陳懷紅
(貴州省安順市西秀區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 土壤肥料站,貴州 安順 561000)
土壤酸化是指土壤吸收性復(fù)合體接收了一定數(shù)量交換性氫離子或鋁離子,使土壤中堿性(鹽基)離子淋失的過程[1],土壤酸化后會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生酸毒害[2]。由于人為活動(dòng)的影響,土壤的酸化進(jìn)程大大加快,土壤酸化問題普遍[3]。正常情況下,土壤pH 為5.5~7.5農(nóng)作物能正常生長(zhǎng),過酸或過堿土壤均會(huì)影響農(nóng)作物根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用[4]。目前,施用石灰是改良酸性土壤的常用方法,施用石灰等堿性物質(zhì)可有效改良土壤酸度[2]。謝會(huì)雅等[1]對(duì)中國(guó)南方土壤酸化原因及土壤酸性改良技術(shù)研究,總結(jié)了耕地土壤酸化治理技術(shù)措施等相關(guān)研究成果,指出土壤酸化治理的工作迫在眉睫。安順市西秀區(qū)在2011—2012年實(shí)施省、部級(jí)酸化土壤改良項(xiàng)目,采取施用石灰和土壤調(diào)理劑改良酸化土壤,同時(shí)開展了施用不同調(diào)理劑改良酸化土壤的試驗(yàn)研究,但目前針對(duì)安順市西秀區(qū)耕地土壤的pH 空間分布特征的相關(guān)研究較少。因此,應(yīng)用GIS 技術(shù)探究西秀區(qū)耕地土壤pH的空間分布特征,摸清土壤pH 變化趨勢(shì),充分掌握酸化土壤的分布情況和酸化程度,對(duì)安順市西秀區(qū)酸化土壤改良治理和防止土壤酸化有重要意義。
西秀區(qū)位于貴州省安順市中西部腹地,全區(qū)總面積為1 467.92 km2,總?cè)丝?7 萬(wàn)人[5]。土壤類型主要為山地黃棕壤、黃壤、石灰土、紫色土、水稻土、潮土、沼澤土等,共有27個(gè)亞類,87個(gè)土屬,142個(gè)土種[6]。
土壤樣品選擇4個(gè)年份的土壤pH 為研究對(duì)象,分別為1983年開展全國(guó)第二次土壤普查時(shí)采集的785 個(gè)樣本,次年進(jìn)行測(cè)樣分析,樣點(diǎn)標(biāo)注在紙質(zhì)圖件上,根據(jù)標(biāo)注信息結(jié)合地形圖、土壤圖等圖件在ArcGIS 10.0 操作平臺(tái)進(jìn)行樣點(diǎn)矢量化,獲取地理信息;2006年4 124 個(gè)樣本和2012年501 個(gè)樣本均來(lái)源于省部級(jí)測(cè)土配方施肥項(xiàng)目;2020年108 個(gè)樣本來(lái)源于省級(jí)耕地質(zhì)量等級(jí)變更調(diào)查評(píng)價(jià)與統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目,2006年、2012年、2020年三次采樣都使用GPS定位儀精確定位,當(dāng)年采樣,次年測(cè)試分析。
土樣采集均為先室內(nèi)規(guī)劃土樣采集點(diǎn)位,然后按點(diǎn)位圖確定采樣地塊,每個(gè)樣點(diǎn)采用S 形布點(diǎn)采樣,采集7~15 個(gè)分點(diǎn)樣品混合,用四分法取1 kg 土樣,采用電位法測(cè)定土壤pH。耕地資料矢量數(shù)據(jù)來(lái)源于自然資源部門。
中值是處于數(shù)據(jù)排列位置中間的觀測(cè)值;眾數(shù)是出現(xiàn)頻率最高的觀測(cè)值,中值與眾數(shù)均不受極端值影響[6]。平均值是樣本數(shù)據(jù)總體的代表值,反映總體的典型特征或水平,可以作為對(duì)樣本總體集中性的一種統(tǒng)計(jì)描述[7],參照土壤酸堿性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7],土壤pH 可劃分為5 個(gè)等級(jí),分別為強(qiáng)酸性土壤,pH<4.5;酸性土壤,4.5<pH<5.5;弱酸性土壤,5.5<pH<6.5;中性土壤,6.5<pH<7.5;弱堿性土壤7.5<pH<8.5。
