表明：石门县2个时期耕地pH值平均值下降了0.5个单位，有42.51%的耕地pH值下降，酸性土壤面积在扩大，呈酸化趋势。不同的土壤类型pH值变化程度不一，潮土与紫色土的缓冲能力最强，而红壤与水稻土的变化程度较大，其中红壤酸性和弱酸性面积分别增加了12.7%和7.3%。

关键词 耕地；土壤pH值；时空变化；湖南石门

中图分类号 S151 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）09-0198-03

Abstract As one of the most important soil properties，distribution and change of pH value can provide important references for farmland quality management and reasonable fertilization. Comparing the data of the second soil survey with soil-testing fertilization by statistical and spatial analysis，the results showed that the area of acidic soil of farmLand was expanded. The average pH value of farmland in Shimen County in two periods of cultivated land decreased by 0.5 units，42.51% farmland appeared pH value decrease，and soil showed acidification. The degree of change of pH value differed from soil types. The purple soil and alluvia soil changed little，but paddy soil and red soil changed a lot. The areas of acidic and weak acidic red soil increased by 12.7% and 7.3% respectively.

Key words farmland；soil pH value；spatial and temporal evolution；Shimen Hunan

土壤pH值是衡量耕地質量的重要指标之一，是对土壤盐基状况的综合反应，对土壤的其他性质有重要的影响[1]。自然状态下土壤酸碱性的变化十分缓慢，而随着现代工业的发展以及农业生产方式的变化，土壤酸化的过程在加快[2]。为了解石门县耕地pH值分布状况，按照不同耕作方式和土壤类型，通过对石门县第二次土壤普查所记载的土壤剖面信息和测土配方施肥数据的检测和调查，系统分析了1982—2007年近25年来全县耕地土壤pH值的时空变化趋势，并探讨其原因，为土壤改良和科学施肥提供依据。

1 区域概况与研究方法

1.1 研究区概况

石门县地处湘鄂边陲，澧水中游，介于东经110°29′～111°33′、北纬29°16′～30°8′之间，总面积3 973 km2。总人口达70万人以上，其中农业人口在80%以上，是一个农业大县。石门县地处武陵山脉向洞庭湖滨湖平原过渡带上，地貌大体轮廓为北阔南窄，呈倒葫芦形。西北部地势较高，地表起伏大，有湖南最高的壶瓶山；而东南区域地势较平缓，河流较多，最低处海拔仅42 m。石门县处于中亚热带向亚热带过渡区，红-黄壤地带。土壤母质主要有板页岩、第四纪红色黏土、石灰岩和紫色砂、页岩。

1.2 数据来源与处理

1982年的土壤pH值数据来自第二次土壤普查的土壤剖面记载表，筛选出耕地的记录，将其录入为表格文件，剔除不合理的记录，最终选出6 099个样点。2007年的数据来源于石门县测土配方施肥数据库，这些样点是带有经纬度坐标信息的。地图数据来源于石门县的土地利用现状图和行政区划图。

1.3 研究方法

第二次土壤普查的调查数据没有带经纬度的位置信息，因此坐标难以确定，本研究中采取的方式是根据其村名称及土壤类型一致或相似与石门县耕地图斑进行连接，然后转换成点文件，再进行空间插值，制作成空间分布图。2007年的采样点有GPS定位，采用克里金插值方法来得到土壤pH值的空间分布图。然后求算2幅图的差值来得到土壤pH值的时空变化图。

对制作好的各图件和采样数据采取常规的统计学方法进行统计分析。其中pH值分级分为5级，pH值变化分为5级，如表1所示[3]。

2 耕地土壤pH值变化特征分析

2.1 石门县耕地土壤pH值变化总体情况

根据第二次土壤普查的剖面记载和测土配方施肥数据库的资料，得到1982年和2007年2个时期的石门县耕地pH值的采样点数据统计特征（表2）。可以看到，25年来石门县耕地pH平均值下降了0.5个单位，其中1982年呈正态分布，2007年呈偏正态分布，变异系数从0.13增加到了0.17，可以看出石门县耕地pH值有下降趋势。

由石门县2007年耕地pH值分布图（图1）和耕地变化等级图（图2）可以看到，石门县耕地分布不均衡，西北山地区面积小且较为零碎，而东南平原丘陵区分布面积大，选取耕地面积在1 000 hm2以上的乡镇进行统计，得到石门县耕地面积1 000 hm2以上乡镇耕地pH值等级分布表（表3）。可以看到除新铺乡、白云乡等个别外，其余的乡镇都表现为第二、第三级面积在扩大而第四级面积在减小。根据石门县耕地pH值变化等级图（图2），25年来石门县耕地pH值呈下降趋势，pH值下降的耕地面积占比例最高（图3），共有42.51%的耕地pH值在下降，而pH值上升的耕地只有19.95%。整体上虽然以弱酸性和中性为主，但局部地区也变化明显，酸性和弱酸性耕地面积在扩大。

