常新霞 ,李文峰?

(1.云南省作物生產(chǎn)與智慧農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650201;2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 新農(nóng)村發(fā)展研究院,云南 昆明 650201)

土壤pH 值是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[1],pH 通過影響土壤養(yǎng)分的含量[2]、重金屬的遷移轉(zhuǎn)化活動(dòng)[3]、微生物和酶的活性[4]等,對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育以及地區(qū)生態(tài)環(huán)境的演化產(chǎn)生較大影響[5-6]。在我國(guó)南方水稻-油菜輪作地區(qū),作物的農(nóng)藝性狀會(huì)隨著土壤pH 值的上升而顯著增加,最適宜油菜、水稻生長(zhǎng)的pH 值分別為6.4 和6.8,油菜和水稻吸收養(yǎng)分的量則會(huì)隨著土壤pH 的上升呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)[7]。由于土壤pH 值的變化會(huì)受到海拔高度、成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地等自然因素以及土地利用方式、灌溉、施肥等[8]人為因素的共同影響,其空間分布表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性特征。因此,土壤pH 值的時(shí)間和空間分布特征以及影響因素等相關(guān)內(nèi)容的研究備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。近年來,諸多學(xué)者將傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)與地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析相結(jié)合,研究基于省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)不同尺度的土壤pH 值時(shí)空變異特征。黃至穎等[9]研究了貴州省1980—2018 年土壤pH 值的時(shí)空變化特征,發(fā)現(xiàn)與1980 年相比較,2018 年貴州省土壤pH 值小于6.5的土壤面積呈上升趨勢(shì),而土壤pH 值大于7.5 的土壤面積呈下降趨勢(shì),并且認(rèn)為氣候變化、酸雨、施肥是導(dǎo)致貴州省土壤pH 顯著降低的主要因素。鄭玉文等[10]對(duì)成都市土壤pH 值進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)成都市土壤樣本中酸化土壤的比例較低,且酸化主要發(fā)生在耕作區(qū)域。朱真令[11]將龍游縣1984 年與2009 年土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤酸化問題非常嚴(yán)重,并認(rèn)為人為因素對(duì)土壤pH 值的影響應(yīng)當(dāng)受到重視。

金沙江流經(jīng)云南省北部,東西橫跨迪慶、昭通、麗江等7 個(gè)州 (市),是云南境內(nèi)面積最大的流域。目前針對(duì)云南省金沙江流域土壤理化性質(zhì)的相關(guān)研究較少,尤其是該區(qū)域土壤pH 值的空間分布特征還不明確?；诖?本文以云南省金沙江流域 (迪慶段) 為研究區(qū)域,利用ArcGIS 軟件對(duì)土壤pH 值空間分布特征進(jìn)行研究,進(jìn)一步分析不同土地利用類型對(duì)土壤pH 值的影響,對(duì)研究區(qū)土壤的可持續(xù)利用以及相關(guān)人員有針對(duì)性的進(jìn)行土壤改良具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究以金沙江流域(迪慶段) 為研究區(qū) (圖1),迪慶作為金沙江進(jìn)入云南境內(nèi)的入口,位于云南省西北部,金沙江在德欽縣、維西縣、香格里拉縣均有分布,流經(jīng)維西縣的面積較小,境內(nèi)干流全長(zhǎng)43 萬m,流域面積達(dá)16 811 m2,占全州總面積的70%以上。分布有溫帶、寒溫帶兩種氣候類型,年平均氣溫為7.3 ℃,年降雨量達(dá)965.4 mm。土地利用方式以林地為主,其中灌木林地面積最大,耕地面積相對(duì)較小。地勢(shì)起伏較大,海拔高度在1 800～4 000 m,土壤分布具有明顯的地帶性特征,土壤類型以黃棕壤和棕壤為主,其次是紅壤。

圖1 研究區(qū)所在位置及樣本點(diǎn)分布

1.2 研究方法

本文將土壤pH 值按照堿性 (>7.5)、中性(6.5～7.5)、酸性 (<6.5) 進(jìn)行等級(jí)劃分[12],利用SPSS 軟件對(duì)土壤pH 值數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析、方差分析;利用ArcGIS 10.2 中的Geostatistic Analyst 模塊進(jìn)行趨勢(shì)面分析以及普通克里金插值,繪制研究區(qū)土壤pH 值的空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH 值描述性統(tǒng)計(jì)分析

由研究區(qū)土壤pH 值的描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知土壤pH 值為4.2～8.8,最大值和最小值均出現(xiàn)在香格里拉縣,最小值的土壤類型為紅壤,最大值的土壤類型主要為黃棕壤 (表1);平均值為7.13,表明研究區(qū)土壤整體上呈中性;變異系數(shù)為13.04%,屬于中等程度空間變異性。其中有690個(gè)樣本pH 值小于6.5,即土壤呈酸性,占樣本總量28.04%;有755 個(gè)樣本pH 值為6.5～7.5,即土壤呈中性,占樣本總量30.68%;有1 016 份樣本pH 值大于7.5,即土壤呈堿性,占樣本總量41.28%。由圖2 可知,研究區(qū)各縣土壤pH 平均值大小依次為德欽縣 (7.60) >香格里拉縣 (7.12)>維西縣 (6.10),其中德欽縣土壤pH 值最高,土壤呈堿性,維西縣土壤pH 值最低,土壤呈酸性。

