洪湖市土壤酸碱度趋势分析及影响因素.pdf
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1、第44卷第2 期2023年6 月DOI:10.16788/j.hddz.32-1865/P.2023.02.008引用格式:郑雄伟,张响荣,王瑞杰,等.洪湖市土壤酸碱度趋势分析及影响因素 JI.华东地质,2 0 2 3,44(2):197-2 0 5.(ZHENGX W,ZHANG X R,WANG R J,et al.Trend analysis and influencing factors of soil pH in Honghu City,Hubei ProvinceJJ.East China Geology,2023,44(2):197-205.)华东地质EAST CHINA GEO
2、LOGY洪湖市土壤酸碱度趋势分析及影响因素Vol.44No.2Jun.2023郑雄伟1,张响荣,王瑞杰1,王晓龙3,孙为国1(1.湖北省地质局地球物理勘探大队,湖北武汉430 0 56;2.湖北省地质实验测试中心,湖北武汉430 0 34;3.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京2 10 0 0 8)摘要:洪湖市土地质量地球化学评价工作获得了大量地球化学数据,对近4年所取得的数据进行整体研究,系统分析了所属各乡镇农用地土壤酸碱度。结果表明:该市土壤酸碱度总体特征表现为南部、北部乡镇的土壤酸碱度大于中部乡镇;土壤pH值从西向东逐渐升高,从北向南变化不明显;不同类型土壤对土壤酸碱度的影响由大到
3、小依次为:沙土型潮土沙土型灰潮土 浅色草甸土二壤土型灰潮土灰潮土田 黏土型灰潮土浅灰潮土田灰青泥田 壤土型潮土 烂泥田 青泥田 黏土型潮土 浅潮土田 黄棕壤;不同成土母质的pH值由大到小依次为:河流冲积物湖泊沉积物 第四系黏土沉积物 河流沉积物红砂岩风化物。洪湖市土壤平均pH值在198 2 2 0 0 7 年降低了0.8 7 个单位,在2 0 0 7 2 0 14年升高了0.35个单位,在2 0 142 0 19年又升高了0.47 个单位。该研究成果可为地方政府开展耕地质量保护、耕地酸化治理、农业产业结构调整等提供决策参考。关键词:土壤酸碱度;土壤类型;成土母质;湖北省洪湖市中图分类号:S15
4、3.4文献标识码:A文章编号:2 0 9 6-18 7 1(2 0 2 3)0 2-19 7-0 9近年来,农用地质量建设受到各地的高度重视,有关农用地养分变化趋势的研究报道较多 1-5,但对农用地理化性状变化趋势的研究报道则相对较少。土壤酸碱性是土壤许多化学性质的综合体现 6-7,其动态变化不仅反映土壤肥力状况,还指示土壤微生物活性和土壤养分的有效性,同时也是调控土壤中重金属元素形态与迁移的限制因子,对植物生长发育及区域生态环境质量演变有着重要影响 8-12 。自然状态下的土壤酸碱性主要受成土因子控制,其酸化的过程是十分缓慢的,pH值每下降一个单位往往需要上百年甚至上千年的时间。然而近几十年
5、来,快速的城市化、工业化及不合理的农业管理措施等高强度的人为干扰活动加速了土壤酸化进程 13-18 。为了进一步揭示洪湖市农用地理化性状特征,作者通过对近四年来“湖北省“金土地”工程(洪湖1一3期)”和“洪湖市全域土地质量地球化学评价暨地方特色农业硒资源调查”项目成果资料的分析研究,以表层土壤为研究对象,探讨农用地pH值变化趋势及其影响因子,这对于指导洪湖市及类似地区的工农业生产及其布局、制定土壤酸化控制对策等具有重要的理论和现实意义。1研究区概况研究区为湖北省中南部的洪湖市,位于长江中游北岸、江汉平原东南端,面积2 519km,拥有新堤、滨湖两个街道办事处,螺山、乌林、龙口、燕窝、新滩、峰口
