安徽淮北平原農(nóng)田土壤酸堿度特征及酸化趨勢研究

李朋飛 杜國強 劉超

摘要： 通過在安徽淮北平原系統(tǒng)采集農(nóng)田耕層土壤和深層土壤樣品，分析土壤pH值及相關指標，研究該區(qū)不同成土母質(zhì)、土壤類型的土壤酸堿度及空間分布特征。將研究區(qū)耕層土壤的pH值分別與深層土壤的pH值、20世紀80年代安徽省第二次土壤普查耕層土壤的pH值進行對比，從空間和時間上分析土壤酸堿度特征及酸化趨勢。結果表明：研究區(qū)耕層土壤酸化趨勢明顯，酸性土壤占全區(qū)土壤總面積的63.38%;晚更新世黃土性古河湖相沉積物耕層土壤酸化明顯，土壤以酸性為主;全新世近代黃泛沖積物耕層土壤酸化不明顯，土壤以堿性為主。相對于深層土壤，66.51%的耕層土壤呈酸化;相對于20世紀80年代耕層土壤，62.55%的耕層土壤呈酸化。土壤酸化程度主要與地質(zhì)背景及長期大量使用化肥有關。

關鍵詞： 酸堿度;酸化趨勢;耕層土壤;淮北平原

中圖分類號：S158.3;P642.13

文獻標識碼：A

文章編號：2096-1871（2019）03-234-07

土壤酸化是土壤質(zhì)量退化的一個重要因素，是國內(nèi)外眾多學者研究的熱點問題[1]。我國部分地區(qū)農(nóng)田土壤酸化問題日趨嚴重[2-3]，土壤酸化是影響作物生長的重要因素[4-5]。目前，國內(nèi)外主要開展了土壤酸化機理、危害及酸化土壤改良措施等研究[2-12]，其中土壤酸化形成機理研究主要側(cè)重于大氣酸沉降與農(nóng)業(yè)活動（如氮肥的使用）等方面的影響，而關于不同地質(zhì)背景土壤酸化影響的研究較少，并且關于安徽淮北平原區(qū)域土壤酸化趨勢的研究也較少。

本文通過分析安徽淮北平原土壤酸堿度及其空間分布總體狀況，以及不同成土母質(zhì)、土壤類型的土壤酸堿度及其空間分布特征，并將耕層土壤pH值與深層土壤pH值及20世紀80年代安徽省第二次土壤普查的耕層土壤pH值進行對比，從空間和時間上分析土壤酸堿度變化情況，為該區(qū)和類似地區(qū)農(nóng)田土壤酸化科學調(diào)控、土壤生態(tài)環(huán)境保護及農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省西北部、淮北平原中部，行政區(qū)劃隸屬亳州市蒙城縣與利辛縣，地理坐標為32°51′～33°29′ N、115°49′～116°49′ E，總面積約4 100 km2。沿河地區(qū)為黃泛沖積平原，其余地區(qū)屬河間侵蝕平原，地勢由西北向東南緩傾斜，地面海拔為21～33 m。區(qū)內(nèi)屬暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，季風明顯，氣候溫和，光照充足，無霜期長，雨熱同期。

Sa. 正長石;OIg. 中長石

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

Fig. 1 Geological sketch of the study area

區(qū)內(nèi)主要分布第四紀更新世峁塘組（Qpm）沖積亞黏土、亞黏土夾亞砂土與第四紀全新世蚌埠組（Qhb）沖洪積亞黏土、亞黏土夾亞砂土（圖1），其中，峁塘組（Qpm）厚25～30 m，蚌埠組（Qhb）厚>3 m。土壤母質(zhì)由晚更新世黃土性古河湖相沉積物（與峁塘組分布范圍一致）和全新世近代黃泛沖積物（與蚌埠組分布一致）構成。土壤類型包括半水成土砂姜黑土、潮土及淋溶土黃褐土。土地以水澆地為主，局部為城鎮(zhèn)居地，農(nóng)作物主要為小麥、玉米和黃豆，是安徽主要糧產(chǎn)區(qū)與國家重要商品糧基地。

2 樣品采集與測定

野外樣品采集方法及質(zhì)量要求執(zhí)行《DZ/T 0258—2014多目標區(qū)域地球化學調(diào)查規(guī)范（1∶250 000）》[13]，表層（耕層）土壤采樣深度為0～20 cm，采樣密度為1個點/km2;深層土壤采樣深度為150～200 cm，采樣密度為1個點/4 km2。耕層土壤與深層土壤分別按4 km2大格、16 km2大格等量組合成1件分析樣品。研究區(qū)采集耕層土壤樣品4 138件，其中測試分析耕層土壤組合樣品1 084件與深層土壤組合樣品283件。樣品經(jīng)自然干燥后，用20目的尼龍篩充分過篩，送國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進行測試。土壤pH值采用離子選擇性電極法（ISE）測定。

