長(zhǎng)株潭耕地土壤pH值分布特征及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

彭育桐，周 清，馮 旖，吳婷華，張偉暢，楊 琪

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410125）

長(zhǎng)株潭耕地土壤pH值分布特征及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

彭育桐，周 清，馮 旖，吳婷華，張偉暢，楊 琪

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410125）

p H值是土壤重要屬性之一，研究耕地p H值的分布及其與土壤主要養(yǎng)分之間的關(guān)系，對(duì)土壤改良和合理高效施肥具有重要參考作用。研究利用統(tǒng)計(jì)分析以及地理空間分析技術(shù)，分析了長(zhǎng)株潭地區(qū)耕地土壤p H值分布情況，及不同p H值土壤養(yǎng)分含量的差異狀況。結(jié)果表明，長(zhǎng)株潭耕地p H值以湘潭縣最高，炎陵縣最低；土壤類型中的p H均值依序?yàn)椋鹤仙粒境蓖粒舅就粒军S壤＞紅壤＞黃棕壤；除有效磷外，各土壤養(yǎng)分在不同p H值組分間均有顯著差異。

長(zhǎng)株潭；耕地；p H；土壤養(yǎng)分

土壤的酸堿性是耕地重要理化指標(biāo)之一。隨著當(dāng)前工業(yè)化、城市化的進(jìn)程，工業(yè)廢水的排放、大氣煙塵的沉積、施肥方式以及酸雨等各方面因素的影響，都勢(shì)必造成耕地土壤pH值的變化。pH對(duì)水稻根系養(yǎng)分吸收機(jī)制有重要影響[1-2]，植煙區(qū)土壤pH很大程度上影響土壤養(yǎng)分的存儲(chǔ)與供給[3]，通過對(duì)長(zhǎng)江中下游水稻主產(chǎn)區(qū)湖南地區(qū)的長(zhǎng)株潭耕地pH分布特征及其與耕地土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系研究，能夠了解該區(qū)域土壤pH分布現(xiàn)狀及不同pH范圍土壤養(yǎng)分分布，為土壤改良、合理高效施肥及重金屬污染土壤治理提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域包括湖南省長(zhǎng)沙、株洲、湘潭三市，為國(guó)家兩型社會(huì)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)，位于26°03′N～28° 39′N、111°53′E～114°15′E之間，面積共2.8萬(wàn)km2。長(zhǎng)株潭是湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長(zhǎng)極，人口超過1 500萬(wàn)人，地區(qū)生產(chǎn)總值為10 539.19億元（2013年）。長(zhǎng)株潭處于中亞熱帶與北亞熱帶過渡地區(qū)的常綠闊葉林、紅-黃壤地帶[4]，亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，屬湘江下游河谷及丘陵帶。土壤母巖母質(zhì)主要為板頁(yè)巖風(fēng)化物、花崗巖風(fēng)化物和第四紀(jì)紅色粘土。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

圖件數(shù)據(jù)來源于湖南省2005年土地利用現(xiàn)狀圖（1∶50萬(wàn)）、湖南省行政區(qū)劃圖；采樣點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)來源于湖南省測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)庫(kù)。為確保采樣點(diǎn)屬性完整且具有代表性，按照行政區(qū)域、土壤類型、地形地貌、典型作物等，從湖南省測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出長(zhǎng)株潭地區(qū)采樣點(diǎn)12 234個(gè)，覆蓋所有行政村及每一個(gè)土種、每一種地形地貌和典型作物。

1.3 研究方法

對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的常規(guī)統(tǒng)計(jì)，利用地理空間分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，利用方差分析、多重比較分析土壤pH值等土壤屬性的分布空間差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 長(zhǎng)株潭耕地土壤pH值分布特征

2.1.1 長(zhǎng)株潭耕地pH值的空間分布 將長(zhǎng)株潭地區(qū)采樣點(diǎn)根據(jù)經(jīng)緯度在ArcGIS中生成點(diǎn)位圖（圖1），整體上采樣點(diǎn)在長(zhǎng)株潭地區(qū)耕地土壤中分布較為均勻。采樣點(diǎn)較密集的地方，耕地連片分布；采樣點(diǎn)較為稀疏的地方，多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)城區(qū)，尤其在長(zhǎng)株潭市區(qū)較為明顯。長(zhǎng)株潭地區(qū)樣本pH值如表1所示，將pH分為5個(gè)等級(jí)，即＜4.5為強(qiáng)酸性，4.5～5.5為酸性，5.5～6.5為弱酸性，6.5～7.5為中性，＞7.5為堿性。長(zhǎng)株潭耕地89.34%的采樣點(diǎn)pH值分布在4.5～6.5，說明長(zhǎng)株潭耕地土壤以酸性為主。各縣的pH值分布情況與長(zhǎng)株潭耕地基本一致，也都主要集中在4.5～6.5。各個(gè)縣的耕地土壤pH均值都在5.0～6.0之間變化，其中均值最高的為湘潭縣，為5.9，最低的炎陵縣，為5.1。

