長株潭耕地土壤pH值分布特征及其與土壤養分的關系

彭育桐，周 清，馮 旖，吳婷華，張偉暢，楊 琪

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙410125）

長株潭耕地土壤pH值分布特征及其與土壤養分的關系

彭育桐，周 清，馮 旖，吳婷華，張偉暢，楊 琪

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙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分之間的關系，對土壤改良和合理高效施肥具有重要參考作用。研究利用統計分析以及地理空間分析技術，分析了長株潭地區耕地土壤p H值分布情況，及不同p H值土壤養分含量的差異狀況。結果表明，長株潭耕地p H值以湘潭縣最高，炎陵縣最低；土壤類型中的p H均值依序為：紫色土＞潮土＞水稻土＞黃壤＞紅壤＞黃棕壤；除有效磷外，各土壤養分在不同p H值組分間均有顯著差異。

長株潭；耕地；p H；土壤養分

土壤的酸堿性是耕地重要理化指標之一。隨著當前工業化、城市化的進程，工業廢水的排放、大氣煙塵的沉積、施肥方式以及酸雨等各方面因素的影響，都勢必造成耕地土壤pH值的變化。pH對水稻根系養分吸收機制有重要影響[1-2]，植煙區土壤pH很大程度上影響土壤養分的存儲與供給[3]，通過對長江中下游水稻主產區湖南地區的長株潭耕地pH分布特征及其與耕地土壤養分之間的關系研究，能夠了解該區域土壤pH分布現狀及不同pH范圍土壤養分分布，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 數據與方法

1.1 研究區概況

研究區域包括湖南省長沙、株洲、湘潭三市，為國家兩型社會綜合配套改革試驗區，位于26°03′N～28° 39′N、111°53′E～114°15′E之間，面積共2.8萬km2。長株潭是湖南省經濟發展的核心增長極，人口超過1 500萬人，地區生產總值為10 539.19億元（2013年）。長株潭處于中亞熱帶與北亞熱帶過渡地區的常綠闊葉林、紅-黃壤地帶[4]，亞熱帶季風氣候區，屬湘江下游河谷及丘陵帶。土壤母巖母質主要為板頁巖風化物、花崗巖風化物和第四紀紅色粘土。

1.2 數據來源與處理

圖件數據來源于湖南省2005年土地利用現狀圖（1∶50萬）、湖南省行政區劃圖；采樣點屬性數據來源于湖南省測土配方施肥數據庫。為確保采樣點屬性完整且具有代表性，按照行政區域、土壤類型、地形地貌、典型作物等，從湖南省測土配方施肥數據庫中篩選出長株潭地區采樣點12 234個，覆蓋所有行政村及每一個土種、每一種地形地貌和典型作物。

1.3 研究方法

對樣本數據進行必要的常規統計，利用地理空間分析方法對數據進行空間插值，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 結果與分析

2.1 長株潭耕地土壤pH值分布特征

2.1.1 長株潭耕地pH值的空間分布 將長株潭地區采樣點根據經緯度在ArcGIS中生成點位圖（圖1），整體上采樣點在長株潭地區耕地土壤中分布較為均勻。采樣點較密集的地方，耕地連片分布；采樣點較為稀疏的地方，多為鄉鎮城區，尤其在長株潭市區較為明顯。長株潭地區樣本pH值如表1所示，將pH分為5個等級，即＜4.5為強酸性，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。長株潭耕地89.34%的采樣點pH值分布在4.5～6.5，說明長株潭耕地土壤以酸性為主。各縣的pH值分布情況與長株潭耕地基本一致，也都主要集中在4.5～6.5。各個縣的耕地土壤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 長株潭耕地采樣點位圖

圖2 長株潭耕地pH空間分布圖

表1 長株潭地區各縣耕地土壤pH的分布

經Kolmogorov-Smirnov檢驗分析，樣點pH值不服從正態分布，且針對低山丘陵的長株潭地區，反距離權重法（IDW）內插精度要優于普通克里金內插法（OK）[5]。利用ArcGIS地統計模塊，選取IDW進行空間插值，插值結果如圖2所示。結合表1可以看出，pH值分布高的地方主要集中在長株潭市郊區、湘潭縣等地，由于城市化、工業化的進程加快，造紙、化工、紡織、食品、石化等許多工業部門都會產生高濃度的堿性廢水，加之大量含碳酸鹽的灰塵和沉降進入耕地土壤，使pH略高于其他地區[6]。偏低的地方主要集中在長沙縣、望城縣、醴陵市、炎陵縣等地，除了受酸雨的影響外，人們不合理的農作方式也是導致耕地土壤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 以土類為統計單元得到長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區間內所占的樣本百分比最大，說明長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，可能與樣本數較少有關；潮土pH值均＜7.5，主要分布在pH為4.5～7.5的區間內；紫色土在各pH值分組內均有不同程度的分布，但主要分布在pH值為6.5～7.5的區間內，表明長株潭耕地中紫色土主要以中性紫色土為主；水稻土為長株潭耕地最主要土壤類型，其樣本數占總樣本的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 長株潭耕地土壤養分分析

長株潭耕地土壤養分描述性統計如表3、表4所示，各養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，變異系數達141.95%，變異程度最小的為全磷，其變異系數為24.95%。按照湖南省養分分級標準，可將土壤養分分為極低、低、適宜、高、極高5個等級。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，而湖南耕地養分分級標準中其適宜級別的范圍是120～180mg/kg，長株潭耕地樣本中76.67%的樣本小于120mg/kg，因此速效鉀缺乏；堿解氮、有機質、全氮、全鉀含量豐富，這4種養分含量在適宜與高這兩個等級內所占的百分比均超過60%，其中全氮的占比高達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，適宜等級的樣本百分比分別為41.25%和65.39%，遠高于其他等級。

表2 長株潭耕地不同類型土壤pH值分布

表3 長株潭耕地土壤養分均值與變幅

表4 長株潭耕地土壤養分在不同等級的占比情況

2.3 長株潭耕地土壤pH值與土壤養分關系

對長株潭耕地采樣點耕地土壤pH值與土壤養分關系進行方差分析，結果表明土壤pH值分組后，土壤養分含量在組間均存在不同程度的差異。在此基礎上，對各土壤養分在不同組間的表現進行多重比較，結果如表5所示。

在pH＞7.5的組分內，堿解氮、有機質、全氮的含量均達到最高，并且顯著高于 pH為 5.5～6.5及6.5～7.5時的值；但當pH＞7.5時，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組分間的均值無顯著差異。

3 結論

表5 不同pH值組間的土壤養分含量

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

（2）長株潭耕地土壤類型中的pH均值依序為：紫色土（6.33）＞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均值高低順序為青泥田（6.18）＞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分分級標準，長株潭地區耕地土壤全磷、有效銅、有效鐵含量都極豐富；速效鉀含量較為缺乏，其平均含量僅為94.80mg/kg；除有效磷外，長株潭耕地土壤養分在不同的pH組分內均有顯著差異，土壤有效磷的均值雖然在各pH組分內差異不顯著，但有隨pH增大而減小的趨勢。

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[4]岳建華.長株潭城市群土壤p H與重金屬污染的研究[J].中國農學通報，2012，28（2）：267-272.

[5]李增兵，趙庚星，趙倩倩，等.縣域耕地地力評價中土壤養分空間插值方法的比較研究[J].中國農學通報，2012，28（20）：230-236.

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（責任編輯：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，FENG 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

國家科技支撐計劃項目（2012BA D14B17）

彭育桐（1989-），男，湖南邵陽市人，碩士研究生，主要從事農業資源與環境領域的研究。

周 清