基于GIS的龍游縣土壤pH值時(shí)空演變

朱真令

(龍游縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 龍游 324400)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)資料，絕大多數(shù)農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分都直接或間接來(lái)自土壤。受不同的物理、化學(xué)、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(gè)復(fù)雜的過(guò)程，這就使得土壤性質(zhì)具有較高的空間異質(zhì)性和不確定性[1-3]。土壤形成后，又會(huì)受到人類長(zhǎng)期的耕作、施肥、栽培等人為因素的影響，使土壤性狀呈現(xiàn)出更加復(fù)雜的空間變異性。利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)土壤空間變異進(jìn)行研究，目前已取得了許多有益成果[4-7]，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，可以更好地了解土壤短時(shí)間內(nèi)的變化情況，從而更好地指導(dǎo)土壤保護(hù)和土壤利用工作的開(kāi)展。

土壤pH不僅是一項(xiàng)重要的土壤屬性，還會(huì)影響土壤肥力和土壤環(huán)境[8-11]。土壤酸化問(wèn)題在我國(guó)南方許多地區(qū)已相當(dāng)嚴(yán)重，酸化增強(qiáng)了土壤中重金屬的活性，使其存在形態(tài)由穩(wěn)定到活化，極易誘發(fā)土壤重金屬污染，從而增大農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。為此，以浙江省龍游縣為例，采用GIS技術(shù)，對(duì)其土壤pH的時(shí)空演變進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)氐母乇Ｗo(hù)和利用提供借鑒與參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)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(qū)，全縣面積1 136.8 km2。龍游縣屬中亞熱帶季風(fēng)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(zhǎng)，春夏“雨勢(shì)同步”，冬秋“光溫互補(bǔ)”，氣候條件比較優(yōu)越，常年降水量1 602.6 mm，常年有效積溫3 237.6 ℃，年無(wú)霜期>257 d，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、種植糧油作物的理想?yún)^(qū)域。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于2018年“711”土地質(zhì)量地質(zhì)調(diào)查工程，對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)源于1984年全國(guó)第二次土壤普查和2009年龍游縣測(cè)土配方施肥成果。其中，2018年“711”調(diào)查共有3 872個(gè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)，2009年測(cè)土配方施肥和耕地地力評(píng)價(jià)土壤樣品2 359個(gè)，分布在全縣15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道。樣點(diǎn)以耕地土壤為主，北部較密，南部山區(qū)較為稀疏。具體采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 龍游縣的樣點(diǎn)分布

1.3 研究方法

利用ArcGIS 10.5軟件進(jìn)行趨勢(shì)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(jié)果與分析

2.1 土壤pH統(tǒng)計(jì)特征

2018年3 872個(gè)土壤樣品的pH為3.61～8.39，平均值為5.27，其中有539個(gè)土壤樣品pH≤4.5，即強(qiáng)酸性，占比13.9%；有2 331個(gè)土壤樣品的pH在4.5～5.5，即酸性，占比60.2%；有636個(gè)土壤樣品的pH在5.5～6.5，即弱酸性，占比16.4%；有246個(gè)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(gè)土壤樣品的pH在7.5～8.5，即堿性，占比3.1%。可見(jiàn)，龍游縣土壤以酸性為主，強(qiáng)酸性、酸性和弱酸性土壤樣品合計(jì)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(zhèn)西部和湖鎮(zhèn)鎮(zhèn)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(zhèn)、湖鎮(zhèn)鎮(zhèn)、小南海鎮(zhèn)、模環(huán)鄉(xiāng)、橫山鎮(zhèn)北部和石佛鄉(xiāng)東北部。微酸性至微堿性的土壤主要分布在橫山鎮(zhèn)的南部、塔石鎮(zhèn)，以及石佛鄉(xiāng)中西部，土壤pH在6.5～7.6。

圖2 2018龍游縣土壤pH的分布

結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件可以看出，龍游縣土壤的pH與成土母質(zhì)、氣候條件和人為活動(dòng)密切相關(guān)，由第四紀(jì)紅土發(fā)育的黃筋泥，以及由凝灰?guī)r、花崗巖、片麻巖等酸性巖發(fā)育的土壤大都為酸性土壤；北部由石灰性紫砂頁(yè)巖發(fā)育的紫砂土多數(shù)屬于微酸性至微堿性。人為耕作的水稻田分布區(qū)域多為酸性土壤，這除了與成土母質(zhì)有關(guān)外，還受到人為耕作和施肥等的影響。

2.3 土壤pH時(shí)間演變

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

圖3是2009年和2018年的土壤pH對(duì)比情況。可以看出，經(jīng)過(guò)10 a時(shí)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(qiáng)酸性土壤，即pH≤4.5的占比增加較多，約增加了11百分點(diǎn)，表明龍游縣土壤酸化形勢(shì)依然嚴(yán)峻。另外，從圖3來(lái)看，龍游縣的堿性土壤占比有所增加，但這可能與實(shí)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(qū)域的采樣密度偏大，而南部山區(qū)酸性土壤的采樣密度較小；而用于對(duì)比的2009年測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)偏重于水稻種植區(qū)：兩次研究的樣點(diǎn)分布差異，可能導(dǎo)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(diǎn)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(cè)，龍游縣實(shí)際的土壤酸化問(wèn)題可能更為嚴(yán)重。

圖3 2009年和2018年龍游縣的土壤pH對(duì)比

3 小結(jié)與討論

本研究表明，近年來(lái)龍游縣土壤酸化問(wèn)題仍然嚴(yán)重。究其原因，除了土壤成土母質(zhì)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(lái)測(cè)土配方施肥、沃土工程、商品有機(jī)肥推廣等項(xiàng)目的實(shí)施，在一定程度上減緩了土壤酸化的趨勢(shì)，但是隨著土地流轉(zhuǎn)加快、機(jī)械化耕作和高產(chǎn)品種的推廣，以及秸稈大量還田等工作的推進(jìn)，土壤利用強(qiáng)度加大，施肥量增加，土壤酸化的挑戰(zhàn)依然嚴(yán)峻。

提高土壤pH是提升農(nóng)田土壤質(zhì)量的一個(gè)重要內(nèi)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(bǔ)充鈣或鈣鎂等營(yíng)養(yǎng)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的生物活性和養(yǎng)分循環(huán)能力。建議當(dāng)?shù)卦诮窈蟮牡亓ΡＷo(hù)和提升耕作中注意選取合適的改良措施，積極應(yīng)對(duì)土壤酸化挑戰(zhàn)。