6、、曹市、府场、戴家场、瞿家湾、沙口、万全、汉河、黄家口14个镇,老湾回族乡1个乡,大同湖、大沙湖、小港3个管理区(农场),共计2 0 个乡镇*收稿日期:2 0 2 1-0 7-2 3基金项目:湖北省财政资金项目“湖北省“金土地”工程-高标准基本农田地球化学调查(编号:HBJTD20140107、H BJT D 2 0 16 0 110、H BJT D20170106)与“洪湖市全域土地质量地球化学评价暨地方特色农业硒资源调查(编号:洪土资函 2 0 19 12 号)”等项目联合资助。第一作者简介:郑雄伟,198 6 年生,男,高级工程师,博士生,主要从事生态环境地球化学调查工作。Email:4
7、9392 8 6 35 q q.c o m。通信作者简介:张响荣,198 4年生,女,工程师,硕士,主要从事样品分析测试工作。Email:30 10 12 2 39q q.c o m。修订日期:2 0 2 2-11-2 2责任编辑:叶海敏198办区和洪湖经济开发区,下辖32 个居民委员会。研究区属长江泛滥平原,地势呈NW向SE缓倾斜,呈南北高、中间低、广阔平坦的地貌;海拔大多在2 32 8 m,最高点是螺山主峰,海拔6 0.48 m;最低点是沙套湖底,海拔17.9m。区内地层属扬子地层区,第四系全新统分布广泛,分为冲积、湖积、湖冲积、沼泽沉积等4种成因类型。本区地质构造简单,总体构造线方向为N
8、E向 19-2 1。研究区土壤分为水稻土、潮土、黄棕壤、草甸土4个土类,浅潮土田、浅灰潮土田、灰潮土田、青泥田、灰青泥田、烂泥田、沙土型潮土、壤土型潮土、黏土型潮土、沙土型灰潮土、壤土型灰潮土、黏土型灰潮土、黄棕壤、浅色草甸土14个亚类,以水稻土和潮土为主,占全区面积的96.5%,而在河滩有少量面积的草甸土分布。区内土壤分布呈一定的规律性,主要受长江和汉水泛滥时沉积的影响,离河床愈近则分布的土壤质地愈轻;反之,土壤质地愈黏重。华东地质土壤分布还随着地势变化而变化,地势越低,土壤潜育化程度越强。土壤的成土母质主要为河流冲积物,从上向下土壤类型以沙土型灰潮土、壤土型灰潮土、黏土型灰潮土和浅灰潮土田
9、为主,浅潮土田、灰潮土田零星分布。低湿平地的成土母质为河湖相沉积物,土壤类型为青泥田和灰青泥田。滨湖滩(洼)地的成土母质为湖泊沉积物,土壤类型为烂泥田。孤立长江边上的黄蓬山、螺山两个小丘包,土壤类型为第四系黏土黄棕壤,黄蓬山尚有浅黄棕壤性第四系黏土田分布。长江洲滩是湖滩浅草甸土集中分布地区 2 2-2 5。在成土母质中,湖泊沉积物面积192.46 km,占总面积的9.93%;河流冲积物面积12 0 8.8 6 km,占总面积的6 2.36%;河湖相沉积物面积46 9.37 km,占总面积的2 4.2 1%;第四系黏土沉积物面积64.19km,占总面积的3.31%;红砂岩风化物面积3.54km,
10、占总面积的0.18%。2023年N新滩镇府场镇曹市镇大同管理峰口镇黄家广镇具戴家场镇沙瞿家湾镇小湾管理区大沙管理区全镇汉河镇老湾回族乡龙镇武汉市洪湖市。林镇1水稻土淹育型水稻土浅潮土田共湖市浅灰潮土田2潮土猪育型水稻土2潮土浅灰潮土田2壤土型潮土灰潮土田8河滩浅色草甸土2黏土型潮土潜育型水稻土2灰潮土山镇16 kmL图1研究区土壤分布图Fig.1 Soil distribution map of the study area学评价,其中表层土壤样共采集10 2 57 件(含湖泊2楼数据来源2.1调查单位与时间本次研究样品基于1:50 0 0 0 土地质量地球化灰青泥田沼泽型水稻田2黏土型灰潮土