圖1 長(zhǎng)株潭耕地采樣點(diǎn)位圖

圖2 長(zhǎng)株潭耕地pH空間分布圖

表1 長(zhǎng)株潭地區(qū)各縣耕地土壤pH的分布

經(jīng)Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)分析，樣點(diǎn)pH值不服從正態(tài)分布，且針對(duì)低山丘陵的長(zhǎng)株潭地區(qū)，反距離權(quán)重法（IDW）內(nèi)插精度要優(yōu)于普通克里金內(nèi)插法（OK）[5]。利用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)模塊，選取IDW進(jìn)行空間插值，插值結(jié)果如圖2所示。結(jié)合表1可以看出，pH值分布高的地方主要集中在長(zhǎng)株潭市郊區(qū)、湘潭縣等地，由于城市化、工業(yè)化的進(jìn)程加快，造紙、化工、紡織、食品、石化等許多工業(yè)部門都會(huì)產(chǎn)生高濃度的堿性廢水，加之大量含碳酸鹽的灰塵和沉降進(jìn)入耕地土壤，使pH略高于其他地區(qū)[6]。偏低的地方主要集中在長(zhǎng)沙縣、望城縣、醴陵市、炎陵縣等地，除了受酸雨的影響外，人們不合理的農(nóng)作方式也是導(dǎo)致耕地土壤pH值下降的重要因素。化肥的主要成分為氯化鉀、氯化銨、過磷酸鈣，這些生理酸性肥料的長(zhǎng)期大量使用，易造成土壤pH值下降[7-8]。

2.1.2 不同類型土壤pH值分布 以土類為統(tǒng)計(jì)單元得到長(zhǎng)株潭耕地不同類型土壤的pH值分布（表2）。其中黃壤、黃棕壤、紅壤、水稻土pH值在4.5～5.5區(qū)間內(nèi)所占的樣本百分比最大，說明長(zhǎng)株潭耕地這幾種主要土壤中以酸性為主，且黃壤、黃棕壤的pH值變幅最小，分別為4.6～6.9、4.3～5.5，可能與樣本數(shù)較少有關(guān)；潮土pH值均＜7.5，主要分布在pH為4.5～7.5的區(qū)間內(nèi)；紫色土在各pH值分組內(nèi)均有不同程度的分布，但主要分布在pH值為6.5～7.5的區(qū)間內(nèi)，表明長(zhǎng)株潭耕地中紫色土主要以中性紫色土為主；水稻土為長(zhǎng)株潭耕地最主要土壤類型，其樣本數(shù)占總樣本的96.44%。其中又以紅黃泥（15.47%）、黃泥田（9.34%）、河砂泥（6.78%）、麻砂泥（6.78%）、青泥田（6.77%）、黃砂泥（4.33%）等潴育型水稻土和潛育型水稻土為主，以上6種土種的 pH均值分別為 5.59、6.02、5.49、5.19、6.18、5.52。

2.2 長(zhǎng)株潭耕地土壤養(yǎng)分分析

長(zhǎng)株潭耕地土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)如表3、表4所示，各養(yǎng)分的變化均有不同程度的差異，其中變異程度最大的為有效鋅，變異系數(shù)達(dá)141.95%，變異程度最小的為全磷，其變異系數(shù)為24.95%。按照湖南省養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可將土壤養(yǎng)分分為極低、低、適宜、高、極高5個(gè)等級(jí)。其中全磷、有效銅、有效鐵的含量都極豐富，其均值分別為1.08 g/kg、3.4mg/kg、108.78mg/kg，分布在極高水平的樣本均超過60%；速效鉀含量均值為94.80mg/kg，而湖南耕地養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中其適宜級(jí)別的范圍是120～180mg/kg，長(zhǎng)株潭耕地樣本中76.67%的樣本小于120mg/kg，因此速效鉀缺乏；堿解氮、有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀含量豐富，這4種養(yǎng)分含量在適宜與高這兩個(gè)等級(jí)內(nèi)所占的百分比均超過60%，其中全氮的占比高達(dá)90.77%；有效磷、有效鋅的含量適宜，其均值分別為18.35mg/kg、1.78mg/kg，適宜等級(jí)的樣本百分比分別為41.25%和65.39%，遠(yuǎn)高于其他等級(jí)。

表2 長(zhǎng)株潭耕地不同類型土壤pH值分布

表3 長(zhǎng)株潭耕地土壤養(yǎng)分均值與變幅

表4 長(zhǎng)株潭耕地土壤養(yǎng)分在不同等級(jí)的占比情況

2.3 長(zhǎng)株潭耕地土壤pH值與土壤養(yǎng)分關(guān)系

對(duì)長(zhǎng)株潭耕地采樣點(diǎn)耕地土壤pH值與土壤養(yǎng)分關(guān)系進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明土壤pH值分組后，土壤養(yǎng)分含量在組間均存在不同程度的差異。在此基礎(chǔ)上，對(duì)各土壤養(yǎng)分在不同組間的表現(xiàn)進(jìn)行多重比較，結(jié)果如表5所示。