3 土壤酸堿度及酸化趨勢研究方法

3.1 土壤酸堿度分級標準

3.2 耕層相對深層土壤酸化趨勢研究

研究區(qū)峁塘組（Qpm）與蚌埠組（Qhb）覆蓋厚度均>2 m，反映表層（耕層）土壤與深層土壤物質(zhì)來源與沉積環(huán)境基本相同。通過對比耕層（表層）土壤相對深層土壤pH值變化與分布特征，可分析土壤酸化趨勢。以評價單元內(nèi)（4 km2）耕層土壤pH值與其對應的深層土壤pH值的比值（即富集系數(shù)K）為基數(shù)，進行土壤酸化程度分級評價。廖啟林等[15]將土壤中元素環(huán)境富集系數(shù)劃分為<0.6（強貧化）、0.6～0.85（弱貧化）、0.85～1.15（背景）、1.15～1.5（弱富集）和1.5～4（強富集）;“1∶5萬橫船渡幅、烏石壟幅、城安幅、郭村幅地球化學普查成果報告”[16]將元素富集系數(shù)劃分為“<0.5（極貧乏）、0.5～0.8（貧化）、0.8～1.2（正常）、1.2～1.5（富集）、1.5～2（明顯富集）和>2（強富集）”。本文采用以下方法進行土壤酸化程度分級評價（表2）。該評價結果僅反映了耕層土壤相對于深層土壤（即土壤背景）的酸化趨勢，不具酸堿度生態(tài)含義。

3.3 土壤酸堿度歷史變化趨勢研究方法

20世紀80年代，安徽省第二次土壤普查在研究區(qū)系統(tǒng)采集了不同土壤類型的土壤剖面樣品。其中，砂姜黑土分布區(qū)按耕作層、犁底層、黑土層、過渡層和底土砂姜層分層采集剖面土壤樣品，黃褐土分布區(qū)按耕作層、犁底層、心土層和底土層分層采集剖面土壤樣品，潮土分布區(qū)按耕作層、犁底層、過渡層、心土層和底土層分層采集剖面土壤樣品。提取研究區(qū)安徽省第二次土壤普查典型剖面耕層土壤的pH值[17]，利用GeoIPAS V（4.0）軟件編制20世紀80年代耕層土壤pH值地球化學圖，并在圖上對應添加本項目土壤采樣點，以本次測定的耕層土壤pH值與安徽省第二次土壤普查耕層土壤pH值的比值（K）為基數(shù)，進行耕層土壤酸化程度分級評價，分析研究區(qū)30 a來耕層土壤酸化趨勢，K值劃分標準及酸化程度分級同表2。

4 結 果

4.1 耕層土壤酸堿度現(xiàn)狀

研究區(qū)現(xiàn)今耕層土壤以酸性為主（占63.38%），中性和堿性土壤分別占20.30%和15.50%，無強堿性土壤（表3）。與20世紀80年代耕層土壤相比，目前該區(qū)土壤酸化明顯，酸性土壤占全區(qū)的比例由0增加到63.38%，強堿性土壤占全區(qū)的比例由45.39%減少為0，堿性土壤占全區(qū)的比例由35.9%下降到15.50%。近代黃泛沖積物母質(zhì)耕層土壤以堿性為主（潮土發(fā)育于近代黃泛沖積物之上），堿性土壤占68.26%，中性和酸性土壤分別占19.76%和11.98%。黃土性古河湖相沉積物母質(zhì)耕層土壤（砂姜黑土、黃褐土發(fā)育于黃土性古河湖相沉積物之上）以酸性為主（砂姜黑土與黃褐土均以酸性為主），酸性土壤占72.74%，部分土壤呈中性（砂姜黑土及中性黃褐土樣點均超過20%）。

區(qū)域上，酸性土壤廣泛分布于河間洼地，強酸性土壤呈斑狀（點狀）分布于研究區(qū)中部（圖2），區(qū)內(nèi)主要為峁塘組（Qpm）沖積（al）亞黏土、亞黏土夾亞砂土，成土母質(zhì)為黃土性古河湖相沉積物，酸性土壤分布范圍與黃土性古河湖相沉積物耦合較好。堿性土壤主要分布于河流沿岸及利辛縣、蒙城縣城區(qū)周圍，區(qū)內(nèi)主要為蚌埠組（Qhb）沖洪積（alp）亞黏土、亞黏土夾亞砂土，土壤母質(zhì)為近代黃泛沖積物，堿性土壤分布受近代黃泛沖積物母質(zhì)制約明顯。中性土壤主要呈帶狀分布于河流兩岸，在研究區(qū)北部、東北部河間洼地亦有分布。

4.2 耕層土壤相對深層土壤酸化趨勢

相對深層土壤，研究區(qū)66.51%的耕層土壤呈酸化，33.49%的土壤酸堿度變化不明顯，未出現(xiàn)強酸化或堿化土壤（表4）。全新世（Qh）近代黃泛河流沖積物母質(zhì)耕層土壤酸化不明顯，酸化土壤僅占12.57%;晚更新世（Qp3）黃土性古河流相沉積物母質(zhì)土壤酸化較明顯（占76.34%）。不同土壤類型土壤酸化程度為砂姜黑土（占72.68%）>黃褐土（占47.42%）>潮土（占3.28%）。