11、烂泥田7黄棕壤团黄棕壤8草甸土8浅色草甸土青泥田2沙土型灰潮土沉积物2 7 件),采样密度为5件/km。研究数据来源于2 0 14一2 0 19年2 个部分的调查工作:湖北省地质局地球物理勘探大队在2 0 14年、2 0 16 年、2 0 192壤土型灰潮土第44卷第2 期年开展的湖北省“金土地”工程(洪湖一期、洪湖二期)、洪湖市全域土地质量地球化学评价暨地方特色农业硒资源调查,分别获得了1545个、1510 个、府场镇曹市镇戴家场镇沙口镇瞿家湾镇(2 0 19年已工作区域)四期工作区范围(物探队)洪湖市螺山镇图2 研究区调查单位与时间分布图Fig.2 Survey units at diff
12、erent time in the study area郑雄伟,等:洪湖市土壤酸碱度趋势分析及影响因素5302个样品分析数据 2 6-2 8 ;湖北省地质局第四地质大队在2 0 17 年开展的湖北省“金土地”工程(洪湖三期)获得了190 0 个样品分析数据 2 91(图2)。新滩镇(2 0 17 年已工作区域)三期工作区范围(四队)(2 0 16 年已工作区域)期工作区范围(物探队)峰口镇万全镇一期工作区范围(物探队一汉河镇小湾管理区乌林镇0199N大同管理区燕窝镇一黄家口镇(2 0 14年已工作区域)老湾回族乡龙口镇乡镇界线乡镇地名2014年工作区范围(物探队)2016年工作区范围(物探队)
13、16km大沙管理区2017年工作区范围(四队)2019年工作区范围(物探队)2.2样品处理及分析方法样品加工包括样品干燥、过筛、装样、填写送样单、编制样品编号图、送样等步骤。在国土资源部武汉综合岩矿测试中心对土壤样品进行测试分析,分析测试过程中的质量控制严格按照中国地质调查局DZ/T02582004多目标区域地球化学调查规范(1:250000)30 1执行。依据分析质量要求,pH值采用ISE分析方法,检出限为0.1,总体合格率为10 0%。3农用地土壤酸碱度现状3.1酸碱度总体特征历时4年的土壤调查工作,系统对研究区主要农用地开展了土壤酸碱度调查,基本掌握了土壤酸碱度现状。研究表明,该区土壤总
14、体呈碱性,pH值平均值为7.7 5(图3)。其中,pH值 7.5的样点数占有7 5.30%,燕窝镇的pH值最高,达到7.93;洪湖水域、小港管理区pH值均 7.0,呈中性-碱性;其它乡镇为碱性(表1)。3.2不同土壤类型pH值采用平均值法对不同土壤类型的pH值进行分8.07.67.26.8图3研究区土壤pH值(平均值)柱状图Fig.3 Soil pH value(average value)bar chart of thestudy area析,pH值平均值如表2 所示。通过不同土壤类型pH值平均值统计结果可知,各类土壤类型中pH值为沙土型潮土 沙土型灰潮土 浅色草甸土=壤土型灰潮土灰潮土田
15、黏土型灰潮土 浅灰潮土田灰青泥田 壤土型潮土烂泥田 青泥田 黏土型潮土 浅潮土田 黄棕壤。土壤类型对土壤酸碱度影响较大,潮土主要是中性一碱性土壤,黄棕壤主要是酸性土壤。口惠家老龙螺帘200土壤酸碱性pH值大同湖管理戴家场镇、小乡镇区、大沙湖管港管理区理区样点数/个39表2 研究区不同土壤类型pH值平均值统计表Table 2 Statistical pH value of different soil types in the study area土壤类型浅潮土田浅灰潮土田灰潮土田青泥田灰青泥田烂泥田沙土型潮土平均值3.3不同成土母质土壤pH值采用平均值法对样本进行分析,同类土壤类型但不同成土母
