摘要：
为研究山东省胶东地区土壤酸化现状，从威海市、烟台市等13个地区共计132个采样点采集0~20 cm和20~40 cm土壤样品，采用全国第2次土壤普查土壤酸度分级标准来评价土壤酸化情况。结果表明：胶东地区土壤酸化严重，土壤潜性酸[以pH(KCl)计]在3.71~5.14，交换性酸平均值为0.30~1.78 cmol/kg，活性酸[以pH(H2O)计]大多分布在4.5~5.5，为酸性土壤；除个别地区外，胶东地区0~20 cm和20~40 cm土层之间的土壤潜性酸含量呈极显著正相关(r=0.760 8，P＜0.01)，活性酸含量也呈极显著正相关(r=0.787 5，P＜0.01)，而交换性酸含量无显著相关性；在0~20 cm土层，胶东地区pH＜5.5的土壤面积占总面积78.79%；在20~40 cm土层，pH＜5.5的土壤面积占总面积75.00%。
Abstract：
In order to study current situation of soil acidification of Jiaodong area in Shandong Province, soil samples of 0~20 cm and 20~40 cm from 132 sampling points in 13 areas including Weihai City, Yantai City, etc. are collected, the grading standard of the soil acidity of the second national soil survey are used to evaluate soil acidification conditions. The results show that soil acidification in Jiaodong area is serious, soil potential acid [based on pH(KCl)] is 3.71~5.14, average content of soil exchangeable acid is 0.30~1.78 cmol/kg, soil active acid [based on pH(H2O)] is distributed mostly in 4.5~5.5, being acidic soil; apart from some areas, the content of soil potential acid between 0~20cm and 20~40cm in Jiaodong area is significant positive correlated (r=0.760 8, P < 0.01), the content of soil active acid is significant positive correlated (r=0.787 5, P < 0.01), too, but the content of soil exchangeable acid has no significant correlation; in 0~20 cm soil layer, the percentage of soil area in Jiaodong area which pH < 5.5 is 78.79% of total soil area; in 20~40 cm soil layer, the percentage of soil area which pH < 5.5 is 75.00% of total soil area.
近年来，我国土壤酸化情况相当严重，已成为影响农业生产和生态环境的一个重要因素[1]。除我国南方土壤本身偏酸性和酸化现象较严重外，我国北方山东省胶东地区土壤也有明显的酸化趋势[2-3]。胶东地区狭义范围指烟威地区，土地面积14 500 km2，盛产冬小麦、大豆、玉米、苹果、梨、葡萄、大樱桃、蓝莓等，是山东省重要的粮食作物和水果生产地区，在农业生产中占有较重要的地位。近年来，由于过量施用化肥，有机肥和微量元素用量不足[4]，导致盐基离子淋失、土壤交换性Al3+和H+增多[5]，以及酸雨和大量酸性气体的排放等原因导致该地区土壤酸化严重。
土壤酸化不仅影响肥料的有效性，使一些抑制土壤病菌的有益微生物活性降低，导致作物发生病虫害及生理病害等，而且影响作物的正常生长发育，进而影响作物的产量和品质[6]；土壤酸化还会导致土壤矿物质营养元素的流失，使土壤退化加剧[7]。因此，调查胶东地区土壤酸化现状刻不容缓。为此，于2015年3月至4月从威海市、烟台市等13个地区132个采样点采集了0~20 cm和20~40 cm土样样品264份，采用全国第2次土壤普查土壤酸度分级标准来评价胶东地区土壤酸化现状，为胶东地区土壤酸化的防治提供依据，同时也为科学合理施肥、提高作物的产量和品质提供理论基础。
