黃褐土CEC影響因子分析

查理思，吳克寧，鞠 兵，王潔云

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083;2.國土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035)

土壤陽離子交換量(CEC)是土壤所吸附的可交換形態(tài)的陽離子總量，一般控制在pH值7條件下測定每千克土所含的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)(cmol/kg)。CEC是土壤的基本特性和重要肥力影響因素之一，它直接反映土壤保蓄、供應(yīng)和緩沖陽離子養(yǎng)分的能力，同時(shí)影響多種其它土壤理化性質(zhì)。因此，CEC常被作為土壤資源質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的重要依據(jù)[1]。

本文以黃褐土為研究對象，運(yùn)用多元回歸方法分析土壤質(zhì)地和pH對土壤CEC的相對貢獻(xiàn)大小，以期作為土壤改良、施肥重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

采點(diǎn)選擇了北亞熱帶濕潤區(qū)內(nèi)黃褐土分布代表性的南京、南陽和漢中。

南京地區(qū)屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.0～16.0℃，年降水量979.5～1 113 mm，蒸發(fā)量為1 563.2 mm，無霜期225 d，植被類型屬于落葉闊葉與常綠闊葉混交林。南京地貌特征屬寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵地區(qū)，以低山緩崗為主，西南部是皖南丘陵，東部是寧鎮(zhèn)山脈，東南部又有茅山山脈余支，長江自西南向東北流經(jīng)其境。挖掘土壤剖面1個，樣點(diǎn)基本情況見表1。

南陽盆地處在北亞熱帶邊緣大陸性季風(fēng)型氣候帶，冬季干寒，夏季炎熱多雨，光照充足，濕熱同期，年均溫14.9℃，降水量805.8 mm，蒸發(fā)量945 mm。植被類型屬于華北落葉闊葉林區(qū)。南陽盆地位于河南西南部，屬秦嶺地軸的南側(cè)，南襄凹陷北緣的一部分。北為伏牛山，東為桐柏山，西為肖山和尖山，南與襄樊盆地相連，為一向南開口的扇形山間盆地，盆地外緣為低山丘陵，邊緣分布著波狀起伏的崗地和崗間凹地，盆地中部為緩傾斜的洪積沖積和湖積平原，整個盆地具有明顯的環(huán)狀和階梯狀的地貌特征。挖掘土壤剖面3個，樣點(diǎn)基本情況見表1。

漢中地區(qū)在東亞季風(fēng)的影響下，是冬季極地大陸氣候與夏季熱帶海洋氣團(tuán)交匯的地區(qū)，在海拔800 m以下的平壩丘陵區(qū)具有北亞熱帶的氣候特征，海拔800 m以上的中低山區(qū)屬于暖溫帶。本區(qū)年平均氣溫變化在10～14.5℃，年降水量846～960 mm，無霜期246 d。植被類型屬北亞熱帶混生常綠闊葉樹種的落葉闊葉林帶。漢中盆地介于秦嶺與大巴山之間，從武侯鎮(zhèn)至洋縣的龍亭鋪，漢江橫貫盆地中央，構(gòu)成沖積平原，兩岸有四級階地，北岸階地寬廣。第一級階地和第二級階地由漢江沖積物組成，地形平坦，第三與第四級階地由紅色粘土和亞粘土組成，由于溝谷切割，階面破碎，第四級階地被侵蝕成為丘陵地貌。挖掘土壤剖面2個，樣點(diǎn)基本情況見表1。

表1 樣點(diǎn)基本情況Tab.1 Fundamental state of sampling point

1.2 測試方法[2－3]

CEC:乙酸銨(pH 7.0)交換法;土壤機(jī)械組成:用0.5N NaCO3煮沸分散，吸管法測定;土壤pH:比色法。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析方法與測試結(jié)果

本研究運(yùn)用多元線性回歸的方法，多元線性回歸的目標(biāo)是用2個或2個以上的不同變量值來預(yù)測1個變量值。在多元線性回歸中，被預(yù)測的變量稱為因變量，用來預(yù)測的變量稱為自變量。在此研究中，土壤CEC是因變量，砂粒、粉粒和粘粒的質(zhì)量百分比含量，水云母、高嶺石、蒙脫石和蛭石的質(zhì)量百分比含量和pH值為自變量。測試結(jié)果見表2。

2.2 CEC統(tǒng)計(jì)特征

由表3可以看出，土壤CEC變化范圍8.26～31.57 cmol/kg，平均值為19.46 cmol/kg，標(biāo)準(zhǔn)差僅為6.31 cmol/kg，說明樣本比較穩(wěn)定，各值間差異不大。變異系數(shù)為0.32，根據(jù)變異程度分級標(biāo)準(zhǔn)[4]，為中等變異性。偏度和峰度檢驗(yàn)值均較小，表明土壤CEC分布較均衡，呈正態(tài)分布。

