湖南省柑橘園土壤pH 值空間變異特征、成因及養(yǎng)分有效性

摘要： 【目的】研究湖南省柑橘園土壤pH 值的空間變異特征、影響因素及主要養(yǎng)分的有效性，為減緩柑橘園土壤酸化，提升土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā勘狙芯恳院鲜?8 個(gè)柑橘重點(diǎn)縣的15722 個(gè)柑橘園土壤為對(duì)象，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)、相關(guān)性分析、結(jié)構(gòu)方程模型等方法，探究了湖南省柑橘園土壤pH 值的空間變異特征，分析了土壤pH 值對(duì)地理、氣候、土壤性質(zhì)等因子的響應(yīng)，并研究了土壤pH 值對(duì)土壤氮、磷、鉀有效性的影響?！窘Y(jié)果】湖南省柑橘園土壤pH 值范圍為3.00～8.50，均值為5.58，變異系數(shù)為18.06%，空間變異為中等程度。最適合柑橘生長(zhǎng)的弱酸性土壤面積占44.35%，而酸性、強(qiáng)酸性、中性和堿性土壤分別占48.92%、1.69%、4.95% 和0.08%。通過Pearson 相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤pH 值與降水量呈顯著正相關(guān)（Plt;0.05），與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），而與氣溫、堿解氮和有效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（Plt;0.01）。結(jié)構(gòu)方程模型模擬結(jié)果表明，土壤類型與成土母質(zhì)是解釋土壤pH 值空間變異的主導(dǎo)因子。除少量強(qiáng)堿性土壤中堿解氮和有效磷含量處于較低水平外，柑橘園土壤各酸度等級(jí)土壤中的堿解氮、有效磷和速效鉀含量皆處于適宜水平?！窘Y(jié)論】由于特有的土壤類型和成土母質(zhì)，湖南省柑橘園超過一半（50.61%） 的土壤處于過酸狀態(tài)（酸性和強(qiáng)酸性）。湖南省柑橘園土壤速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量基本處于適宜水平，因此，應(yīng)重視改善土壤酸性。

關(guān)鍵詞： 柑橘園土壤； pH 值； 空間特征； 成土母質(zhì)； 地理因素； 速效養(yǎng)分

湖南省是中國(guó)柑橘種植適宜區(qū)，2018 年全省柑橘種植面積為38.4 萬hm2，產(chǎn)量達(dá)528.6 萬t，居全國(guó)第二，在全國(guó)乃至全世界都享有盛譽(yù)[1]。土壤酸堿度是土壤肥力和柑橘生長(zhǎng)的限制因子之一，在土壤質(zhì)量、土壤養(yǎng)分有效性和植物根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收能力等方面起著至關(guān)重要的作用，從而影響柑橘品質(zhì)和產(chǎn)量[2?3]。研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)柑橘園的土壤酸化普遍發(fā)生在湖南省[2]、廣東省[4]和福建省[5]等主要柑橘產(chǎn)區(qū)。其中，柑橘園土壤酸化導(dǎo)致土壤養(yǎng)分有效性降低[6]，造成湖南省大多數(shù)果園土壤營(yíng)養(yǎng)不平衡[7]。大量研究表明，海拔、地形、氣候、成土母質(zhì)與土壤類型等因素均對(duì)土壤pH 值有顯著影響[8?10]。劉雪松等[11]對(duì)贛南地區(qū)土壤酸堿度空間變異的研究發(fā)現(xiàn)，成土母質(zhì)是影響土壤pH 值的主要因子，表現(xiàn)為沉積巖發(fā)育的土壤pH 值顯著高于火成巖。Srivastava 等[12]對(duì)全球柑橘園土壤肥力退化與植物營(yíng)養(yǎng)狀況的統(tǒng)計(jì)分析表明，土壤類型對(duì)柑橘園土壤pH 值的影響較大。Wang 等[13]對(duì)三峽水庫區(qū)秭歸縣柑橘園的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，果園各季節(jié)土壤pH 值均隨海拔升高而降低。與此同時(shí)，已有的研究多集中在我國(guó)村級(jí)或縣域等較小的空間區(qū)域，對(duì)較大規(guī)模柑橘園產(chǎn)區(qū)土壤pH 值空間變異和成因分析的研究很少。因此，探究湖南省土壤pH 值的空間變異及其影響因素對(duì)柑橘園土壤改良有重大意義。