2.2 不同土壤类型pH值的变化

根据不同的土壤类型统计图1和图2的属性表中不同pH值范围的面积，得到石门县不同土壤类型各pH值范围总面积占该土类的百分比（表4）。可以看到，红、黄壤，水稻土以酸性为主，其中红壤酸性比重较大，并且在2次调查间酸性面积在扩大，第二级面积由22.6%增加到了35.3%，第三级面积由30.6%增加到了37.9%，酸化趋势明显。黄壤主要是弱酸性和中性，而在2007年可以看到有明显的酸性增加。水稻土在各范围均有分布，但以酸性为主，其面积变化不大。潮土绝大部分为中性，并且在2次调查间没有明显变化。红色石灰土和黑色石灰土则以中、碱性为主，紫色土在各范围均有分布，但主要为中性和碱性，表明石门紫色土以碱性紫色土为主。

3 耕地土壤pH值时空变化原因分析

3.1 降雨导致土壤pH值变化

石门县的降水相对集中，主要在5—9月，降水量在1 000 mm以上。同时气温也较高，加剧了降水淋溶作用，从而加速了土壤酸化。在强降雨的影响下，由于水的作用土壤中的盐基离子向下淋溶，同时土壤吸附空气和水分中的氢离子，替代土壤淋溶的盐基离子。当土壤中的溶脱盐基不能被及时补给后，就会形成不饱和的酸性土壤[4]。随着土壤的水分循环，下层土壤中所含的铁、铝等离子随着水分运动带到耕作层，这些离子长时间在土壤表面富集，导致土壤酸化[5]。

3.2 环境的改变导致土壤pH值变化

随着近30年来经济的迅速发展，城市化、工业化进程加快，各式的环境问题也日益凸显[6]。造纸、化工、纺织、食品、石化等许多工业部门都会产生高浓度的碱性废水，加之大量含碳酸盐的灰尘沉降进入耕地土壤，使pH值略高于其他地区[7]。而工业“三废”中的酸性废物、汽车尾气等，通过水循环进入耕地，會造成pH值的下降[3]。

3.3 农业生产方式的变化造成土壤pH值变化

近25年来，粮食产量在不断提高，虽然这离不开各种种植技术的进步，但其中很重要的一点就是化肥的施用。在化肥的使用中，特别是主要成分为氯化钾、硫酸铵、氯化铵的酸性肥料，不能做到合理的投放，导致化肥滥用，土壤中的氮磷钾比例失调，造成土壤酸化。另外，秸秆还田也会造成土壤酸碱性的变化，其具体趋势还有待进一步的研究。

4 结语

在2个时期中，石门县耕地土壤pH值的分布以酸性和中性为主，这与其所处南方红壤地区有关系，但总体表现出酸性土壤面积扩大的趋势，有必要采取一定的对策来加以控制。

土壤pH值的变化受各种因素影响，不同的土壤类型酸碱变化的程度不一，潮土和紫色土的缓冲能力要强于水稻土和其他土壤，红壤的变化程度最大，酸性和弱酸性面积分布增加了12.7%和7.3%。

5 参考文献

[1] 王平.凤城市耕地土壤pH值的时空变化[J].农业装备与科技，2014，（11）：3-5.

[2] 李斯凡，马良程，高超.多目标区域地球化学调查的土壤pH分析方法及其应用浅析[J].土壤，2012，44（3）：525-528.

[3] 王志刚，赵永存，廖启林，等.近20年来江苏省土壤pH值时空变化及其驱动力[J].生态学报，2008（2）：720-727.

[4] 熊建成，周富忠.利川市耕地土壤酸化现状与对策[J].农业与技术，2015，35（19）：19-21.

[5] 李丽槐，代春玲.大理洱海湖滨区农田土壤pH值变化分析[J].现代农业科技，2013（2）：239-240.

[6] 蔡泽江，孙楠，王伯仁.长期施肥对红壤pH、作物产量及氮、磷、钾养分吸收的影响[J].植物营养与肥料学报，2011，17（1）：71-78.

[7] 郭治兴，王静，柴敏，等.近30年来广东省土壤pH值的时空变化[J].应用生态学报，2011，22（2）：425-430.