1
材料与方法
1.1
研究区域概况
研究区域位于山东省胶东地区威海市和烟台市，地处东经119°45′~122°42′、北纬36°35′~37°50′，海拔500 m以下。由于受海洋的影响，与同纬度的内陆相比，该地区气候温和，气温变幅较小，年平均气温为12.0~12.6 ℃，多年平均降雨量为600~700 mm，全年无霜期在165~250 d，属于温带湿润季风气候。
1.2
样品采集与处理
2015年3月至4月，在威海市环翠区、乳山市、荣成市、文登区4个地区及烟台市招远市、福山区、牟平区、海阳市、龙口市、栖霞市、莱阳市、蓬莱市、莱州市9个地区，除龙口市设12个采样点外，其他12个地区均设10个采样点，分0~20 cm和20~40 cm土层取样，共采集土样264份。
1.3
测定方法
采集的土样自然风干后，研磨过2 mm筛，测定活性酸、潜性酸、交换性酸等指标。其中：活性酸[以pH(H2O)计]用去离子水作为浸提剂，按水土比2.5 :1.0进行测定；潜性酸[以pH(KCl)计]用1.0 mol/L的KCl作为浸提剂，按浸提剂与土比为5 :1进行测定；交换性酸按照《土壤分析技术规范》测定[8]。
1.4
数据处理与分析
按照全国第2次土壤普查的土壤酸度分级标准(表 1)评价胶东地区土壤酸化情况。试验数据采用Microsoft Excel 2007和SAS 8.0软件进行处理和统计分析。
表 1
|
pH |
分级 |
|
＜4.5 |
强酸 |
|
4.5~5.5 |
酸性 |
|
5.5~6.5 |
微酸 |
|
6.5~7.5 |
中性 |
|
＞7.5 |
碱性 |
2
结果与讨论
2.1
胶东地区土壤酸度分析
土壤酸碱度是土壤酸碱性的简称，分为潜性酸和活性酸[9]，是土壤重要的基本性质之一，是土壤形成过程中的一个指标。潜性酸可用1 mol/L的KCl溶液作为浸提液与土壤作用，将胶体表面的大部分H+或Al3+交换出来，再测其pH[4]。一般来说，潜性酸可分为交换性酸和水解性酸，目前将潜性酸分为交换性酸和非交换性酸[5]。活性酸以常用酸性强度，即水溶液浸提后土壤的pH来表示。
2.1.1
土壤潜性酸
胶东地区土壤潜性酸统计特征值见表 2。
表 2
|
采样点 |
|
0~20 cm |
|
20~40 cm |
|
平均值 |
最小值 |
最大值 |
变异系数/% |
平均值 |
最小值 |
最大值 |
变异系数/% |
|
环翠区 |
|
3.71 |
3.43 |
4.65 |
10.03 |
|
3.71 |
3.42 |
4.43 |
7.97 |
|
文登区 |
|
3.94 |
3.43 |
5.10 |
15.92 |
|
4.00 |
3.54 |
5.11 |
13.03 |
|
乳山市 |
|
4.10 |
3.45 |
5.06 |
14.12 |
|
4.19 |
3.67 |
5.01 |
10.86 |
|
荣成市 |
|
3.83 |
3.41 |
4.63 |
10.28 |
|
3.94 |
3.43 |
4.93 |
11.40 |
|
招远市 |
|
4.36 |
3.30 |
5.77 |
16.67 |
|
4.28 |
3.32 |
5.51 |
18.83 |
|
福山区 |
|
5.14 |
3.75 |
6.34 |
20.10 |
|
4.88 |
3.59 |
6.39 |
23.65 |
|
牟平区 |
|
4.39 |
4.19 |
4.91 |
5.13 |
|
4.36 |
4.04 |
4.80 |
6.11 |
|
海阳市 |
|
4.43 |
4.06 |
5.13 |
8.29 |
|
4.48 |
4.13 |
5.02 |
5.96 |
|
龙口市 |
|
4.54 |
4.09 |
5.35 |
7.74 |
|
4.32 |
4.00 |
4.65 |
5.28 |
|
栖霞市 |
|
4.34 |
3.61 |
4.78 |
8.79 |
|
4.23 |
3.58 |
5.07 |
10.40 |
|
莱阳市 |
|
4.95 |
3.87 |
6.22 |
16.08 |
|
4.81 |
3.28 |
6.10 |
19.00 |
|
蓬莱市 |
|
4.36 |
3.55 |
4.84 |
9.90 |
|
4.35 |
3.58 |
5.21 |
14.28 |
|
莱州市 |
|
4.41 |
3.56 |
5.39 |
15.27 |
|
4.32 |
3.30 |
5.42 |
16.53 |
