长株潭耕地土壤pH值分布特征及其与土壤养分的关系

彭育桐，周 清，冯 旖，吴婷华，张伟畅，杨 琪

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙410125）

长株潭耕地土壤pH值分布特征及其与土壤养分的关系

彭育桐，周 清，冯 旖，吴婷华，张伟畅，杨 琪

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙410125）

p H值是土壤重要属性之一，研究耕地p H值的分布及其与土壤主要养分之间的关系，对土壤改良和合理高效施肥具有重要参考作用。研究利用统计分析以及地理空间分析技术，分析了长株潭地区耕地土壤p H值分布情况，及不同p H值土壤养分含量的差异状况。结果表明，长株潭耕地p H值以湘潭县最高，炎陵县最低；土壤类型中的p H均值依序为：紫色土＞潮土＞水稻土＞黄壤＞红壤＞黄棕壤；除有效磷外，各土壤养分在不同p H值组分间均有显著差异。

长株潭；耕地；p H；土壤养分

土壤的酸碱性是耕地重要理化指标之一。随着当前工业化、城市化的进程，工业废水的排放、大气烟尘的沉积、施肥方式以及酸雨等各方面因素的影响，都势必造成耕地土壤pH值的变化。pH对水稻根系养分吸收机制有重要影响[1-2]，植烟区土壤pH很大程度上影响土壤养分的存储与供给[3]，通过对长江中下游水稻主产区湖南地区的长株潭耕地pH分布特征及其与耕地土壤养分之间的关系研究，能够了解该区域土壤pH分布现状及不同pH范围土壤养分分布，为土壤改良、合理高效施肥及重金属污染土壤治理提供参考。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

研究区域包括湖南省长沙、株洲、湘潭三市，为国家两型社会综合配套改革试验区，位于26°03′N～28° 39′N、111°53′E～114°15′E之间，面积共2.8万km2。长株潭是湖南省经济发展的核心增长极，人口超过1 500万人，地区生产总值为10 539.19亿元（2013年）。长株潭处于中亚热带与北亚热带过渡地区的常绿阔叶林、红-黄壤地带[4]，亚热带季风气候区，属湘江下游河谷及丘陵带。土壤母岩母质主要为板页岩风化物、花岗岩风化物和第四纪红色粘土。

1.2 数据来源与处理

图件数据来源于湖南省2005年土地利用现状图（1∶50万）、湖南省行政区划图；采样点属性数据来源于湖南省测土配方施肥数据库。为确保采样点属性完整且具有代表性，按照行政区域、土壤类型、地形地貌、典型作物等，从湖南省测土配方施肥数据库中筛选出长株潭地区采样点12 234个，覆盖所有行政村及每一个土种、每一种地形地貌和典型作物。

1.3 研究方法

对样本数据进行必要的常规统计，利用地理空间分析方法对数据进行空间插值，利用方差分析、多重比较分析土壤pH值等土壤属性的分布空间差异性。

2 结果与分析

2.1 长株潭耕地土壤pH值分布特征

2.1.1 长株潭耕地pH值的空间分布 将长株潭地区采样点根据经纬度在ArcGIS中生成点位图（图1），整体上采样点在长株潭地区耕地土壤中分布较为均匀。采样点较密集的地方，耕地连片分布；采样点较为稀疏的地方，多为乡镇城区，尤其在长株潭市区较为明显。长株潭地区样本pH值如表1所示，将pH分为5个等级，即＜4.5为强酸性，4.5～5.5为酸性，5.5～6.5为弱酸性，6.5～7.5为中性，＞7.5为碱性。长株潭耕地89.34%的采样点pH值分布在4.5～6.5，说明长株潭耕地土壤以酸性为主。各县的pH值分布情况与长株潭耕地基本一致，也都主要集中在4.5～6.5。各个县的耕地土壤pH均值都在5.0～6.0之间变化，其中均值最高的为湘潭县，为5.9，最低的炎陵县，为5.1。

图1 长株潭耕地采样点位图

图2 长株潭耕地pH空间分布图

表1 长株潭地区各县耕地土壤pH的分布

经Kolmogorov-Smirnov检验分析，样点pH值不服从正态分布，且针对低山丘陵的长株潭地区，反距离权重法（IDW）内插精度要优于普通克里金内插法（OK）[5]。利用ArcGIS地统计模块，选取IDW进行空间插值，插值结果如图2所示。结合表1可以看出，pH值分布高的地方主要集中在长株潭市郊区、湘潭县等地，由于城市化、工业化的进程加快，造纸、化工、纺织、食品、石化等许多工业部门都会产生高浓度的碱性废水，加之大量含碳酸盐的灰尘和沉降进入耕地土壤，使pH略高于其他地区[6]。偏低的地方主要集中在长沙县、望城县、醴陵市、炎陵县等地，除了受酸雨的影响外，人们不合理的农作方式也是导致耕地土壤pH值下降的重要因素。化肥的主要成分为氯化钾、氯化铵、过磷酸钙，这些生理酸性肥料的长期大量使用，易造成土壤pH值下降[7-8]。