16、质的土壤pH值也有差异。不同成土母质土壤pH值由大到小依次为:河流冲积物 湖泊沉积物 第四系黏土沉积物 河湖相沉积物红砂岩风化物(图4)。8.07.6值7.26.86.4图4研究区不同成土母质土壤pH值柱状图Fig.4Bar chart of pH values of different parent mate-rials in the studyarea4土壤酸碱度时空分布特征4.1土壤酸碱度空间分布特征研究区共采集表层土壤样10 2 57 件,土壤酸碱华东地质表1研究区各乡镇土壤酸碱度统计表Table 1SStatistical soil pH value in the towns of
17、the study area强酸性酸性4.55.55.56.5466pH值土壤类型7.08壤土型潮土7.71黏土型潮土7.98沙土型灰潮土7.28壤土型灰潮土7.58黏土型灰潮土7.50黄棕壤8.22浅色草甸土7.752023年中性碱性6.57.57.58.5黄家口镇、汉河镇、峰口镇、万全镇、燕窝镇、新滩镇、乌林镇、龙口镇、曹市洪湖水域镇、府场镇、瞿家湾镇、沙口镇、螺山镇、老湾回族乡14个乡镇2028度变化较大,以中性-碱性土壤为主,土壤pH值表现从西向东逐渐升高,从北向南变化则不明显,但pH值南部、北部大于中部地区。7.554.2典型乡镇土壤酸碱度垂向变化特征7.268.118.027.75
18、6.278.027724垂剖样品土壤酸碱度是研究土壤酸碱度空间分布的有效方法。本文选择4个乡镇典型土壤垂向剖面为研究对象,系统分析了0 2 0 0 cm的土壤垂向地球化学指标变化情况(图5)。水稻土的典型剖面位于沙口镇刘桥村和戴家场镇小塔埠村,属于淹育型水稻土。此类土壤在水稻种植区分布较广,土壤母质为湖泊沉积物,整个层体呈上下过渡关系,界限模糊。0 2 5cm深度内有腐殖质存在,颜色为灰色;2 5150 cm深度内均为黏土;150 cm深度内为灰棕色黄棕壤,以含较多铁锰质为特征。潮土的典型剖面位于万全镇南北岭村和黄家口镇创建村,属于壤土型灰潮土。此类土壤在全区分布最广,土壤母质为河流沉积物,整
19、个层体呈上下过渡关系,界限比较清晰。0 10 cm深度内有腐殖质存在,下部向犁底层过渡,总厚度18 cm,为灰黄色壤黏土,有较多根系;淀积层深度为18 35cm,小块结构,土层较紧;母质层上层为灰黄色砂黏土,中间夹37 cm厚的细砂层,母质层下部为暗黄色砂黏土,有少量铁锰斑点。无论是水稻土还是潮土,垂向剖面样品土壤pH值表现为大体上随深度的减小而降低,表层酸性更强,主要由于表层土壤酸度更容易受氮肥施用、酸雨等的影响而变酸。同时,水稻土表层土壤逐步变为中性,潮土逐步变为酸性,pH值表现为潮土水稻土,这是因为稻田淹水使土壤趋于中性,而潮土主要是旱作土壤,这与公认结论一致。4.3近30 年来土壤酸碱
20、度变化特征依据第二次土壤普查(198 2 年)31、测土配方第44卷第2 期施肥(2 0 0 7 年)32 1和前述的土地质量评价项目的数据,本文分析了洪湖市土壤酸碱度变化趋势(表3)。250(a)200W/1501005006.0250(c)200W/150100506.0(a).沙口镇刘桥村水稻土;(b).戴家场镇小塔埠村水稻土;(c).万全镇南北岭村潮土;(d).黄家口镇创建村潮土Fig.5 Variable trend graph of soil pH values in vertical profile of main towns in the study area郑雄伟,等:洪湖市
