南陽盆地農(nóng)耕區(qū)表層土壤酸堿度現(xiàn)狀研究

解慶鋒 周小果 馬振波 趙新雷 李勝昌 張得恩

摘要 南陽盆地土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查顯示，南陽盆地表層土壤pH呈酸性-強(qiáng)酸性，酸性-強(qiáng)酸性土壤面積占調(diào)查面積的90%以上。與全國第二次土壤普查相比，調(diào)查區(qū)表層土壤存在一定的酸化趨勢，酸性土壤主要分布在農(nóng)耕區(qū)。不同土壤類型中，灰潮土pH偏低，黃褐土、砂姜黑土、黃褐土性土次之，通過土壤垂向剖面數(shù)據(jù)分析，土壤呈酸化趨勢主要受外部環(huán)境影響，氣候條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等可能是主要因素。

關(guān)鍵詞 酸堿度;表層土壤;現(xiàn)狀;農(nóng)耕區(qū);南陽盆地

中圖分類號 S153.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）05-0069-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.019

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（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

土壤酸化是土壤質(zhì)量退化中一個重要方面，實(shí)質(zhì)是土壤因自然因素和人為因素導(dǎo)致鹽基性陽離子減少，氫、鋁離子增加，土壤pH降低，有毒金屬離子活性增大的過程[1]。土壤酸化會導(dǎo)致土壤板結(jié)，影響作物根系生長，造成農(nóng)作物產(chǎn)量降低。同時(shí)，土壤酸化會促進(jìn)土壤中重金屬活性增強(qiáng)，增加了生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。近50年來由于人為活動所導(dǎo)致的氣候變化和土地利用方式改變，過量施用氮、磷肥以及氮氧化物和硫氧化物酸沉降的發(fā)生，土壤的酸化進(jìn)程顯著加快，自20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)我國農(nóng)田土壤的pH下降了0.5[2]，主要集中在長三角地區(qū)，而且土壤酸化的周期越來越短，范圍越來越大。我國的渤海灣、四川、河南等局部地區(qū)的農(nóng)耕區(qū)土壤也呈酸化趨勢。

南陽盆地位于河南省西南部，是國家重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，是國家的商品糧、棉花生產(chǎn)基地，素有“中州糧倉”之稱。據(jù)1982年全國第二次土壤普查結(jié)果顯示，南陽盆地土壤類型主要有黃棕壤、砂姜黑土、潮土、水稻土、棕壤等，土壤pH在6.5～7.5，為中性。另據(jù)南陽市新野縣2007—2009年測土配方施肥項(xiàng)目測試結(jié)果，pH平均值為6.3，與該縣第二次土壤普查耕地土壤pH平均值（7.0）相比，下降0.7，呈現(xiàn)明顯酸化趨勢[3]。筆者利用中國地質(zhì)調(diào)查局2016—2018年在南陽盆地部署開展的土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果，對南陽盆地土壤的酸堿度現(xiàn)狀進(jìn)行研究。

1 樣品采集與測試分析

土壤按每1 km2采集1件表層樣品、采集深度為0～20 cm，每4 km2采集1件深層樣品、采集深度為150～200 cm，調(diào)查區(qū)面積1.24萬 km2，共采集表層土壤樣品12 689件、深層土壤樣品3 148件。并按4和16 km2網(wǎng)格分別對表層土壤、深層土壤樣品進(jìn)行組合加工后進(jìn)行測試分析。pH測試分析方法選用離子選擇電極法（ISE），其中表層土壤pH測試分析數(shù)據(jù)3 101個、深層土壤數(shù)據(jù)815個。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層土壤pH分布特征

通過對3 101個樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，調(diào)查區(qū)內(nèi)表層土壤pH總體偏低，平均值為5.34，最小值為4.02。由表1可知，各縣（縣級市、區(qū)）pH相差不大，最低的為唐河縣，pH平均值5.05，最小值4.22，最大值8.04;最高的為鎮(zhèn)平縣，pH平均值6.01，最小值4.02，最大值7.92，該縣pH相對較高與土壤中氧化鈣、氧化鎂含量豐富有關(guān);其他縣（縣級市、區(qū)）pH平均值在5.11～5.68。總體標(biāo)準(zhǔn)差為0.67，各縣（縣級市、區(qū)）標(biāo)準(zhǔn)差在0.41～0.94，其中標(biāo)準(zhǔn)差最高值為臥龍區(qū)，說明農(nóng)耕區(qū)與城區(qū)的pH差異較大。

根據(jù)調(diào)查區(qū)內(nèi)主要土壤類型的空間分布，分別對黃褐土、黃褐土性土、灰潮土、砂姜黑土等主要土壤類型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。從表2可以看出，調(diào)查區(qū)內(nèi)灰潮土pH平均值最低，為5.22，最小值為4.07。黃褐土和黃褐土性土在調(diào)查區(qū)內(nèi)分布較廣，pH平均值分別為5.28、5.53，最小值分別為4.02、480。砂姜黑土在調(diào)查區(qū)內(nèi)僅次于黃褐土分布的土壤類型，pH平均值為5.47，最小值為4.32。

2.2 表層土壤酸堿度評價(jià)

依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016），利用表層土壤數(shù)據(jù)按4 km2為評價(jià)單元，對研究區(qū)內(nèi)表層土壤進(jìn)行酸堿度評價(jià)，結(jié)果顯示（圖