柑橘是一種常綠多年生植物，對(duì)氮（N）、磷（P）和鉀（K） 等大量營(yíng)養(yǎng)元素有很高的需求量，土壤缺氮抑制葉片和莖稈的生長(zhǎng)，導(dǎo)致果實(shí)產(chǎn)量逐漸下降[14]。缺磷導(dǎo)致柑橘產(chǎn)量降低[15]。缺鉀造成柑橘果實(shí)葡萄糖、果糖和可溶性糖含量降低[16]。曹勝等[2]和Chen 等[7]研究表明，柑橘園土壤堿解氮、速效鉀與有效磷的含量受土壤pH 值的影響較大，導(dǎo)致多數(shù)果園土壤大量元素的有效態(tài)養(yǎng)分含量處于缺乏狀態(tài)[17]。唐志文等[18]在新寧縣采集并調(diào)查了402 個(gè)土壤樣品，通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)土壤速效鉀含量隨土壤pH 值的升高而增加，但土壤有效磷含量隨土壤pH 值的升高而降低。所以，揭示湖南省柑橘園土壤速效養(yǎng)分對(duì)土壤pH 值的響應(yīng)機(jī)制，可以為提升柑橘園土壤肥力、增加速效養(yǎng)分有效性與化肥減施增效提供依據(jù)。

因此，本研究以湖南省38 個(gè)重點(diǎn)柑橘縣（市） 的15722 個(gè)柑橘園土壤為研究對(duì)象，從地形因子、氣候條件和成土因子3 個(gè)方向，基于克里金插值、相關(guān)性分析和結(jié)構(gòu)方程模型分析，揭示湖南省柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤pH 值的空間變異性和驅(qū)動(dòng)因子，探尋柑橘園速效養(yǎng)分與土壤pH 值的關(guān)系，為柑橘園土壤管理、土壤肥力提升、柑橘果品質(zhì)量提高提供科學(xué)指導(dǎo)與理論依據(jù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)地理分區(qū)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)宏觀決策的制定具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

湖南省地處中國(guó)中部，東經(jīng)108°47′～114°15′，北緯24°38′～30°08′，擁有14 個(gè)地州市，122 個(gè)縣級(jí)區(qū)劃，總面積約為21.18 萬km2。境內(nèi)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為16℃～19℃，年平均降水量為1300～1600 mm，年日照為1300～1800 h，無霜期為253～311 天，冬季1 月平均溫度在4℃ 以上，日均溫度在0℃ 以下的天數(shù)不到10 天；海拔500～1000 m，地勢(shì)呈三面環(huán)山、朝北開口的馬蹄形地貌。

湖南省柑橘產(chǎn)區(qū)集中分布在常德、湘西、懷化、邵陽、永州、郴州、張家界7 個(gè)市州38 個(gè)重點(diǎn)縣（國(guó)家柑橘優(yōu)勢(shì)區(qū)重點(diǎn)縣25 個(gè)），本研究依據(jù)2007年《湖南省各縣（市區(qū)） 耕地地力評(píng)價(jià)區(qū)域分布表》將38 個(gè)柑橘重點(diǎn)縣劃分為湘中湘東區(qū)、湘南區(qū)、湘西南區(qū)和湘北洞庭湖區(qū)4 個(gè)地區(qū)（圖1A）。

1.2 樣品采集與分析

本研究依托國(guó)家柑橘體系與測(cè)土配方施肥與耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)項(xiàng)目，采集并收集了2015—2021 年的湖南省4 個(gè)區(qū)域38 個(gè)柑橘重點(diǎn)縣的柑橘園土壤樣點(diǎn)數(shù)據(jù)共計(jì)15722 個(gè)（表1、圖1B）。按照每個(gè)果園具體面積，隨機(jī)多點(diǎn)采集 0—40 cm 土壤樣品，混勻后采用四分法分取1 kg 左右土樣帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，除去根、葉、石塊，磨細(xì)，分別過2 mm 和0.149 mm篩，然后進(jìn)行土壤相關(guān)指標(biāo)的分析。

土壤樣品測(cè)定參照鮑士旦[19]的方法。土壤pH 值采用電位法測(cè)定；土壤堿解氮采用擴(kuò)散法測(cè)定；土壤有效磷采用Olsen 法測(cè)定；土壤速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)源