21、土壤酸碱度趋势分析及影响因素将不同时期的土壤pH值差值折合到每年的变化量定义为土壤pH值变化速率。250(b)20015010050106.57.0pH值6.57.0pH值图5研究区主要乡镇垂直剖面土壤pH值变化趋势图2017.58.07.58.08.58.56.0250(d)2001501005006.06.56.57.0pH值7.07.5pH值7.58.08.08.58.5表3研究区不同时期土壤pH值变化速率Table3Variation rate of soil pH value in different periods of the study area年份样品数/个pH平均值直pH最
22、高值pH最低值pH值变化速率pH值变化速率平均值1982年7.852007年60782014年15402019年5302注:198 2 年、2 0 0 7 年数据为全市统计数据;2 0 15年数据仅包括汉河镇、黄家口镇、小港管理区统计数据;2019年数据包括螺山镇、乌林镇、龙口镇、曹市镇、府场镇、戴家场镇、瞿家湾镇、沙口镇、大同湖农场、大沙湖农场、老湾回族乡11个乡镇以及洪湖水域、新堤、滨湖办事处统计数据。研究表明,研究区19 8 2 一2 0 0 7 年土壤平均pH值降低了0.8 7 个单位,降幅为11.1%。土壤酸化是本区耕地改良的突出问题,2 0 0 7 年与198 2 年前比较,全面酸
23、化,酸性土壤面积大幅度增加。土壤酸化导致金属元素的化学形态或存在形式变化,造成农田生态环境恶化。20072014年土壤pH值升高0.35个单位,20142019年土壤pH值升高了0.47 个单位,这12年内土壤pH值的不断升高与近年来当地政府重视,在洪湖地区陆续实施了测土配方施肥等项目,加大了土壤酸化治理力度有关。6.987.337.807.448.808.886.624.234.154.4二土壤酸化成因与建议4.4.1施肥结构和田间管理长期的不合理施肥,特别是农业生产中长期施用硫酸铵、氯化钾、氯化铵等酸性和生理酸性肥料,可以造成土壤酸化。如洪湖市农业农村局的技术人员在洪湖市开展测土配方施肥项
24、目研究发现,洪湖市化肥的不合理施用主要表现在化肥总施用量过大和氮、磷、钾比例失调,其中氮肥施用量占绝对优势。而洪湖市的氮肥又以铵态氮肥为主,NHt离子进入土壤后经过一系列的转化过程最终造成土壤H+离子增加,特别是在酸缓冲能力较弱的土0.870.350.470.0350.050.09202壤上,会出现严重的酸化 32 。同时,在过去的几十年里,洪湖市农业机械化得到普及,大量的秸秆在作物收割过程中直接归还土壤 33,可能会导致土壤酸碱性变化,但是变化的趋势和程度还有待于进一步研究。4.4.2城市化因素在过去的几十年里社会经济快速发展,洪湖市的城市化进程不断加快,已经成为武汉城市圈观察员城市。人口不
25、断增加 34导致的废水增加,已经成为局部地区土壤急剧酸化的重要因素。生活废水排人土壤,固体废弃物中所含酸性物质通过大气扩散或降水淋滤后也直接进入土壤,这些都将直接引起土壤pH值下降。洪湖市生态环境局的技术人员在洪湖市的研究发现,企业周围土壤比大田土壤pH值平均低0.14个单位,两者差异显著 35-36 。4.4.3建议农业生产中以施有机肥为主,实施测土配方施肥,亩施10 0 0 2 0 0 0 kg腐熟有机肥料,在整地前作底肥施。增施有机肥可以改良土壤,培肥地力,同时对土壤过酸过碱均具有一定的缓冲作用。有条件的地方,恢复烧火灰习惯补充农家肥。在合理施用有机肥料的基础上,按土壤按作物需求进行测土
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