表1 土壤pH 值一般統(tǒng)計(jì)特征值

圖2 金沙江中上游三縣土壤pH 平均值

2.2 土壤pH 值趨勢(shì)分析

趨勢(shì)面分析通過將采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)投影到平面上,進(jìn)而擬合出最佳的空間曲線,能夠反映土壤pH 值在東西方向 (x軸表示) 和南北方向 (y軸表示)變化的特點(diǎn)[3,13]。本文借助ArcGIS 軟件地統(tǒng)計(jì)模塊中的趨勢(shì)面分析功能獲得土壤pH 值的趨勢(shì)變化圖。由圖3 可以看出,研究區(qū)土壤pH 值自西向東(羊拉—霞若—拖頂—五境—尼西—上江—東旺—格咱—三壩—洛吉) 方向呈現(xiàn)出二階非線性趨勢(shì),即先下降后升高的趨勢(shì);自北向南方向 (羊拉—東旺—格咱—尼西—霞若—洛吉—拖頂—五境—三壩—上江) 呈現(xiàn)出一階線性趨勢(shì),即逐漸降低的趨勢(shì)。

圖3 研究區(qū)土壤pH 值的趨勢(shì)

2.3 研究區(qū)土壤pH 值空間分布特征

為了能夠直觀地反映土壤pH 的空間分布特征,利用ArcGIS 軟件的普通克里金插值法進(jìn)行空間插值,繪制研究區(qū)土壤pH 值的空間分布圖。由圖4 可以得出,金沙江流域 (迪慶段) 的酸性土壤分布較少,主要分布在香格里拉縣西南部和維西縣大部分地區(qū),堿性土壤主要分布在德欽縣東北部和香格里拉縣西部。德欽縣堿性土壤所占面積達(dá)80%以上,維西縣酸性土壤所占面積達(dá)95%以上,中性土壤有零星分布,香格里拉縣以中性土壤為主,酸性和堿性土壤均有零星分布,這與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果一致。

圖4 研究區(qū)土壤pH 值的空間分布

2.4 土地利用類型對(duì)土壤pH 值的影響

人類對(duì)于土地不同的使用方式是造成土壤pH值空間變異的重要影響因素之一[14]。研究區(qū)土地利用方式主要是林地、草地、耕地以及其他 (由于果園、村莊等土地利用方式采樣點(diǎn)較少,因此,將其歸為1 類)。由表2 可以看出,不同土地利用類型條件下土壤pH 值差異較大,研究區(qū)草地的土壤pH 均值最高 (7.50),耕地的土壤pH 均值最低(6.98)。從變異程度來看,不同土地利用類型條件下的土壤pH 值變異系數(shù)為10.80%～13.32%,均屬于中等程度的空間變異。方差分析表明,不同土地利用類型間土壤pH 值具有顯著差異,4 種土地利用類型內(nèi)土壤pH 值差異同樣顯著,且組間差距大于組內(nèi)差距。

表2 不同土地利用類型下土壤pH 值統(tǒng)計(jì)分析

3 小結(jié)與討論

云南省金沙江流域 (迪慶段) 土壤pH 值整體上呈中性,變異系數(shù)為13.04%,屬于中等程度空間變異性。各縣土壤pH 均值大小依次為德欽縣(7.60) >香格里拉縣 (7.12) >維西縣 (6.10),白致威等[15]研究顯示,云南省紅河流域的土壤整體呈弱酸性,而本研究中金沙江中上游地區(qū)土壤pH 值明顯高于紅河流域平均水平,這與研究區(qū)海拔高、氣候冷涼有關(guān),并充分體現(xiàn)出土壤pH 值空間分布的地區(qū)差異性。

趨勢(shì)面分析結(jié)果表明,研究區(qū)土壤pH 值自西向東方向呈現(xiàn)出先下降后升高的趨勢(shì);自北向南方向呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。空間插值結(jié)果表明,研究區(qū)酸性土壤面積較少,主要分布在香格里拉縣西南部和維西縣大部分地區(qū),堿性土壤主要分布在德欽縣東北部和香格里拉縣西部,德欽縣土壤主要呈堿性,維西縣土壤主要呈酸性,香格里拉縣大部分土壤呈中性,酸性和堿性土壤零星分布。

土地利用類型影響研究區(qū)土壤pH 值空間分布,表現(xiàn)為草地 (7.50) >其他 (7.13) >林地(7.11) >耕地 (6.98)。草地土壤pH 值較高,整體上呈堿性,且明顯高于其他土地利用類型,這可能是由于過度放牧、大面積開墾等人類活動(dòng)造成草地退化,出現(xiàn)鹽堿化現(xiàn)象[16-17],該結(jié)論與張維等[18]對(duì)于四川仁壽縣土壤pH 值空間變異的研究結(jié)論一致。林地土壤pH 值整體上呈中性,但林地間差異大,主要是由于研究區(qū)植被類型豐富并且林地范圍內(nèi)成土母質(zhì)和土壤質(zhì)地類型多樣,進(jìn)而導(dǎo)致不同林地間土壤pH 值差異較大。耕地土壤整體上呈酸性,可能是由于在耕作過程中長(zhǎng)期翻耕土地加速了土壤的侵蝕以及土壤有機(jī)碳的礦化過程[19],近年來化肥[20]、地膜[21]等農(nóng)業(yè)物資的大量使用也是影響耕地土壤pH 空間變異的主要因素。