選擇Landsat 8 遙感影像為數(shù)據(jù)源提取湖南省38 個(gè)柑橘重點(diǎn)縣柑橘果園的空間分布圖，引入數(shù)字高程模型（DEM） 作為地理輔助數(shù)據(jù)，通過模型的高程、坡度、坡向等因子來描述研究區(qū)域的地形地貌特點(diǎn)。DEM 數(shù)據(jù)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（https：//glovis.usgs.gov/），空間分辨率為30 m。湖南省氣象數(shù)據(jù)（氣溫，降水量） 源于世界氣象數(shù)據(jù)庫（http：//www.worldclim.org/），氣象數(shù)據(jù)空間分辨率1 km，用于提取湖南省近30 年的平均氣溫、年降水量數(shù)據(jù)。成土母質(zhì)與土壤類型數(shù)據(jù)源于第二次全國(guó)土壤普查1∶50000 的湖南省土壤圖（http：//www.soilinfo.cn/map/index.aspx）。

1.4 指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

柑橘園土壤pH 值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)2019 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)保護(hù)中心印發(fā)的《湖南省耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》而定：pH≤4.5 （強(qiáng)酸性），4.5～5.5 （酸性），5.5～6.5 （弱酸性），6.5～7.5 （中性），7.5～8.5 （堿性），gt;8.5 （強(qiáng)堿性）。坡度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)1984 年中國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)頒發(fā)的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》而定：≤2° （一般無水土流失）、2°～6° （輕度土壤侵蝕）、6°～15° （易發(fā)生中度水土流失）、15°～25° （水土流失嚴(yán)重）、gt;25°（限制開荒）。坡向分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)方位角劃分：135°～225° （陽坡）、225°～315° （半陽坡）、45°～135° （半陰坡）、0°～45°與315°～360° （陰坡）。將海拔高度按自然斷點(diǎn)法分為：0～85、85～170、170～255、255～340、340～425、425～490 m；年均氣溫劃分為：15.5℃～1 6℃、1 6℃～1 6 . 5℃、1 6 . 5℃～1 7℃、1 7℃～17.5℃、17.5℃～18℃、18℃～18.5℃；年均降水量劃分為：1180～1260、1260～1340、1340～1420、1420～1500、1500～1580、1580～1660 mm。養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照魯劍巍[20]的研究方法（表2）。同時(shí)分別統(tǒng)計(jì)不同指標(biāo)對(duì)應(yīng)級(jí)別中土壤pH 平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

1.5 結(jié)構(gòu)方程模型

結(jié)構(gòu)方程模型（structural equation model，SEM），基于變量的協(xié)方差矩陣來分析變量之間關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)方法，是多元數(shù)據(jù)分析的重要工具。相關(guān)性分析得到的相關(guān)系數(shù)并不能表明因果關(guān)系，但是結(jié)構(gòu)方程模型卻能通過假設(shè)影響路徑，對(duì)復(fù)雜的多變量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有效揭示變量之間的直接間接因果關(guān)系[21]。在SEM 模型中，總效應(yīng)包括直接效應(yīng)和間接效應(yīng)，其中間接效應(yīng)的強(qiáng)度等于變量之間直接效應(yīng)的路徑系數(shù)的乘積，所有直接效應(yīng)與間接效應(yīng)的總和是總效應(yīng)強(qiáng)度。使用卡方檢驗(yàn)（χ2） 評(píng)估模型的擬合效果，當(dāng)Pgt;0.05，各參數(shù)中，χ2 /dflt;3，GFIgt;0.9，AGFIgt;0.9，RMSERlt;0.08 時(shí)，SEM 擬合效果較為理想[22]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016、SPSS 230 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析（ANOVA，Games-Howell 法），使用ArcGIS 10.6軟件進(jìn)行普通克里金插值法繪制土壤屬性空間分布圖，利用Amos 24 進(jìn)行結(jié)構(gòu)方程模型分析，采用Origin 2018 軟件作圖。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析之前，使用三倍標(biāo)準(zhǔn)差法（閾值法） 剔除異常值。