表2 測試結(jié)果Tab.2 Test result

表3 土壤CEC統(tǒng)計(jì)特征值Tab.3 Statistical eigenvalues of soil CEC

2.3 土壤CEC與影響因子的相關(guān)性分析

利用軟件對表層土壤CEC(Y)與砂粒(X1)、粉粒(X2)、粘粒(X3)進(jìn)行線性回歸性分析。

從表4可以看出，土壤CEC與黏粒存在著顯著的正相關(guān)，這說明黏粒是吸附陽離子的主要來源;而與粉粒和砂粒存在顯著的負(fù)相關(guān)，即粉粒和砂粒含量的增加會使土壤CEC降低，這是因?yàn)榉哿：蜕傲：吭礁邉t相應(yīng)的黏粒含量就會越少，導(dǎo)致陽離子吸附量減少。

土壤CEC與pH值成顯著的正相關(guān)，這是因?yàn)殡S著pH值的升高，H+解離愈多，即可變負(fù)電荷數(shù)逐漸增多，土壤的陽離子交換量也隨之上升。

土壤中黏粒和CEC相關(guān)系數(shù)最大，其次為pH。說明黏粒、pH與CEC關(guān)系最為密切，其大小變化也最能反映CEC的變化。為了進(jìn)一步考察影響因子對CEC的影響程度，利用SPSS軟件對土壤CEC(Y)與影響因子X3－4進(jìn)行逐步回歸分析。

表4 土壤CEC與影響因子的相關(guān)關(guān)系Tab.4 Correlation s of Topsoil CEC with influence factor

表5 土壤CEC與黏粒含量和pH的回歸檢驗(yàn)Tab.5 Regression test of soil CEC with clay and pH

由表5可知，自變量黏粒含量和pH解釋了因變量CEC數(shù)值的方差的74.9%，決定系數(shù)R2大于基準(zhǔn)值0.6，因此認(rèn)為模型具有較好的解釋能力。表5第二列數(shù)據(jù)表明回歸模型、自變量都是顯著的，因?yàn)樗麄兊腟ig值都小于0.05。

將選取變量全部引入回歸方程，得到下面表達(dá)式:

式(1)可較為準(zhǔn)備地描述CEC與粉粒、黏粒含量和pH之間的關(guān)系。通常非標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)是用來預(yù)測得分的，而標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)則是用來對結(jié)果進(jìn)行描述的，要反映各個自變量對因變量CEC作用的大小，需要對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，即將原始數(shù)據(jù)減去相應(yīng)變量的均值后再除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差，得到標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程:

由標(biāo)準(zhǔn)化偏回系數(shù)可知，對CEC的貢獻(xiàn)能力依次為黏粒＞pH。黏粒對土壤CEC的貢獻(xiàn)最大，平均為pH的1.5～2.0倍，pH貢獻(xiàn)量僅次于黏粒，說明要提高土壤CEC，pH也是重要因素之一。

3 結(jié)論

在典型黃褐土分布區(qū)域一共采集6個樣品，利用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析可知土壤CEC屬中等變異性，土壤保肥能力多處于中等偏上水平。土壤CEC與黏粒有著顯著的正相關(guān)，而與砂粒和粉粒則存在顯著的負(fù)相關(guān)，其中黏粒與CEC的相關(guān)程度最大，pH其次。土壤中對CEC的貢獻(xiàn)能力依次為黏粒＞pH，黏粒的貢獻(xiàn)能力平均為粉粒的1.5～2.0倍。所采樣地區(qū)土壤CEC較高，這些地區(qū)土壤具有很大的開發(fā)潛力，經(jīng)過治理改良后，其生產(chǎn)水平可以大幅度提高。對于質(zhì)地較砂的土壤，通過深耕改土以及客土改良等措施來增加土壤細(xì)粒成分。對于酸化的土壤，通過適時(shí)增施石灰等措施改善土壤酸堿環(huán)境，提高 pH 值[5]。

[1]章明奎.土壤地理學(xué)與土壤調(diào)查技術(shù)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2011:59－60.

[2]張甘霖，龔子同.土壤調(diào)查實(shí)驗(yàn)室分析方法[M].北京:科學(xué)出版社，2012.

[3]中科院南土所土壤系統(tǒng)分類課題組.土壤實(shí)驗(yàn)室分析項(xiàng)目及方法規(guī)范[M].北京:科學(xué)出版社，1991.

[4]Ronald D Yockey.SPSS Demystified[M].New York:Prentice Hall，2010:215 －230.

[5]徐仁扣，趙安珍，姜軍.酸化對茶園黃棕壤CEC和粘土礦物組成的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20(10):1395－1398.