在pH＞7.5的組分內(nèi)，堿解氮、有機(jī)質(zhì)、全氮的含量均達(dá)到最高，并且顯著高于 pH為 5.5～6.5及6.5～7.5時(shí)的值；但當(dāng)pH＞7.5時(shí)，有效鐵、有效鋅均最低，且顯著低于pH在4.5～7.5的其他組分的值；有效磷在不同pH組分間的均值無(wú)顯著差異。

3 結(jié)論

表5 不同pH值組間的土壤養(yǎng)分含量

（1）長(zhǎng)株潭耕地pH均值為5.5，pH分布較高的地方集中在長(zhǎng)株潭市郊區(qū)、湘潭縣等地，偏低的地方集中在長(zhǎng)沙縣、望城縣、炎陵縣等地，整體上呈酸性，除受成土母質(zhì)等土壤本身特性及酸雨影響外，人類活動(dòng)也是重要的影響因素。

（2）長(zhǎng)株潭耕地土壤類型中的pH均值依序?yàn)椋鹤仙粒?.33）＞潮土（5.98）＞水稻土（5.51）＞黃壤（5.47）＞紅壤（5.40）＞黃棕壤（4.89）。其中水稻土樣本數(shù)占總樣本的96.44%，在水稻土的幾種主要土種中，其pH均值高低順序?yàn)榍嗄嗵铮?.18）＞黃泥田（6.02）＞紅黃泥（5.59）＞黃砂泥（5.52）＞河砂泥（5.49）＞麻砂泥（5.19）。

（3）按照湖南省耕地土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)株潭地區(qū)耕地土壤全磷、有效銅、有效鐵含量都極豐富；速效鉀含量較為缺乏，其平均含量?jī)H為94.80mg/kg；除有效磷外，長(zhǎng)株潭耕地土壤養(yǎng)分在不同的pH組分內(nèi)均有顯著差異，土壤有效磷的均值雖然在各pH組分內(nèi)差異不顯著，但有隨pH增大而減小的趨勢(shì)。

[1]張聯(lián)合，李友軍，苗艷芳，等.p H對(duì)水稻離體根系吸收亞硒酸鹽生理機(jī)制的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2010，47（3）：523-528.

[2] 賈莉君，范曉榮，尹曉明，等.p H值對(duì)水稻幼苗吸收N O3-的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2006，12（5）：649-655.

[3]王小兵，周冀衡，李強(qiáng)，等.曲靖不同p H煙區(qū)土壤有效錳和煙葉錳含量的分布狀況分析[J].土壤通報(bào)，2013，44（4）：969-973.

[4]岳建華.長(zhǎng)株潭城市群土壤p H與重金屬污染的研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（2）：267-272.

[5]李增兵，趙庚星，趙倩倩，等.縣域耕地地力評(píng)價(jià)中土壤養(yǎng)分空間插值方法的比較研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（20）：230-236.

[6] 郭治興，王靜，柴敏，等.近30年來廣東省土壤p H值的時(shí)空變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22（2）：425-430.

[7] Gudmundsson T, Bjrnsson H, Thorvaldson G. Organic carbon accumulation and pH changes in an AndicGleysol under a longterm fertilizer experiment in Iceland[J]. Catena, 2004, 56∶213-224.

[8]魯艷紅，楊曾平，鄭圣先，等.長(zhǎng)期施用化肥、豬糞和稻草對(duì)紅壤水稻土化學(xué)和生物化學(xué)性質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（4）：921-929.

（責(zé)任編輯：盧紅玲）

Distribution of pH Value in Cultivated Land Soil and Its Relationship w ith Soil Nutrient of Chang-Zhu-Tan

PENG Yu-tong，ZHOUQing，F(xiàn)ENG Yi，WU Ting-hua，ZHANGWei-chang，YANGQi（College of Resources and Environment,Hunan Agricultural University,Changsha 410125,PRC）

pH is one of the most important soil properties.It can provide iMportant references for soil improvement and reasonable fertilization to study on relationship between the distribution of pH and soilnutrients.The cultivated soilpH and soil nutrientwereanalysed by statisticaland spatialanalysis technologyin Chang-Zhu-Tan area.The results showed that:pH value of soil saMples in Xiangtan County w ashighestand that inYanling Countyw as lowest.Theorder of soilpHmean value of soil typesw as purple soil＞alluvial soil＞paddy soil＞yellow soil＞red soil＞yellow brown soil.Soilnutrientshad significantdifferences in differentpH group exceptavailable phosphorus.

Chang-Zhu-Tan area;cultivated land;pH;soilnutrients

S158.3

A

1006-060X（2015）04-0057-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.04.019

2015-01-25

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BA D14B17）

彭育桐（1989-），男，湖南邵陽(yáng)市人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域的研究。

周 清