2 結(jié)果與分析

2.1 柑橘園土壤pH 值統(tǒng)計(jì)特征

統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖2） 表明，湖南省柑橘園主產(chǎn)區(qū)土壤pH 值分布較為集中，服從偏正態(tài)分布，符合地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的要求。湖南省pH 值的變幅為3.00～8.50，均值為5.58，變異系數(shù)為18.06%，屬于中等程度的空間變異。各地區(qū)土壤pH 值除湘北洞庭湖區(qū)與湘西南區(qū)外差異顯著，平均值由大到小為：湘東湘中區(qū)（5.70）gt;湘西南區(qū)（5.61）gt;湘北洞庭湖區(qū)（5.52）gt;湘南區(qū)（5.50），均為弱酸性。其中，湘東湘中區(qū)與湘西南區(qū)土壤pH 均值顯著高于湖南省柑橘園土壤pH 均值，而湘北洞庭湖區(qū)與湘南區(qū)顯著低于全省pH 均值。從變異系數(shù)可知，各地區(qū)土壤pH 值具有中等變異水平（15.78%～19.22%），其中湘西南區(qū)變異系數(shù)高于其他地區(qū)，說明該地區(qū)受到的干擾因素最為強(qiáng)烈。

2.2 柑橘園土壤pH 值的空間分布

由圖3 可知，湖南省柑橘園主產(chǎn)區(qū)大部分土壤呈酸性和弱酸性，面積共計(jì)189670 hm2，占比為93.3%，土壤普遍偏酸；其中，柑橘最適生長(zhǎng)在弱酸性土壤中，其分布面積為90191 hm2，面積占比為44.35%，主要分布于湘東中區(qū)、湘南區(qū)和湘西南區(qū)，以湘西南分布面積最廣（34648 hm2），湘東中區(qū)面積占比最高（62.8%）；酸性土壤分布面積為99479 hm2，面積占比為48.92%，重點(diǎn)分布于湘南區(qū)、湘西南區(qū)和湘北洞庭湖區(qū)， 以湘西南的分布面積最大（33469 hm2 ），湘南與湘北洞庭湖區(qū)面積占比最高（分別占59.2% 和59.2%）；不適宜柑橘生長(zhǎng)的強(qiáng)酸性土壤面積為3439 hm2，占總面積1.69%，主要分布在湘中東和湘西南區(qū)， 湘西南區(qū)面積和占比最大（2952 hm2，3.73%）；中性土壤的面積為10064 hm2，占總面積的4.95%，以湘西南區(qū)分布面積和占比最大（7990 hm2，10.08%）；堿性土壤面積僅有167.8 hm2，占總面積的0.08%，全部分布于湘西南區(qū)；各地區(qū)未有強(qiáng)堿性土壤分布。因此，柑橘園的堿性、中性土壤占比最少，有94.96% 的土壤為酸性土壤（土壤pH 值 lt;6.5），其中超過一半（50.6%） 的土壤處于過酸狀態(tài)（酸性和強(qiáng)酸性） 不利于柑橘生長(zhǎng)。同時(shí)Chen等[4]于2011—2019 采集361 個(gè)湖南省柑橘園土壤樣品，研究也發(fā)現(xiàn)79.0% 的臍橙園土壤pH 值（3.56～8.12） 和74.7% 的普通甜橙園土壤pH 值（2.75～8.15）發(fā)生了土壤酸化。由此說明研究區(qū)土壤酸化較為嚴(yán)重。

2.3 湖南省柑橘園地形因子與氣候因子

如圖4 所示，研究區(qū)地形以山地丘陵為主，海拔總體沿西北與東南向中部逐漸降低，海拔落差較大。而降水量由北到南逐步增加。

由圖5 可見，湖南省柑橘園土壤pH 均值總體上隨海拔高度的上升呈先下降后升高的趨勢(shì)。而土壤pH 均值隨坡度的上升呈先下降后上升的勢(shì)態(tài)，且不同坡度等級(jí)間柑橘園土壤pH 均值差異較大。不同坡向下土壤pH 均值無明顯變化規(guī)律，陰坡土壤pH 均值最高（5.37），半陽坡與半陰坡土壤pH 均值最低（5.34），二者相差僅0.03，說明坡向?qū)H 值的影響并不大。土壤pH 均值整體隨氣溫的升高呈降低趨勢(shì)，隨降水量的增加呈升高趨勢(shì)。說明氣溫與降水量能一定程度影響土壤pH 均值。

