湖南省柑橘园土壤酸度与交换性氢、铝的关系

周雨舟，曹胜，黄兰，刘双，甘思铭，苏婷

(湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙 410128)

近年来，湖南省柑橘园旱地土壤大面积酸化，成为制约柑橘优质生产的主要限制因子。根据土壤中H+的存在形态，土壤酸分为活性酸和潜性酸。土壤pH反映了活性酸的强度，主要由土壤溶液中的H+数量决定。土壤潜性酸是指吸附在土壤胶体表面的氢离子(H+)和铝离子(Al3+)的数量[1]。活性酸与潜性酸处于动态平衡，潜性酸是活性酸的主要后备和来源。土壤潜性酸主要包括交换性酸和水解性酸两部分：交换性酸是用pH为7.0的中性盐类溶液从土壤中浸提置换出的H+或Al3+，而水解性酸是用弱酸强碱盐溶液从土壤中浸提交换出来的H+或Al3+。土壤酸化是土壤退化的重要形式，酸沉降、盲目施化肥和人为耕垦活动是土壤酸化的重要因素。近年来，众多学者对土壤的酸化特征做了很多研究[2-5]，多集中在土壤酸碱度对土壤养分的影响上面，关于柑橘园土壤酸度与交换性氢、铝的关系研究尚鲜见报道。为此，本文就湖南省32个典型柑橘园土壤的酸度与交换性氢、铝的关系进行研究，以期揭示土壤酸化机理，为当地酸化土壤改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土样采集

本研究根据湖南省土壤类型分布状况，在常德、邵阳、怀化、郴州、永州和湘西自治州等柑橘主产区选择32个典型的柑橘园进行定点调查和采样，土壤样品包括了湖南省具有代表性的5种成土母质类型：板页岩、第四纪红色黏土、砂砾岩、石灰岩和紫色砂页岩。每个采样区采集5点以上的0～40 cm土层土壤样品，混合均匀后，按四分法分取1 kg左右土样，于室内自然风干，研磨制样，分别过0.25 mm和2 mm筛，装瓶待测。

1.2 测定指标与方法

采用电位法(水浸)测定土壤的pH值，土水质量比1∶2.5浸提；1 mol·L-1氯化钾浸提-中和滴定法测定土壤交换性酸(EA)含量。

1.3 数据处理

所有的试验数据采用Microsoft Excel 2010汇总整理，用IBM SPSS 20.0软件做统计分析，其中，相关性分析采用Pearson相关性分析，对有显著差异的处理，采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 土壤酸度的变化特征

柑橘是喜微酸性植物，最适宜生长的土壤pH值在5.5～6.5[6]。湖南省典型柑橘园土壤0～40 cm土样pH值测试结果见表1：果园土壤酸化较重，不同母质类型间pH值差异达到显著性水平，其中第四纪红色黏土的pH最高，为4.77，而板页岩的pH最低，为3.97，两者差异显著。板页岩交换性酸含量最高，为6.36 cmol·kg-1，显著高于第四纪红色黏土、石灰岩和紫色砂页岩的交换性酸含量。土壤交换性H+的含量在不同母质类型间差异不显著。不同母质类型对土壤交换性Al3+含量的影响达到显著性水平，与不同母质土壤的交换性酸含量分布相似，土壤交换性Al3+含量同样以板页岩最高，且显著高于第四纪红色黏土、石灰岩和紫色砂页岩的土壤交换性Al3+含量。土壤交换性酸和交换性Al3+的变异系数均以板页岩最小，以第四纪红色黏土最大。交换性Al3+是土壤交换性酸的主体，5种柑橘园成土母质中交换性Al3+占土壤交换性酸含量的86.60%～90.72%，而交换性H+所占比例极小，说明交换性Al3+含量的增加是湖南省柑橘园土壤酸化的主要原因。

表1 供试土壤不同母质类型的各形态酸含量

注：同列的平均值±标准差数据后无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。

2.2 pH值与交换性酸的关系

土壤pH表示的是土壤溶液中H+浓度的负对数，是土壤溶液中的活性酸部分。在强酸性土壤中，潜性酸的数量远大于活性酸，是衡量土壤酸性和改良土壤酸性的重要指标，活性酸和潜性酸之和即为土壤总酸量，通常用交换性酸总量(H+、Al3+)来表示[7]。供试柑橘园土壤pH与交换性酸的相关性见表2，土壤pH值与交换性酸、交换性H+、交换性Al3+含量间均呈极显著负相关，交换性酸与交换性H+、交换性Al3+含量间均呈极显著正相关，交换性H+与交换性Al3+含量间呈极显著正相关。

表2 柑橘园土壤pH与交换性酸的相关关系(n=32)

注：**表示相关性达到极显著水平(P< 0.01)。

2.3 pH值与交换性酸的回归方程

为进一步清晰柑橘园土壤酸度与土壤交换性酸含量的实际关系，将全部土壤pH(y)与交换性酸(交换性H+、交换性Al3+)含量(x)进行回归拟合，经检验，所拟合的回归方程均达到极显著水平，表明方程稳定可靠。研究结果(图1)表明：交换性酸含量与pH呈显著负相关关系，pH值越大，交换性酸含量越低，土壤pH主要由交换性酸所制约。在数值上，土壤pH是土壤中H+浓度的负对数，从图1可知，交换性H+含量与pH呈显著负相关关系，pH值越大，交换性H+含量越低。土壤pH与交换性Al3+的关系和土壤pH与交换性酸的关系大致相同，即交换性Al3+含量与pH呈显著负相关关系，pH值越大，交换性Al3+含量越低。

2.4 交换性酸与交换性氢、铝的回归方程

土壤交换性酸，即交换性H+和交换性Al3+的含量，是划分微酸性土壤的重要依据[8]。将全部土壤交换性酸含量(y)分别与交换性H+、交换性Al3+的含量(x)进行拟合，结果表明(图2)：土壤交换性酸含量与土壤交换性H+含量呈显著正相关关系，土壤交换性H+含量越高，交换性酸含量越大；土壤交换性酸含量与土壤交换性Al3+含量呈显著线性正相关关系，土壤交换性Al3+含量越高，交换性酸含量越大。整体来看，土壤酸度主要由土壤中交换性Al3+的含量决定，交换性H+对土壤酸度的贡献小于交换性Al3+。

图1 土壤交换性酸(交换性H+、交换性Al3+)含量与pH的关系

图2 土壤交换性酸含量与交换性H+、交换性Al3+含量的关系

3 小结与讨论

湖南省柑橘园土壤酸化严重，这可能与柑橘栽培过程中果农长期偏施化肥有关。一般认为，适宜柑橘栽培的土壤pH值为5.5～6.5[9]，对pH值较低的果园应采取土壤改良措施。合理施用石灰能够调节土壤酸碱度，改善果实品质。张影等[10]研究发现，酸性土壤施用石灰可以显著促进果树营养成分吸收，降低果实酸度，提高果实可溶性固形物与可滴定酸的比值。

土壤pH主要决定于土壤潜性酸中的交换性酸，特别是其中占绝对优势的交换性Al3+含量，受非交换性酸的影响较小。本研究显示，交换性酸中Al3+的相对比例随交换性酸总量增大而增大，土壤pH随着交换性酸含量的增大而降低。Pearson相关分析表明，土壤pH值与交换性酸、交换性H+、交换性Al3+含量间呈极显著负相关，交换性酸与交换性H+、交换性Al3+含量间呈极显著正相关，土壤酸度主要由土壤中交换性Al3+含量决定，交换性H+对土壤酸度的贡献小于交换性Al3+。