2.1.2 不同类型土壤pH值分布 以土类为统计单元得到长株潭耕地不同类型土壤的pH值分布（表2）。其中黄壤、黄棕壤、红壤、水稻土pH值在4.5～5.5区间内所占的样本百分比最大，说明长株潭耕地这几种主要土壤中以酸性为主，且黄壤、黄棕壤的pH值变幅最小，分别为4.6～6.9、4.3～5.5，可能与样本数较少有关；潮土pH值均＜7.5，主要分布在pH为4.5～7.5的区间内；紫色土在各pH值分组内均有不同程度的分布，但主要分布在pH值为6.5～7.5的区间内，表明长株潭耕地中紫色土主要以中性紫色土为主；水稻土为长株潭耕地最主要土壤类型，其样本数占总样本的96.44%。其中又以红黄泥（15.47%）、黄泥田（9.34%）、河砂泥（6.78%）、麻砂泥（6.78%）、青泥田（6.77%）、黄砂泥（4.33%）等潴育型水稻土和潜育型水稻土为主，以上6种土种的 pH均值分别为 5.59、6.02、5.49、5.19、6.18、5.52。

2.2 长株潭耕地土壤养分分析

长株潭耕地土壤养分描述性统计如表3、表4所示，各养分的变化均有不同程度的差异，其中变异程度最大的为有效锌，变异系数达141.95%，变异程度最小的为全磷，其变异系数为24.95%。按照湖南省养分分级标准，可将土壤养分分为极低、低、适宜、高、极高5个等级。其中全磷、有效铜、有效铁的含量都极丰富，其均值分别为1.08 g/kg、3.4mg/kg、108.78mg/kg，分布在极高水平的样本均超过60%；速效钾含量均值为94.80mg/kg，而湖南耕地养分分级标准中其适宜级别的范围是120～180mg/kg，长株潭耕地样本中76.67%的样本小于120mg/kg，因此速效钾缺乏；碱解氮、有机质、全氮、全钾含量丰富，这4种养分含量在适宜与高这两个等级内所占的百分比均超过60%，其中全氮的占比高达90.77%；有效磷、有效锌的含量适宜，其均值分别为18.35mg/kg、1.78mg/kg，适宜等级的样本百分比分别为41.25%和65.39%，远高于其他等级。

表2 长株潭耕地不同类型土壤pH值分布

表3 长株潭耕地土壤养分均值与变幅

表4 长株潭耕地土壤养分在不同等级的占比情况

2.3 长株潭耕地土壤pH值与土壤养分关系

对长株潭耕地采样点耕地土壤pH值与土壤养分关系进行方差分析，结果表明土壤pH值分组后，土壤养分含量在组间均存在不同程度的差异。在此基础上，对各土壤养分在不同组间的表现进行多重比较，结果如表5所示。

在pH＞7.5的组分内，碱解氮、有机质、全氮的含量均达到最高，并且显著高于 pH为 5.5～6.5及6.5～7.5时的值；但当pH＞7.5时，有效铁、有效锌均最低，且显著低于pH在4.5～7.5的其他组分的值；有效磷在不同pH组分间的均值无显著差异。

3 结论

表5 不同pH值组间的土壤养分含量

（1）长株潭耕地pH均值为5.5，pH分布较高的地方集中在长株潭市郊区、湘潭县等地，偏低的地方集中在长沙县、望城县、炎陵县等地，整体上呈酸性，除受成土母质等土壤本身特性及酸雨影响外，人类活动也是重要的影响因素。

（2）长株潭耕地土壤类型中的pH均值依序为：紫色土（6.33）＞潮土（5.98）＞水稻土（5.51）＞黄壤（5.47）＞红壤（5.40）＞黄棕壤（4.89）。其中水稻土样本数占总样本的96.44%，在水稻土的几种主要土种中，其pH均值高低顺序为青泥田（6.18）＞黄泥田（6.02）＞红黄泥（5.59）＞黄砂泥（5.52）＞河砂泥（5.49）＞麻砂泥（5.19）。

（3）按照湖南省耕地土壤养分分级标准，长株潭地区耕地土壤全磷、有效铜、有效铁含量都极丰富；速效钾含量较为缺乏，其平均含量仅为94.80mg/kg；除有效磷外，长株潭耕地土壤养分在不同的pH组分内均有显著差异，土壤有效磷的均值虽然在各pH组分内差异不显著，但有随pH增大而减小的趋势。

[1]张联合，李友军，苗艳芳，等.p H对水稻离体根系吸收亚硒酸盐生理机制的影响[J].土壤学报，2010，47（3）：523-528.

[2] 贾莉君，范晓荣，尹晓明，等.p H值对水稻幼苗吸收N O3-的影响[J].植物营养与肥料学报，2006，12（5）：649-655.

[3]王小兵，周冀衡，李强，等.曲靖不同p H烟区土壤有效锰和烟叶锰含量的分布状况分析[J].土壤通报，2013，44（4）：969-973.

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[5]李增兵，赵庚星，赵倩倩，等.县域耕地地力评价中土壤养分空间插值方法的比较研究[J].中国农学通报，2012，28（20）：230-236.

[6] 郭治兴，王静，柴敏，等.近30年来广东省土壤p H值的时空变化[J].应用生态学报，2011，22（2）：425-430.

[7] Gudmundsson T, Bjrnsson H, Thorvaldson G. Organic carbon accumulation and pH changes in an AndicGleysol under a longterm fertilizer experiment in Iceland[J]. Catena, 2004, 56∶213-224.

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（责任编辑：卢红玲）

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

国家科技支撑计划项目（2012BA D14B17）

彭育桐（1989-），男，湖南邵阳市人，硕士研究生，主要从事农业资源与环境领域的研究。

周 清