2.4 湖南省柑橘園成土母質(zhì)與土壤類型

湖南省柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤母質(zhì)共7 種類型，分別為第四紀(jì)紅色黏土、花崗巖風(fēng)化物、板頁巖風(fēng)化物、砂巖風(fēng)化物、石灰?guī)r風(fēng)化物、紫色砂頁巖風(fēng)化物、河湖沖（沉） 積物（圖6A）；土壤類型主要為7 類，分別為紅壤、黃壤、紅色石灰土、黑色石灰土、紫色土、潮土和水稻土（圖6B）。不同成土母質(zhì)土壤pH 值范圍為5.11～5.60 （圖6C），不同土壤類型下土壤pH 值范圍為5.20～6.31 （圖6D）。其中，7 種成土母質(zhì)中pH 值差異顯著，依次為：石灰?guī)r風(fēng)化物（5.60）gt;河湖沖（沉） 積物（5.47）gt;紫色砂巖風(fēng)化物（ 5 . 4 3 ） gt;板頁巖風(fēng)化物（ 5 . 2 3 ） gt;第四紀(jì)紅色黏土（5.16）gt;砂巖風(fēng)化物（5.15）gt;花崗巖風(fēng)化物（5.11），僅第四紀(jì)紅色黏土的土壤pH 值與砂巖風(fēng)化物的土壤pH 值差異不顯著。其中，僅石灰?guī)r風(fēng)化物土壤屬于弱酸性土壤，其他母質(zhì)土壤均屬于酸性土壤。類似地，7 種土壤類型間pH 值差異顯著，依次為：黑色石灰土（6.31）gt;紅色石灰土（6.15）gt;潮土（5.49）gt;紫色土（5.43）gt;水稻土（5.27）gt;紅壤（5.25）gt;黃壤（5.20）。

2.5 湖南省柑橘園土壤pH 值與影響因子相關(guān)性分析

Pearson 相關(guān)性分析可以有效地反映土壤pH 值與影響因子之間的關(guān)系。如表3 所示，土壤pH 值與降水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.05），和速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01）；氣溫、堿解氮、成土母質(zhì)、土壤類型和有效磷與土壤pH 值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系 （Plt;0.01）。而海拔高度、坡度和坡向與pH 值無顯著相關(guān)性。

2.6 湖南省柑橘園土壤pH 值和影響因素的結(jié)構(gòu)方程模型

進(jìn)一步揭示因子間相互作用，探索影響因子對(duì)土壤pH 值的直接和間接影響，我們使用了結(jié)構(gòu)方程模型分析（圖7）。模型的適配度檢驗(yàn)結(jié)果顯示：χ2 =0.324，df=2，P=0.850，GFI=1.000，AGFI=1.000，RMSEA=0.000，說明本研究中模型和數(shù)據(jù)的適配度較高、擬合情況理想，可以滿足研究和分析的要求。結(jié)果顯示，降水量、氣溫和海拔高度對(duì)土壤pH 值有直接和間接影響，土壤類型主要為直接影響，而成土母質(zhì)主要通過影響土壤類型進(jìn)而影響柑橘園土壤pH 值，其他因子對(duì)土壤pH 值的影響不顯著（圖7）。計(jì)算各因子對(duì)土壤pH 值的間接效應(yīng)和總效應(yīng)，其中間接效應(yīng)的強(qiáng)度等于變量之間直接效應(yīng)的路徑系數(shù)的乘積，所有直接效應(yīng)與間接效應(yīng)的總和為總效應(yīng)強(qiáng)度。間接效應(yīng)結(jié)果顯示成土母質(zhì)、海拔高度、降水量與氣溫依次對(duì)土壤pH 值有極顯著效應(yīng)，系數(shù)分別為?0.20、0.17、?0.10 和0.10 （Plt;0.01）；總效應(yīng)結(jié)果表明土壤類型、成土母質(zhì)和氣溫分別對(duì)土壤pH 值有極顯著負(fù)效應(yīng)，系數(shù)分別為?0.27、?0.20和?0.07 （Plt;0.01）；降水量對(duì)土壤pH 值有極顯著正效應(yīng)（Plt;0.01）。而海拔高度對(duì)土壤pH 值的直接與間接效應(yīng)相互抵消，總效應(yīng)為0.00 （Plt;0.01），與相關(guān)性分析結(jié)果一致。因此土壤類型與成土母質(zhì)是本研究因子中解釋湖南省柑橘園土壤pH 值空間變異的主導(dǎo)因子。