1），東部的方城縣—唐河縣一帶和西部的內(nèi)鄉(xiāng)縣—鄧州市孟樓鎮(zhèn)一帶表層土壤pH多為強(qiáng)酸性，沿新野縣—鎮(zhèn)平縣一帶呈酸性分布，在南陽市、鎮(zhèn)平縣等城區(qū)周邊呈堿性，中性的土壤主要分布在內(nèi)鄉(xiāng)縣、鄧州市、新野縣等城區(qū)及周邊地區(qū)。調(diào)查區(qū)強(qiáng)酸性面積為4 302 km2，占調(diào)查區(qū)面積的34.69%;酸性土壤面積為7 260 km2，占調(diào)查區(qū)面積的58.55%;中性土壤面積為594 km2，占調(diào)查區(qū)面積的4.79%;堿性土壤面積為240 km2，占調(diào)查區(qū)面積的1.94%;強(qiáng)堿性土壤僅有4 km2，占調(diào)查區(qū)面積的0.03%。

2.3 土壤酸堿度變化規(guī)律

為了進(jìn)一步研究表層土壤酸化原因，對臥龍區(qū)臥龍崗鄉(xiāng)、方城縣古莊店鄉(xiāng)、泌陽縣雙廟鄉(xiāng)、唐河縣祁儀鎮(zhèn)不同層位采集的垂向剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖2），土壤中的pH隨著深度增加呈升高趨勢，表層（0～20 cm）土壤pH最低，說明土壤酸化主要由外部環(huán)境因素影響，表層土壤影響最為明顯，60 cm以下趨于穩(wěn)定，影響較弱。

20世紀(jì)80—90年代農(nóng)業(yè)部門開展的第二次土壤普查顯示（圖3），調(diào)查區(qū)土壤pH大面積呈中性分布，部分區(qū)域分布酸性和堿性土壤，平均含量為7.0左右。經(jīng)與此次調(diào)查數(shù)據(jù)對比，近20年來南陽盆地農(nóng)耕區(qū)土壤呈酸化趨勢，不同土壤類型均呈現(xiàn)不同程度的酸化?；页蓖羛H下降較為明顯，其次是黃褐土和黃褐土性土，砂姜黑土pH下降相對較小，但也下降了2個單位。人口較為集中的南陽市區(qū)及縣城出現(xiàn)pH升高現(xiàn)象，城區(qū)pH升高可能由于城市化中機(jī)械壓實(shí)、人為擾動、踐踏等影響，土壤容重增加、通氣性、持水空隙降低等物理性質(zhì)的變化，凈化功能喪失。另外，建筑廢棄物、水泥、磚塊和其他堿性混合物的鈣釋放，大量含碳酸鈣和碳酸

鎂的灰塵沉降，通過含石灰質(zhì)的混凝土等徑流影響，造成了城區(qū)土壤堿化現(xiàn)象。

2.4 酸化成因初步探討

南陽盆地處亞熱帶向溫帶的過渡地帶，屬于季風(fēng)大陸濕潤半濕潤氣候，四季分明。年平均氣溫14.4～15.7 ℃，日最高氣溫35 ℃以上的高溫期有23～32 d，是全省熱量最豐富的地區(qū)之一。年降雨量703.6～1 173.4 mm，自東南向西北遞減，月降水量呈單峰變化趨勢，7月份月降水量占年均降水量的25%，年降水量呈波動增加趨勢。氣

溫較高與降水集中導(dǎo)致了該地區(qū)呈現(xiàn)出年際豐枯變化頻繁，年平均蒸發(fā)量約為964 mm。當(dāng)降水量大于蒸發(fā)量，土壤濕度增加。在水、熱兩因子共同作用下，土壤淋溶過程較強(qiáng)烈，土壤溶液中鹽基離子易隨水滲濾向下移動，使土壤鹽基飽和度下降、氫飽和度增加，隨著土壤溶液中氫離子和土壤膠體上被吸附的鹽基離子交換，出現(xiàn)交換性鋁，可能為土壤酸化的因素。

另外，調(diào)查區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)耕作制度為一年兩熟，夏季糧食作物以小麥為主，秋季主要為玉米、花生、大豆等。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的長期耕作、灌溉施肥，特別是氮肥，在土壤中轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，而銨態(tài)氮的硝化作用引起土壤酸化，使不同土壤pH降低[4]。由于灌水土層全面濕潤且水分含量較高，水分既可向下運(yùn)動至較深土層，在地表強(qiáng)烈蒸發(fā)條件下也會向上運(yùn)動以補(bǔ)充表層土壤水分損失[5-7]。在此過程中，較多的氫、鋁、硝酸根等致酸離子及其他鹽基離子能夠隨水移動至較深層次[8-10];但各種離子的賦存形態(tài)、電荷數(shù)量及離子半徑不同，

其移動性差異明顯。交換能力較強(qiáng)的氫離子、鋁離子結(jié)合到土壤膠體表面交換位點(diǎn)上，導(dǎo)致土壤致酸離子飽和度上升[11-12]，從而對土壤酸堿度會造成一定的影響。

3 結(jié)語

該研究利用南陽盆地土地質(zhì)量調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合行政區(qū)劃和土壤類型，研究了南陽盆地農(nóng)耕區(qū)土壤酸堿度現(xiàn)狀及分布特征。通過與土壤垂向剖面、全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)對比，南陽盆地農(nóng)耕區(qū)表層土壤呈現(xiàn)一定的酸化趨勢。并結(jié)合氣候條件、耕作措施等方面對酸化成因進(jìn)行了初步探討，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境防控具有一定的指導(dǎo)意義。

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