李朋飛 杜國(guó)強(qiáng) 劉超

摘要： 通過(guò)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(guān)指標(biāo)，研究該區(qū)不同成土母質(zhì)、土壤類(lèi)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(jì)80年代安徽省第二次土壤普查耕層土壤的pH值進(jìn)行對(duì)比，從空間和時(shí)間上分析土壤酸堿度特征及酸化趨勢(shì)。結(jié)果表明：研究區(qū)耕層土壤酸化趨勢(shì)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(duì)于深層土壤，66.51%的耕層土壤呈酸化;相對(duì)于20世紀(jì)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(zhǎng)期大量使用化肥有關(guān)。

關(guān)鍵詞： 酸堿度;酸化趨勢(shì);耕層土壤;淮北平原

中圖分類(lèi)號(hào)：S158.3;P642.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-1871（2019）03-234-07

土壤酸化是土壤質(zhì)量退化的一個(gè)重要因素，是國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。我國(guó)部分地區(qū)農(nóng)田土壤酸化問(wèn)題日趨嚴(yán)重[2-3]，土壤酸化是影響作物生長(zhǎng)的重要因素[4-5]。目前，國(guó)內(nèi)外主要開(kāi)展了土壤酸化機(jī)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(jī)理研究主要側(cè)重于大氣酸沉降與農(nóng)業(yè)活動(dòng)（如氮肥的使用）等方面的影響，而關(guān)于不同地質(zhì)背景土壤酸化影響的研究較少，并且關(guān)于安徽淮北平原區(qū)域土壤酸化趨勢(shì)的研究也較少。

本文通過(guò)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(lèi)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(jì)80年代安徽省第二次土壤普查的耕層土壤pH值進(jìn)行對(duì)比，從空間和時(shí)間上分析土壤酸堿度變化情況，為該區(qū)和類(lèi)似地區(qū)農(nóng)田土壤酸化科學(xué)調(diào)控、土壤生態(tài)環(huán)境保護(hù)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(biāo)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(shì)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(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)明顯，氣候溫和，光照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，雨熱同期。

Sa. 正長(zhǎng)石;OIg. 中長(zhǎng)石

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

Fig. 1 Geological sketch of the study area

區(qū)內(nèi)主要分布第四紀(jì)更新世峁塘組（Qpm）沖積亞黏土、亞黏土夾亞砂土與第四紀(jì)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(gòu)成。土壤類(lèi)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(guó)家重要商品糧基地。

2 樣品采集與測(cè)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(biāo)區(qū)域地球化學(xué)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(gè)點(diǎn)/km2;深層土壤采樣深度為150～200 cm，采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/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(cè)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(guò)篩，送國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行測(cè)試。土壤pH值采用離子選擇性電極法（ISE）測(cè)定。

3 土壤酸堿度及酸化趨勢(shì)研究方法

3.1 土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 耕層相對(duì)深層土壤酸化趨勢(shì)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(lái)源與沉積環(huán)境基本相同。通過(guò)對(duì)比耕層（表層）土壤相對(duì)深層土壤pH值變化與分布特征，可分析土壤酸化趨勢(shì)。以評(píng)價(jià)單元內(nèi)（4 km2）耕層土壤pH值與其對(duì)應(yīng)的深層土壤pH值的比值（即富集系數(shù)K）為基數(shù)，進(jìn)行土壤酸化程度分級(jí)評(píng)價(jià)。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(qiáng)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(qiáng)富集）;“1∶5萬(wàn)橫船渡幅、烏石壟幅、城安幅、郭村幅地球化學(xué)普查成果報(bào)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(qiáng)富集）”。本文采用以下方法進(jìn)行土壤酸化程度分級(jí)評(píng)價(jià)（表2）。該評(píng)價(jià)結(jié)果僅反映了耕層土壤相對(duì)于深層土壤（即土壤背景）的酸化趨勢(shì)，不具酸堿度生態(tài)含義。

3.3 土壤酸堿度歷史變化趨勢(shì)研究方法

20世紀(jì)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(lèi)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(guò)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(guò)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(jì)80年代耕層土壤pH值地球化學(xué)圖，并在圖上對(duì)應(yīng)添加本項(xiàng)目土壤采樣點(diǎn)，以本次測(cè)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(jìn)行耕層土壤酸化程度分級(jí)評(píng)價(jià)，分析研究區(qū)30 a來(lái)耕層土壤酸化趨勢(shì)，K值劃分標(biāo)準(zhǔn)及酸化程度分級(jí)同表2。

4 結(jié) 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(wú)強(qiáng)堿性土壤（表3）。與20世紀(jì)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(qiáng)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(diǎn)均超過(guò)20%）。

區(qū)域上，酸性土壤廣泛分布于河間洼地，強(qiáng)酸性土壤呈斑狀（點(diǎn)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?chē)瑓^(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(duì)深層土壤酸化趨勢(shì)

相對(duì)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(qiáng)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(lèi)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(zhǎng)地質(zhì)時(shí)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(jì)80年代以來(lái)，研究區(qū)土壤pH值呈逐年下降趨勢(shì)[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(dǎo)致土壤pH值下降;②大量使用含氯、硫、磷化學(xué)肥料，導(dǎo)致土壤中鈣、鎂、鉀、鈉等陽(yáng)離子淋溶[18-20]。全新世（Qh）近代黃泛沖積物沉積時(shí)間較短，未經(jīng)強(qiáng)烈淋溶，富含碳酸鈣，含量為5%～16%[15]，土壤酸化緩沖能力較強(qiáng)，土壤酸化不明顯。

4.3 耕層土壤酸堿度歷史變化趨勢(shì)

與20世紀(jì)80年代安徽省第二次土壤普查結(jié)果相比，研究區(qū)耕層土壤酸化明顯，酸化土壤樣點(diǎn)占62.55%，其余37.45%的樣點(diǎn)土壤酸堿度變化不明顯（表5），無(wú)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(diǎn)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(diǎn)僅占12.57%。不同土壤類(lèi)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(guān)[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(qiáng)。

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(duì)于深層土壤，66.51%的耕層土壤呈酸化;相對(duì)于20世紀(jì)80年代的耕層土壤，62.55%的耕層土壤呈酸化;相對(duì)于深層土壤和20世紀(jì)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(zhǎng)期大量使用化肥的影響。

研究區(qū)耕層土壤酸化嚴(yán)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(jié)果一致。區(qū)內(nèi)耕層土壤酸化主要由長(zhǎng)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(shí)代較長(zhǎng)，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(shí)間較短，未經(jīng)強(qiáng)烈淋溶，富含碳酸鈣（含量為5%～16%）[17]，土壤酸化緩沖能力較強(qiáng)，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(yīng)采取減少氮肥使用量，改用測(cè)土配方平衡施肥，推廣秸稈還田，提高土壤有機(jī)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(jié) 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(jì)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(qiáng)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(zhǎng)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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