2.7 湖南省柑橘園土壤pH 值與速效養(yǎng)分含量變化趨勢(shì)分析

柑橘園土壤養(yǎng)分狀況是制定果園土壤管理和施肥方案的重要依據(jù)之一，了解土壤pH 值對(duì)速效養(yǎng)分的影響對(duì)優(yōu)化施肥管理有重要作用。相關(guān)性分析結(jié)果表明，研究區(qū)堿解氮、有效磷含量與土壤pH 值存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（?0.062**和?0.137**），速效鉀含量與土壤pH 值存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（0.063**）。由圖8 可見，按柑橘土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將土壤pH 值分為6 級(jí)（強(qiáng)酸性、酸性、弱酸性、中性、堿性和強(qiáng)堿性） 統(tǒng)計(jì)速效養(yǎng)分含量，并進(jìn)行不同土壤pH 值分級(jí)間速效養(yǎng)分含量的顯著性檢驗(yàn)，顯示湖南省柑橘園土壤堿解氮與有效磷含量處于較低與適宜水平，并以適宜水平為主，而速效鉀含量皆處于適宜水平。其中，隨酸度等級(jí)降低，堿解氮與有效磷含量顯著降低，在強(qiáng)堿性時(shí)處于養(yǎng)分含量較低水平；而速效鉀含量整體呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)湖南省的柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤pH 值范圍在3.00～8.50，均值為5.58，處于柑橘類作物生長(zhǎng)的最佳土壤pH 值范圍（5.5～6.5）[23]，比較適宜柑橘生長(zhǎng)。具體表現(xiàn)為湘中湘東地區(qū)大約62.57% 的果園土壤為弱酸性，土壤酸堿度適宜柑橘生長(zhǎng)。其中，新寧縣的柑橘種植面積最大（52.27%），是我國(guó)四大出口臍橙生產(chǎn)基地之一[24]，這充分說明了優(yōu)質(zhì)果品與土壤酸堿度是密不可分的。但超過一半（57.83%） 的采樣點(diǎn)以及50.61% 的面積土壤pH 值lt;5.5，處于酸性至強(qiáng)酸性環(huán)境中，主要分布在湘南區(qū)與湘西南區(qū)。盡管柑橘在酸性和弱酸性土壤中均能生長(zhǎng)，但長(zhǎng)期在強(qiáng)酸性環(huán)境中，土壤容易發(fā)生板結(jié)，透氣性變差，根系長(zhǎng)期處于缺氧狀態(tài)，易引起樹體發(fā)育不良[25]。因此，湖南省柑橘主產(chǎn)區(qū)土壤pH 偏酸性的特點(diǎn)，已成為制約柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素。探索湖南省柑橘園主產(chǎn)區(qū)土壤pH 值的影響因素，加強(qiáng)對(duì)果園土壤的酸化治理具有重要意義。量化區(qū)域土壤pH 值的空間異質(zhì)性并揭示異質(zhì)性形成的主要驅(qū)動(dòng)因子，可以有針對(duì)性地進(jìn)行土壤改良[26]。木合塔爾·艾買提等[27]基于山地丘陵交錯(cuò)地帶研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH 值在空間上存在一定的分布差異，受自然因素和人為因素的共同作用。本研究結(jié)果顯示各地區(qū)柑橘園土壤pH 值的變異系數(shù)為15.78%～19.22%，表明柑橘園土壤pH 值具有中等程度的空間變異性，因此湖南省柑橘園土壤pH 值空間變異是結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素綜合作用的結(jié)果。