南阳盆地农耕区表层土壤酸碱度现状研究

2021-04-16解庆锋周小果马振波赵新雷李胜昌张得恩

安徽农业科学 2021年5期

解庆锋周小果马振波赵新雷李胜昌张得恩

摘要南阳盆地土地质量地球化学调查显示，南阳盆地表层土壤pH呈酸性-强酸性，酸性-强酸性土壤面积占调查面积的90%以上。与全国第二次土壤普查相比，调查区表层土壤存在一定的酸化趋势，酸性土壤主要分布在农耕区。不同土壤类型中，灰潮土pH偏低，黄褐土、砂姜黑土、黄褐土性土次之，通过土壤垂向剖面数据分析，土壤呈酸化趋势主要受外部环境影响，气候条件、农业生产等可能是主要因素。

关键词酸碱度;表层土壤;现状;农耕区;南阳盆地

中图分类号 S153.4文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）05-0069-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.019

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Status of Surface Soil Acidity and Alkalinity in Agricultural Areas of Nanyang Basin

XIE Qing-feng1，2，3，ZHOU Xiao-guo1，3，MA Zhen-bo1，3 et al

（1. Henan Institute of Geological Survey，Zhengzhou，Henan 450001;2. Henan Institute of Geological Sciences，Zhengzhou，Henan 450001;3.Henan Geochemical Ecological Restoration Engineering Research Center，Zhengzhou，Henan 450001）

Abstract The investigation showed that the land quality Geochemical Survey in Nanyang Basin，the pH showed acid-strong acid of surface soil in Nanyang Basin，acid-strong acid soil area more than 90% of the investigated areas. Compared with the second nation-wide soil survey，there was a certain acidification trend in the surface soil of the survey area， acid soil was mainly distributed in farming area.In different soil types，the pH of limonitic soil was lower than that of yellow cinnamon soil， Shajiang black soil and yellow cinnamon soil.Through the analysis of soil vertical profile data， the soil acidification trend was mainly affected by the external environment， and climatic conditions and agricultural production may be the main factors.

Key words Acidity and alkalinity;Surface soil;Status;Farming area;Nanyang Basin

土壤酸化是土壤质量退化中一个重要方面，实质是土壤因自然因素和人为因素导致盐基性阳离子减少，氢、铝离子增加，土壤pH降低，有毒金属离子活性增大的过程[1]。土壤酸化会导致土壤板结，影响作物根系生长，造成农作物产量降低。同时，土壤酸化会促进土壤中重金属活性增强，增加了生态环境风险。近50年来由于人为活动所导致的气候变化和土地利用方式改变，过量施用氮、磷肥以及氮氧化物和硫氧化物酸沉降的发生，土壤的酸化进程显著加快，自20世纪80年代到21世纪我国农田土壤的pH下降了0.5[2]，主要集中在长三角地区，而且土壤酸化的周期越來越短，范围越来越大。我国的渤海湾、四川、河南等局部地区的农耕区土壤也呈酸化趋势。

南阳盆地位于河南省西南部，是国家重要的粮食主产区，是国家的商品粮、棉花生产基地，素有“中州粮仓”之称。据1982年全国第二次土壤普查结果显示，南阳盆地土壤类型主要有黄棕壤、砂姜黑土、潮土、水稻土、棕壤等，土壤pH在6.5～7.5，为中性。另据南阳市新野县2007—2009年测土配方施肥项目测试结果，pH平均值为6.3，与该县第二次土壤普查耕地土壤pH平均值（7.0）相比，下降0.7，呈现明显酸化趋势[3]。笔者利用中国地质调查局2016—2018年在南阳盆地部署开展的土地质量地球化学调查成果，对南阳盆地土壤的酸碱度现状进行研究。

1 样品采集与测试分析

土壤按每1 km2采集1件表层样品、采集深度为0～20 cm，每4 km2采集1件深层样品、采集深度为150～200 cm，调查区面积1.24万 km2，共采集表层土壤样品12 689件、深层土壤样品3 148件。并按4和16 km2网格分别对表层土壤、深层土壤样品进行组合加工后进行测试分析。pH测试分析方法选用离子选择电极法（ISE），其中表层土壤pH测试分析数据3 101个、深层土壤数据815个。

2 结果与分析

2.1 表层土壤pH分布特征

通过对3 101个样本数据进行统计，调查区内表层土壤pH总体偏低，平均值为5.34，最小值为4.02。由表1可知，各县（县级市、区）pH相差不大，最低的为唐河县，pH平均值5.05，最小值4.22，最大值8.04;最高的为镇平县，pH平均值6.01，最小值4.02，最大值7.92，该县pH相对较高与土壤中氧化钙、氧化镁含量丰富有关;其他县（县级市、区）pH平均值在5.11～5.68。总体标准差为0.67，各县（县级市、区）标准差在0.41～0.94，其中标准差最高值为卧龙区，说明农耕区与城区的pH差异较大。

