扬州市邗江区耕地土壤pH值时空演变

刘 燕，毛 伟，杨晓东，陈明波，高 晖，步学林

（1扬州市邗江区土壤肥料站，江苏扬州225009；2扬州市耕地质量保护站，江苏扬州225101；3扬州市邗江区公道农业综合服务中心，江苏扬州225119）

0 引言

土壤pH值是土壤重要属性，不仅影响耕地土壤肥力质量及土壤环境重要指标[1-5]，而且影响土壤中重金属的存在形态、有效性等[6-11]。土壤酸化在中国南方已相当严重[12-18]，已成为全社会关注的热点之一。扬州市邗江区是江苏省重要工业发展区域，耕地土壤酸化程度对耕地质量保护相当重要，但目前该区域的土壤酸化程度、演变规律、影响因素等都不清楚。本文将扬州市邗江区2014年采集的834个耕地土壤样品以及1984年第二次土壤普查样品（527个）进行比较，系统分析30年时空演变及主要影响因素，以期为土壤酸化防控提出科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

邗江地处江淮平原南端，位于东经119°43′—119°16′、北纬 32°13′—32°40′之间，位于江苏省中部，长江三角洲腹部，长江与淮河交汇处，西连南京，南临长江，北接淮水，中贯京杭大运河。属北亚热带温暖亚带与温和亚带的过渡性地带，四季分明，气候温和，年平均气温15℃，雨量充沛，年平均降水量1063.2 mm；无霜期223天；光照充足。邗江区内西北部属于镇扬丘陵地区，东南部为长江冲积平原。地貌类型可分丘陵、沿湖、高砂土、沿江4种（图1左）。成土母质可分为长江冲积物、湖相沉积物、下属黄土（图1中）。土壤类型主要有黄棕壤、潮土、水稻土、沼泽土4个土类，9个亚类，20个土属，37个土种（图1右）。

1.2 数据来源与处理

邗江区2014年耕地土壤样品采集以网格布点为主，并参照1984年第二次土壤普查采样点点位。调查内容主要为地貌类型、成土母质、土壤类型、施肥情况等属性信息（图2）。

确保数据的可比性，测定方法采用水土比2.5:1的pH计测定土壤pH值[19]。与土壤普查的测定方法保持一致，基于ArcGIS 10.1软件中的地统计模块进行空间插值生成土壤pH值分布图，应用SPSS 19统计学软件进行数据统计分析。参照《中国土壤》[20]对中国土壤酸碱度分级基础上将扬州市邗江区耕地土壤pH值分为5级，分别为Ⅰ级(＞7.5)、Ⅱ级(6.5～7.5)、Ⅲ级(5.5～6.5)、Ⅳ级(4.5～5.5)、Ⅴ级(＜4.5)。

图1 扬州市邗江区地貌（左）、成土母质（中）、土壤（土属）类型（右）

图2 1984、2014年扬州市邗江区土壤养分普查点分布图

2 结果与分析

2.1 土壤pH值描述性统计分析

由表1可见，研究区域2014年土壤pH值在pH 4.8～7.8之间，均值为pH 6.23，以偏酸性为主。比1984年土壤pH 6.23的平均值下降了0.88个单位，表明30年间耕地土壤pH值呈整体下降趋势。1984、2014年土壤pH值的分布类型表现为对数正态分布或正态分布，满足地质统计学理论中有关特征假设；经统计土壤pH值的变异系数差异不大，分别为3.24%、10%，反映2个时期土壤pH值总体数据相对稳定。

表1 不同时期耕层土壤pH值的统计特征值

2.2 土壤pH值空间分布特征

基于ArcGIS 10.1空间插值形成了不同年份的土壤pH值分布图（图3）和分布统计表（表2），结果表明邗江区1984年土壤pH值以Ⅱ级为主，占整个耕地面积的98.96%，2014年土壤pH值以Ⅱ、Ⅲ级为主，占整个耕地面积的92.66%。

2.3 土壤pH值时空演变

表3统计数据表明，1984、2014年邗江区土壤pH值均呈下降趋势，其空间分布格局基本不变，汊河镇最高，杨庙镇最低。为进一步研究区域土壤pH值变化趋势，采用叠置分析法[21]对1984、2014年土壤pH值空间分布图层进行比较分析（图4、表4）发现，1984—2014年30年间土壤pH值整体呈下降趋势，下降大于1个单位占研究区面积的41.65%，下降0～1个单位占研究区面积的53.54%；邗江区北部丘陵地区土壤pH值下降的比例大。

图3 1984—2014年扬州市邗江区土壤pH值分布图

表2 扬州市邗江区耕地土壤pH值分别变化情况

2.4 土壤pH值下降原因分析

2.4.1 酸雨对土壤pH值影响 酸性降雨是引起土壤pH值下降的一个重要因素[22-24]。在酸性降雨影响下，硫酸根离子、硝酸根离子是加速土壤酸化和盐基淋溶损失的主要阴离子，外源H+的进入会加速铝离子水解[23]，不但直接表现为活性酸度的增加，更主要的是表现为潜在酸度的增加[24]。邗江区2003年开始设立酸雨监测站。通过对2003—2014年酸雨数据分析可知（图5），邗江区降水pH值呈下降趋势，直接导致土壤酸化，是造成邗江区30年土壤pH值整体下降原因之一。

2.4.2 长期施用化肥对土壤pH值影响 长期大量施用酸性肥料会造成土壤pH值下降[25-26]。邗江区从20世纪80年代中后期就开始应用低含量复混肥，而这些低含量复混肥主要氯化钾、硫酸铵、过磷酸钙等生理酸性肥料。从图6可以看出，1984年以后邗江区化肥用量持续大幅度增加，2014年化学肥料投入量约14556 t，比1984年化肥用量增加了2.31倍；可见邗江区30年化肥投入量与土壤pH值变化呈高度的负相关，长期过量施用化肥是造成土壤pH值全面下降的主要原因之一，这与毛伟等[26]研究是一致的。

表3 邗江区主要乡镇不同年份土壤pH值平均值

图4 扬州市邗江区1984—2014年土壤pH值变化图

表4 扬州市邗江区1984—2014年土壤pH值变化统计表

图5 扬州市邗江区2003—2014年降雨的pH值变化

图6 扬州市邗江区1984—2014年化肥投入量

3 结论

研究结果表明，邗江区2014年土壤平均pH 6.23，空间分布以Ⅱ、Ⅲ级为主，占整个耕地面积的92.66%；比1984年下降0.88单位，1984年空间分布Ⅱ级为主；30年间耕地土壤pH值整体呈下降趋势。主要原因是酸性降雨及大量施用生理性酸性化学肥料。