吳正祥等[28]研究發(fā)現(xiàn)成土母質(zhì)、海拔高度是十堰市耕層土壤pH 值空間變異的主控因素。在本研究結(jié)果中，不同土壤類型與成土母質(zhì)間土壤pH 值也具有顯著性差異；且結(jié)構(gòu)方程模型表明各影響因素中，土壤類型是土壤pH 值最重要的影響因素，其總效應(yīng)最強(qiáng)（0.27）。其次為成土母質(zhì)，其總效應(yīng)為0.20。這主要是由于不同的土壤類型具有不同的成土條件和發(fā)育過程，從而影響土壤的物理結(jié)構(gòu)與鹽基物質(zhì)組成，導(dǎo)致土壤pH 值具有較大差異[29?30]。本研究中，黑色石灰土與紅色石灰土屬于適宜柑橘生長(zhǎng)的弱酸性土壤，是因?yàn)槭規(guī)r發(fā)育的土壤比較厚，土壤粘接性極強(qiáng)，大部分為塊狀結(jié)構(gòu)，土壤具有很強(qiáng)的緩沖酸化能力[8]，主要集中在湘西南區(qū)的西部及中部地區(qū)。紫色土發(fā)育于紫色砂巖，在鹽基物質(zhì)的輕度淋失和母質(zhì)不斷風(fēng)化的快速補(bǔ)充作用下，土壤的鹽基飽和度較高，pH 值較高[28]，在湘西南區(qū)中部和東部以及湘北洞庭湖區(qū)中部地區(qū)分布較多。而紅壤在高溫多雨條件下經(jīng)礦物加速風(fēng)化、鹽基大量淋失及脫硅富鋁化形成的發(fā)育程度較高的土壤，呈酸性[31]，在湖南省柑橘園的面積高達(dá)61.68%，主要分布在湘東湘中區(qū)南部和西南部、湘北洞庭湖區(qū)中部和東北部、湘西南區(qū)西北部和東南部以及湘南區(qū)的大部分地區(qū)；同時(shí)，黃壤的發(fā)育程度較深，淋溶作用劇烈，土壤酸度高，呈酸性至強(qiáng)酸性反應(yīng)[29]，但在湖南省柑橘園中分布面積較少（3.21%）。此外，水稻土的生境對(duì)土壤酸度有特殊的緩沖作用，具有一定的弱酸緩沖能力[32?33]，其酸度顯著低于黃壤與紅壤。因此在柑橘園管理時(shí)，針對(duì)土壤較酸的紅壤地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)酸化治理。同樣地，土壤pH 值對(duì)母質(zhì)具有一定繼承性，不同母質(zhì)導(dǎo)致土壤pH 值呈現(xiàn)顯著性差異[34]。一般砂巖、板頁巖、花崗巖風(fēng)化過程比較完全，處于脫硅富鋁化階段時(shí)大量鹽基離子淋失，致使土壤呈酸性[35]；而石灰?guī)r、紫色砂巖、河湖沖（沉） 積物多發(fā)育為堿性土壤，但卻在本研究中屬弱酸性或酸性，這與果園長(zhǎng)期單施化肥、柑橘自身根部分泌酸和酸沉降等因素有關(guān)[36?37]。2010—2018 年多年柚園調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，過量施用化肥引起土壤鹽基離子的淋失，導(dǎo)致H+產(chǎn)生量急劇增加，造成土壤pH 值持續(xù)下降[38]。研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，高溫高降雨，土壤侵蝕和養(yǎng)分流失嚴(yán)重[39?40]。相關(guān)結(jié)果也表明，湖南省柑橘園土壤pH 值與氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。但也有研究發(fā)現(xiàn)，坡度較小的地區(qū)土壤粘粒含量較高，膠體具有較大的比表面積，容易吸附陽離子，從而增加其酸緩沖能力[41]；而坡度較大的地區(qū)土壤粘粒含量較低，土壤具有較弱的酸緩沖性質(zhì)[42]。而本研究發(fā)現(xiàn)坡向與坡度對(duì)柑橘園土壤pH 值影響都沒有顯著性差異，且與結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果一致。說明湖南省柑橘園土壤酸堿度主要受土壤自身因素的影響，而氣候和地形因素是次要因素。