根据调查区内主要土壤类型的空间分布，分别对黄褐土、黄褐土性土、灰潮土、砂姜黑土等主要土壤类型进行了统计分析。从表2可以看出，调查区内灰潮土pH平均值最低，为5.22，最小值为4.07。黄褐土和黄褐土性土在调查区内分布较广，pH平均值分别为5.28、5.53，最小值分別为4.02、480。砂姜黑土在调查区内仅次于黄褐土分布的土壤类型，pH平均值为5.47，最小值为4.32。

2.2 表层土壤酸碱度评价

依据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016），利用表层土壤数据按4 km2为评价单元，对研究区内表层土壤进行酸碱度评价，结果显示（图

1），东部的方城县—唐河县一带和西部的内乡县—邓州市孟楼镇一带表层土壤pH多为强酸性，沿新野县—镇平县一带呈酸性分布，在南阳市、镇平县等城区周边呈碱性，中性的土壤主要分布在内乡县、邓州市、新野县等城区及周边地区。调查区强酸性面积为4 302 km2，占调查区面积的34.69%;酸性土壤面积为7 260 km2，占调查区面积的58.55%;中性土壤面积为594 km2，占调查区面积的4.79%;碱性土壤面积为240 km2，占调查区面积的1.94%;强碱性土壤仅有4 km2，占调查区面积的0.03%。

2.3 土壤酸碱度变化规律

为了进一步研究表层土壤酸化原因，对卧龙区卧龙岗乡、方城县古庄店乡、泌阳县双庙乡、唐河县祁仪镇不同层位采集的垂向剖面数据进行分析，结果发现（图2），土壤中的pH随着深度增加呈升高趋势，表层（0～20 cm）土壤pH最低，说明土壤酸化主要由外部环境因素影响，表层土壤影响最为明显，60 cm以下趋于稳定，影响较弱。

20世纪80—90年代农业部门开展的第二次土壤普查显示（图3），调查区土壤pH大面积呈中性分布，部分区域分布酸性和碱性土壤，平均含量为7.0左右。经与此次调查数据对比，近20年来南阳盆地农耕区土壤呈酸化趋势，不同土壤类型均呈现不同程度的酸化。灰潮土pH下降较为明显，其次是黄褐土和黄褐土性土，砂姜黑土pH下降相对较小，但也下降了2个单位。人口较为集中的南阳市区及县城出现pH升高现象，城区pH升高可能由于城市化中机械压实、人为扰动、践踏等影响，土壤容重增加、通气性、持水空隙降低等物理性质的变化，净化功能丧失。另外，建筑废弃物、水泥、砖块和其他碱性混合物的钙释放，大量含碳酸钙和碳酸

镁的灰尘沉降，通过含石灰质的混凝土等径流影响，造成了城区土壤碱化现象。

2.4 酸化成因初步探讨

南阳盆地处亚热带向温带的过渡地带，属于季风大陆湿润半湿润气候，四季分明。年平均气温14.4～15.7 ℃，日最高气温35 ℃以上的高温期有23～32 d，是全省热量最丰富的地区之一。年降雨量703.6～1 173.4 mm，自东南向西北递减，月降水量呈单峰变化趋势，7月份月降水量占年均降水量的25%，年降水量呈波动增加趋势。气

温较高与降水集中导致了该地区呈现出年际丰枯变化频繁，年平均蒸发量约为964 mm。当降水量大于蒸发量，土壤湿度增加。在水、热两因子共同作用下，土壤淋溶过程较强烈，土壤溶液中盐基离子易随水渗滤向下移动，使土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加，随着土壤溶液中氢离子和土壤胶体上被吸附的盐基离子交换，出现交换性铝，可能为土壤酸化的因素。

另外，调查区内农业耕作制度为一年两熟，夏季粮食作物以小麦为主，秋季主要为玉米、花生、大豆等。农业生产中的长期耕作、灌溉施肥，特别是氮肥，在土壤中转化为铵态氮，而铵态氮的硝化作用引起土壤酸化，使不同土壤pH降低[4]。由于灌水土层全面湿润且水分含量较高，水分既可向下运动至较深土层，在地表强烈蒸发条件下也会向上运动以补充表层土壤水分损失[5-7]。在此过程中，较多的氢、铝、硝酸根等致酸离子及其他盐基离子能够随水移动至较深层次[8-10];但各种离子的赋存形态、电荷数量及离子半径不同，

其移动性差异明显。交换能力较强的氢离子、铝离子结合到土壤胶体表面交换位点上，导致土壤致酸离子饱和度上升[11-12]，从而对土壤酸碱度会造成一定的影响。

3 结语

该研究利用南阳盆地土地质量调查数据，结合行政区划和土壤类型，研究了南阳盆地农耕区土壤酸碱度现状及分布特征。通过与土壤垂向剖面、全国第二次土壤普查数据对比，南阳盆地农耕区表层土壤呈现一定的酸化趋势。并结合气候条件、耕作措施等方面对酸化成因进行了初步探讨，对当地的农业生产及生态环境防控具有一定的指导意义。

参考文献

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