應(yīng)用ArcGIS 10.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析模塊對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行Kriging 插值分析,選擇最優(yōu)模型擬合,繪制土壤pH空間分布圖[8],運(yùn)用空間分析模塊的區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能,提取土壤pH 各等級(jí)區(qū)域,計(jì)算面積。利用SPSS 21 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特征分析。
由表1 可知,1983年土壤pH 最小值為3.8,最大值為8.4,平均值為6.26;2006年土壤pH 最小值為3.8,最大值為8.3,平均值為5.98;2012年土壤pH 最小值為4.2,最大值為7.8,平均值為5.99;2020年土壤pH 最小值為4.3,最大值為7.1,平均值為5.92。2020年土壤pH 平均值比1983年降低0.34,比2006年降低0.06,比2012年降低0.07。從平均值看,四個(gè)年份的土壤總體為弱酸性土壤,其平均值、中值、眾數(shù)等比較接近,也反映了數(shù)據(jù)分布有集中性趨勢(shì)。
表1 不同年份的土壤pH統(tǒng)計(jì)特征
由圖1 可知,中性耕地土壤在1983年主要連片集中分布在北部,2020年零散分布在8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),弱酸性耕地土壤明顯擴(kuò)散到全區(qū)范圍。
圖1 土壤pH等級(jí)空間分布
由表2可知,2020年西秀區(qū)總耕地土壤面積為61 940 hm2,強(qiáng)酸性耕地土壤占比0.12%,酸性耕地土壤占比10.39%,弱酸性耕地土壤占比85.12%,中性耕地土壤占比4.37%;與1983年比較,經(jīng)過37年的變化,弱酸性耕地土壤占比增加36.25百分點(diǎn),中性耕地土壤減少31.77百分點(diǎn),酸性和強(qiáng)酸性耕地土壤分別減少2.37百分點(diǎn)、0.03百分點(diǎn);強(qiáng)酸性耕地土壤占比最小,弱酸性耕地土壤占比最大。從1983年到2020年,酸性和強(qiáng)酸性耕地土壤先上升后下降,酸性耕地面積從7 904.34 hm2下降到6 436.68 hm2;強(qiáng)酸性耕地面積從94.93 hm2下降到75.93 hm2;弱堿性耕地土壤從1 293.01 hm2逐漸減少到零;弱酸性耕地土壤逐漸增加,從30 267.13 hm2增加到52 722.66 hm2;中性耕地土壤逐漸減少,面積從22 380.59 hm2下降到2 704.73 hm2。
表2 不同年份的土壤pH耕地面積
西秀區(qū)耕地土壤經(jīng)過37年的耕種,土壤酸堿性發(fā)生了較大變化,其中,弱酸性耕地土壤從30 267.13 hm2增大到52 722.66 hm2,其占比增加36.25 百分點(diǎn);中性耕地土壤從22 380.59 hm2減少到2 704.73 hm2,其占比減少31.77 百分點(diǎn)。西秀區(qū)酸性土占比10.39%;弱酸性土占比85.12%,耕地土壤向酸化發(fā)展。因此,為減緩西秀區(qū)的土壤酸化,應(yīng)充分利用測(cè)土配方施肥項(xiàng)目技術(shù)成果,大力推廣測(cè)土配方施肥技術(shù),根據(jù)土壤酸化程度分別采取技術(shù)措施;由于強(qiáng)酸性耕地土壤數(shù)量少,可采取施石灰或土壤調(diào)理劑的方法,力求短期內(nèi)改良強(qiáng)酸性耕地土壤;積極開展試驗(yàn)研究,探索高效的治理技術(shù)模式,力求在維持生產(chǎn)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提升土壤pH。