基于GIS的龍游縣土壤pH值時空演變

朱真令

(龍游縣農業農村局，浙江 龍游 324400)

土壤是農業生產的基礎資料，絕大多數農作物生長所需的養分都直接或間接來自土壤。受不同的物理、化學、生物作用，以及地形地貌、氣候等多種因素的綜合影響，土壤成土是一個復雜的過程，這就使得土壤性質具有較高的空間異質性和不確定性[1-3]。土壤形成后，又會受到人類長期的耕作、施肥、栽培等人為因素的影響，使土壤性狀呈現出更加復雜的空間變異性。利用地統計學方法對土壤空間變異進行研究，目前已取得了許多有益成果[4-7]，結合歷史數據，可以更好地了解土壤短時間內的變化情況，從而更好地指導土壤保護和土壤利用工作的開展。

土壤pH不僅是一項重要的土壤屬性，還會影響土壤肥力和土壤環境[8-11]。土壤酸化問題在我國南方許多地區已相當嚴重，酸化增強了土壤中重金屬的活性，使其存在形態由穩定到活化，極易誘發土壤重金屬污染，從而增大農產品超標風險。為此，以浙江省龍游縣為例，采用GIS技術，對其土壤pH的時空演變進行分析，以期為當地的耕地保護和利用提供借鑒與參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

龍游縣地處浙江省西部、金衢盆地中心，北毗建德，東臨金華，南接遂昌，西連衢江區，全縣面積1 136.8 km2。龍游縣屬中亞熱帶季風氣候，具有明顯的盆地特征，四季分明，光照充足，氣溫適中，水量充沛，旱澇明顯，春早秋短夏長，春夏“雨勢同步”，冬秋“光溫互補”，氣候條件比較優越，常年降水量1 602.6 mm，常年有效積溫3 237.6 ℃，年無霜期>257 d，是發展現代農業、種植糧油作物的理想區域。

1.2 數據來源

數據來源于2018年“711”土地質量地質調查工程，對比數據來源于1984年全國第二次土壤普查和2009年龍游縣測土配方施肥成果。其中，2018年“711”調查共有3 872個點位數據，2009年測土配方施肥和耕地地力評價土壤樣品2 359個，分布在全縣15個鄉鎮街道。樣點以耕地土壤為主，北部較密，南部山區較為稀疏。具體采樣點分布如圖1所示。

圖1 龍游縣的樣點分布

1.3 研究方法

利用ArcGIS 10.5軟件進行趨勢分析，基于克里金插值法繪制龍游縣土壤pH的空間分布情況。

2 結果與分析

2.1 土壤pH統計特征

2018年3 872個土壤樣品的pH為3.61～8.39，平均值為5.27，其中有539個土壤樣品pH≤4.5，即強酸性，占比13.9%；有2 331個土壤樣品的pH在4.5～5.5，即酸性，占比60.2%；有636個土壤樣品的pH在5.5～6.5，即弱酸性，占比16.4%；有246個土壤樣品的pH在6.5～7.5，即微酸性至微堿性，占比6.4%；有120個土壤樣品的pH在7.5～8.5，即堿性，占比3.1%。可見，龍游縣土壤以酸性為主，強酸性、酸性和弱酸性土壤樣品合計占比近90%。

2.2 土壤pH空間分布情況

利用克里金插值法插值繪制龍游縣土壤pH的空間分布(圖2)。可以看出，龍游縣的酸性土壤主要分布在衢江以南，除詹家鎮西部和湖鎮鎮大部外，土壤pH以4.5～5.5的酸性土壤為主。衢江兩岸，包括靈山江下游土壤，以弱酸性為主，主要分布在詹家鎮、湖鎮鎮、小南海鎮、模環鄉、橫山鎮北部和石佛鄉東北部。微酸性至微堿性的土壤主要分布在橫山鎮的南部、塔石鎮，以及石佛鄉中西部，土壤pH在6.5～7.6。

圖2 2018龍游縣土壤pH的分布

結合當地地質條件可以看出，龍游縣土壤的pH與成土母質、氣候條件和人為活動密切相關，由第四紀紅土發育的黃筋泥，以及由凝灰巖、花崗巖、片麻巖等酸性巖發育的土壤大都為酸性土壤；北部由石灰性紫砂頁巖發育的紫砂土多數屬于微酸性至微堿性。人為耕作的水稻田分布區域多為酸性土壤，這除了與成土母質有關外，還受到人為耕作和施肥等的影響。

2.3 土壤pH時間演變

根據1984年第二次土壤普查成果，以及2009年前后的測土配方施肥數據，從1984年到2009年龍游縣土壤酸度不斷提高，酸化趨勢加重。

圖3是2009年和2018年的土壤pH對比情況。可以看出，經過10 a時間，龍游縣pH在4.5～6.5的酸性和弱酸性土壤占比有所降低，但強酸性土壤，即pH≤4.5的占比增加較多，約增加了11百分點，表明龍游縣土壤酸化形勢依然嚴峻。另外，從圖3來看，龍游縣的堿性土壤占比有所增加，但這可能與實際情況不符。從圖1可以看出，本研究中北部弱堿性至堿性區域的采樣密度偏大，而南部山區酸性土壤的采樣密度較小；而用于對比的2009年測土配方施肥數據偏重于水稻種植區：兩次研究的樣點分布差異，可能導致2018年樣本中堿性土壤樣本的占比異常增加。1984年龍游縣的土壤pH平均值為5.89，到2009年下降了0.61單位至5.28。雖然2018年的樣點偏向于北部弱堿性至堿性土壤，但龍游縣土壤的平均pH仍然下降了0.01單位，至5.27。由此推測，龍游縣實際的土壤酸化問題可能更為嚴重。

圖3 2009年和2018年龍游縣的土壤pH對比

3 小結與討論

本研究表明，近年來龍游縣土壤酸化問題仍然嚴重。究其原因，除了土壤成土母質和氣候等自然原因外，人為因素的影響不容忽視。雖然近年來測土配方施肥、沃土工程、商品有機肥推廣等項目的實施，在一定程度上減緩了土壤酸化的趨勢，但是隨著土地流轉加快、機械化耕作和高產品種的推廣，以及秸稈大量還田等工作的推進，土壤利用強度加大，施肥量增加，土壤酸化的挑戰依然嚴峻。

提高土壤pH是提升農田土壤質量的一個重要內容，常采用的方法主要是施用石灰或白云石粉等，既可降低土壤酸度，又能有效緩解鋁和其他重金屬毒害，還可補充鈣或鈣鎂等營養，改善土壤結構，提高土壤的生物活性和養分循環能力。建議當地在今后的地力保護和提升耕作中注意選取合適的改良措施，積極應對土壤酸化挑戰。