研究區(qū)耕層土壤主要分布于河間洼地（圖3），為黃土性古河流相沉積物母質(zhì)，東北部及南部河流沿岸耕層土壤酸化不明顯。安徽淮北平原晚更新世（Qp3）黃土性古河流相沉積物經(jīng)漫長地質(zhì)時代，上部碳酸鈣淋溶較為徹底 [17]，耕層土壤酸化較明顯。已有研究表明，自20世紀80年代以來，研究區(qū)土壤pH值呈逐年下降趨勢[18-20]。土壤pH值下降的主要因素有：①連年大量使用氮肥，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮導致土壤pH值下降;②大量使用含氯、硫、磷化學肥料，導致土壤中鈣、鎂、鉀、鈉等陽離子淋溶[18-20]。全新世（Qh）近代黃泛沖積物沉積時間較短，未經(jīng)強烈淋溶，富含碳酸鈣，含量為5%～16%[15]，土壤酸化緩沖能力較強，土壤酸化不明顯。

4.3 耕層土壤酸堿度歷史變化趨勢

與20世紀80年代安徽省第二次土壤普查結果相比，研究區(qū)耕層土壤酸化明顯，酸化土壤樣點占62.55%，其余37.45%的樣點土壤酸堿度變化不明顯（表5），無堿化土壤。晚更新世（Qp3）黃土性古河流相沉積物耕層土壤以酸化為主，酸化土壤樣點比例占71.65%，全新世（Qh）近代黃泛河流沖積物母質(zhì)土壤酸化不明顯，酸化土壤樣點僅占12.57%。不同土壤類型酸化程度為砂姜黑土（占68.47%）>黃褐土（占43.30%）>潮土（占3.28%）。

耕層酸化土壤主要分布于蒙城縣以南河間洼地黃土性古河流相沉積物母質(zhì)區(qū)（圖4），土壤酸化主要與連年大量使用化肥有關[18-20]。研究區(qū)東北部及南部河流沿岸耕層土壤酸堿度變化不明顯，河流沿岸成土母質(zhì)為近代黃泛沖積物，土壤酸化緩沖能力較強。

5 討 論

研究區(qū)耕層土壤酸化明顯，酸性土壤占全區(qū)土壤總面積的63.38%。相對于深層土壤，66.51%的耕層土壤呈酸化;相對于20世紀80年代的耕層土壤，62.55%的耕層土壤呈酸化;相對于深層土壤和20世紀80年代安徽省第二次土壤普查的耕層土壤，晚更新世黃土性古河流相沉積物母質(zhì)區(qū)耕層土壤均明顯酸化，全新世近代黃泛河流沖積物母質(zhì)區(qū)耕層土壤酸化不明顯，土壤酸化程度主要受成土母質(zhì)（地質(zhì)背景）及長期大量使用化肥的影響。

研究區(qū)耕層土壤酸化嚴重。1982—2016年，利辛縣土壤pH值由7.20下降至6.09，下降了1.11[18];1985—2006年，蒙城縣耕層土壤pH值由8.2～8.4下降至6.56[20]，與本文研究結果一致。區(qū)內(nèi)耕層土壤酸化主要由長期使用銨態(tài)氮肥與生理酸性肥料引起[18-20]。土壤酸化程度受成土母質(zhì)（地質(zhì)背景）制約明顯：晚更新世黃土性古河流相沉積物形成時代較長，上部碳酸鈣淋溶較徹底 [17]，耕層土壤酸化明顯;全新世近代黃泛沖積物沉積時間較短，未經(jīng)強烈淋溶，富含碳酸鈣（含量為5%～16%）[17]，土壤酸化緩沖能力較強，耕層土壤酸化不明顯。

土壤酸化將降低土壤肥力、提高重金屬活性 [2-3]。研究區(qū)酸化耕層土壤主要分布于河間洼地農(nóng)田區(qū)，耕層土壤以酸性為主（占72.74%），應采取減少氮肥使用量，改用測土配方平衡施肥，推廣秸稈還田，提高土壤有機質(zhì)含量及深翻加厚耕層等措施，遏制土壤持續(xù)酸化。

6 結 論

（1）研究區(qū)耕層土壤以酸性為主，酸性土壤廣泛分布于河間洼地，河流兩岸土壤呈堿性、中性。

（2）與20世紀80年代安徽省第二次土壤普查的耕層土壤相比，研究區(qū)耕層土壤酸化明顯，堿性、強堿性土壤面積減少，酸性土壤面積增加。與深層土壤相比，研究區(qū)耕層土壤酸化明顯，酸化土壤占66.51%，其余土壤酸堿度變化不明顯。

（3）研究區(qū)耕層土壤酸化主要由長期大量使用化肥引起，土壤酸化程度受成土母質(zhì)（地質(zhì)背景）制約明顯，晚更新世黃土性古河流相沉積物母質(zhì)區(qū)耕層土壤酸化較明顯，全新世近代黃泛河流沖積物母質(zhì)區(qū)土壤酸化不明顯。

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