由表 2可知，胶东地区的土壤明显酸化。以胶东各地土壤的pH平均值来看，环翠区土壤pH最小，福山区的最大。对于胶东各地区土壤，在0~20 cm土层，招远市的土壤pH最小，福山区的最大，极差达3.04；在20~40 cm土层，莱阳市土壤pH最小，福山区的最大，极差达3.11。总体而言，各地土壤潜性酸含量的变异情况有所差异，其中福山区土壤的pH变幅最为明显，牟平区的pH变幅最小。
2.1.2
土壤交换性酸
交换性酸是对作物最有害的一种土壤酸度形态，其对改良酸性土壤具有指导意义。胶东地区土壤交换性酸含量见表 3。
表 3
|
采样点 |
|
0~20 cm |
|
20~40 cm |
|
交换性酸含量/(cmol·kg-1) |
变异系数/% |
交换性酸含量/(cmol·kg-1) |
变异系数/% |
|
平均值 |
最小值 |
最大值 |
平均值 |
最小值 |
最大值 |
|
环翠区 |
|
1.65 |
0.21 |
3.06 |
52.11 |
|
1.57 |
0.17 |
2.68 |
51.55 |
|
文登区 |
|
1.49 |
0.21 |
3.33 |
76.10 |
|
1.09 |
0.06 |
2.13 |
73.41 |
|
乳山市 |
|
1.17 |
0.02 |
3.33 |
103.64 |
|
0.60 |
0.06 |
1.62 |
99.10 |
|
荣成市 |
|
1.63 |
0.00 |
3.66 |
80.09 |
|
1.37 |
0.04 |
3.85 |
99.21 |
|
招远市 |
|
0.81 |
0.13 |
2.49 |
96.25 |
|
0.88 |
0.07 |
2.00 |
91.64 |
|
福山区 |
|
0.72 |
0.13 |
2.08 |
95.31 |
|
0.91 |
0.03 |
2.15 |
92.53 |
|
牟平区 |
|
1.03 |
0.17 |
2.17 |
61.76 |
|
1.15 |
0.26 |
3.23 |
98.56 |
|
海阳市 |
|
0.91 |
0.15 |
2.00 |
77.28 |
|
0.56 |
0.15 |
1.68 |
91.37 |
|
龙口市 |
|
0.63 |
0.00 |
1.85 |
97.35 |
|
1.06 |
0.04 |
3.23 |
107.39 |
|
栖霞市 |
|
1.17 |
0.17 |
2.55 |
75.84 |
|
1.78 |
0.48 |
3.25 |
52.32 |
|
莱阳市 |
|
0.30 |
0.09 |
0.72 |
79.11 |
|
0.72 |
0.00 |
2.89 |
122.04 |
|
蓬莱市 |
|
0.54 |
0.13 |
2.00 |
110.43 |
|
1.08 |
0.09 |
3.61 |
111.83 |
|
莱州市 |
|
1.28 |
0.43 |
4.14 |
96.19 |
|
1.43 |
0.48 |
3.10 |
70.81 |
由表 3可知，胶东地区土壤交换性酸与潜性酸的变化趋势并不一致。在0~20 cm土层，莱阳市土壤交换性酸含量平均值最小，环翠区的最大，蓬莱市土壤交换性酸含量变异程度最大；在20~40 cm土层，海阳市土壤交换性酸含量平均值最小，栖霞市的最大，莱阳市土壤交换性酸含量变异程度最大。对于胶东各地区土壤，在0~20 cm土层，龙口市和荣成市的土壤交换性酸含量最小，莱州市的最大；在20~40 cm土层，莱阳市土壤交换性酸含量最小，荣成市的最大。
2.1.3
土壤活性酸
胶东地区土壤活性酸统计特征值见表 4。
表 4
|
采样点 |
|
0~20 cm |
|
20~40 cm |
|
平均值 |
最小值 |
最大值 |
变异系数/% |
平均值 |
最小值 |
最大值 |
变异系数/% |
|
环翠区 |
|
5.01 |
4.75 |
5.48 |
5.00 |
|
4.93 |
4.67 |
5.25 |
3.68 |
|
文登区 |
|
4.74 |
3.94 |
5.83 |
13.59 |
|
4.81 |
4.11 |
6.10 |
14.27 |
|
乳山市 |
|
5.05 |
4.33 |
5.85 |
10.84 |
|
5.18 |
4.65 |
5.86 |
7.64 |
|
荣成市 |
|
4.91 |
4.30 |
5.44 |
6.25 |
|
5.01 |
4.66 |
5.68 |
6.82 |
|
招远市 |
|
5.51 |
4.85 |
6.16 |
8.34 |
|
5.52 |
4.87 |
6.23 |
9.12 |
|
福山区 |
|
5.61 |
4.61 |
6.77 |
15.13 |
|
5.65 |
4.45 |
6.73 |
17.00 |
|
牟平区 |
|
4.99 |
4.45 |
5.47 |
8.28 |
|
4.88 |
4.21 |
5.58 |
9.62 |
|
海阳市 |
|