果園土壤養(yǎng)分對(duì)柑橘生長(zhǎng)發(fā)育、開花結(jié)果和果實(shí)品質(zhì)有著不可替代的作用[43]。曹勝等[2]采集84 個(gè)土壤樣品探究了湖南省柑橘園土壤pH 值和主要土壤養(yǎng)分特征的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)土壤pH 值與土壤養(yǎng)分存在相關(guān)性，通過調(diào)節(jié)土壤酸堿度可以控制土壤養(yǎng)分的有效性。本研究發(fā)現(xiàn)湖南柑橘園土壤pH 值與有效態(tài)養(yǎng)分關(guān)系密切，土壤pH 值與堿解氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能是由于施入土壤中的氮素有14%～52% 以硝化反硝化、淋溶和氨揮發(fā)等形式損失，其中土壤為堿性時(shí)氮素以氨揮發(fā)形式損失，且總N 損失量占比高達(dá)9%～40%，堿解氮含量與土壤pH 值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系[44]，土壤為酸性時(shí)果園長(zhǎng)期施用銨態(tài)氮肥，氮素化肥施用后在土壤中發(fā)生硝化作用產(chǎn)生NO3?，殘留H+引起土壤酸化[45]；土壤pH 值與有效磷存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤磷在酸性條件下，容易與土壤中鐵錳氧化物形成磷酸鹽沉淀或閉蓄態(tài)的磷酸鹽導(dǎo)致有效性下降，在堿性條件下則容易形成磷酸鈣沉淀，導(dǎo)致磷的有效性下降。因此，一般認(rèn)為近中性條件下磷的有效性最高。但在柑橘的種植過程中，農(nóng)民為追求經(jīng)濟(jì)效益，在酸性土壤中為增加有效磷含量，過量施用磷肥的情況十分突出[46]，造成柑橘園土壤磷素大量投入，進(jìn)而使得土壤中有效磷的含量提升，造成土壤酸性強(qiáng)時(shí)出現(xiàn)有效磷含量高這一結(jié)果，導(dǎo)致土壤pH 值與有效磷存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這一現(xiàn)象在果園土壤施肥中十分常見[22， 47]。而過量施用化肥雖然能增加土壤中的養(yǎng)分，但又會(huì)使土壤酸度增加，帶來的土壤酸化問題也會(huì)導(dǎo)致肥料利用率的下降。土壤pH 值與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)殁涬x子在土壤中移動(dòng)性較強(qiáng)，當(dāng)土壤過酸時(shí)，鉀離子更容易淋溶損失；當(dāng)土壤pH 值增高時(shí)，土壤含鹽基增加，鉀的有效性隨之增大[48]。說明湖南省柑橘園作為農(nóng)業(yè)土壤，受人為施肥因素干擾較大，土壤酸堿度限制著土壤養(yǎng)分的有效性，土壤肥料的施用又影響著土壤的酸堿性。本研究還發(fā)現(xiàn)各速效養(yǎng)分含量雖然在土壤pH 組間存在極顯著差異，但湖南省絕大部分柑橘園土壤，尤其是土壤pH 值為 5.6～6.3 弱酸性環(huán)境時(shí)，各養(yǎng)分有效含量皆處于適宜水平，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量適宜柑橘的生產(chǎn)，但果樹對(duì)養(yǎng)分的積累不僅受土壤養(yǎng)分含量高低的影響，還與土壤對(duì)養(yǎng)分的涵養(yǎng)及樹體對(duì)養(yǎng)分的吸收能力有關(guān)[49?50]。研究發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥一方面能調(diào)節(jié)土壤pH 值，緩解柑橘園土壤酸化[34]；另一方面能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤速效養(yǎng)分含量，涵養(yǎng)土壤養(yǎng)分[51]。因此，除不適宜柑橘種植的強(qiáng)堿性土壤外，對(duì)柑橘園調(diào)控土壤酸堿度進(jìn)行改良與培肥時(shí)，不僅要考慮土壤的自身母質(zhì)基礎(chǔ)和土壤類型，還推薦適當(dāng)控施化肥，重視有機(jī)肥投入，并根據(jù)柑橘的需肥特性在特定的生長(zhǎng)階段補(bǔ)充部分養(yǎng)分，因地制宜地進(jìn)行果園土壤管理，以達(dá)到土壤養(yǎng)分涵養(yǎng)、土壤酸化改良、土壤質(zhì)量提升與柑橘健康生產(chǎn)的目的。

4 結(jié)論

湖南省柑橘園土壤pH 值普遍偏酸，主要受土壤類型與成土母質(zhì)的影響。除強(qiáng)堿性土壤外，整體上湖南省柑橘園土壤速效氮磷鉀養(yǎng)分處于適宜水平，適宜柑橘的生產(chǎn)。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng) （CARS-26）。