4.94 |
4.44 |
5.56 |
6.44 |
|
4.97 |
4.56 |
5.19 |
5.39 |
|
龙口市 |
|
4.71 |
4.40 |
5.06 |
4.15 |
|
4.58 |
4.08 |
5.25 |
8.76 |
|
栖霞市 |
|
4.80 |
4.21 |
5.56 |
7.87 |
|
4.67 |
4.23 |
5.08 |
5.19 |
|
莱阳市 |
|
5.45 |
4.55 |
6.34 |
12.44 |
|
5.77 |
4.55 |
6.70 |
13.04 |
|
蓬莱市 |
|
5.22 |
4.72 |
5.64 |
5.75 |
|
5.30 |
4.52 |
5.83 |
9.80 |
|
莱州市 |
|
5.37 |
4.31 |
6.09 |
10.81 |
|
5.32 |
3.96 |
5.93 |
11.85 |
由表 4可知，胶东地区土壤活性酸的变化趋势与潜性酸有所不同。在0~20 cm土层，龙口市土壤的pH平均值最小，福山区的最大；而在20~40 cm土层，龙口市土壤的pH平均值最小，莱阳市的最大。同样，对于胶东各地区土壤，在0~20 cm土层，文登市的土壤pH最小，福山区的最大，极差达2.83；在20~40 cm土层，莱州市的土壤pH最小，福山区的最大，极差达2.77。胶东各地区土壤活性酸含量的变异情况也有所差异，其中福山区土壤的pH变幅最为明显，其次是文登区，而环翠区的土壤pH变幅最小。
2.2
胶东地区土壤酸碱度状况分析
胶东地区不同酸碱度土壤面积占土壤总面积的比例见表 5。
表 5
|
采样点 |
|
pH＜4.5 |
|
4.5≤pH＜5.5 |
|
5.5≤pH＜6.5 |
|
6.5≤pH＜7.5 |
|
0~20 cm |
20~40 cm |
0~20 cm |
20~40 cm |
0~20 cm |
20~40 cm |
0~20 cm |
20~40 cm |
|
环翠区 |
|
0.00 |
0.00 |
|
100.00 |
100.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
文登区 |
|
30.00 |
40.00 |
|
60.00 |
30.00 |
|
10.00 |
30.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
乳山市 |
|
10.00 |
0.00 |
|
70.00 |
80.00 |
|
20.00 |
20.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
荣成市 |
|
10.00 |
0.00 |
|
90.00 |
90.00 |
|
0.00 |
10.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
招远市 |
|
0.00 |
0.00 |
|
40.00 |
50.00 |
|
60.00 |
50.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
福山区 |
|
0.00 |
10.00 |
|
50.00 |
40.00 |
|
20.00 |
50.00 |
|
30.00 |
0.00 |
|
牟平区 |
|
10.00 |
20.00 |
|
80.00 |
70.00 |
|
10.00 |
10.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
海阳市 |
|
10.00 |
0.00 |
|
80.00 |
100.00 |
|
10.00 |
0.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
龙口市 |
|
16.67 |
50.00 |
|
83.33 |
50.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
栖霞市 |
|
20.00 |
20.00 |
|
70.00 |
80.00 |
|
10.00 |
0.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
莱阳市 |
|
0.00 |
0.00 |
|
50.00 |
40.00 |
|
50.00 |
40.00 |
|
0.00 |
20.00 |
|
蓬莱市 |
|
0.00 |
0.00 |
|
90.00 |
60.00 |
|
10.00 |
40.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
莱州市 |
|
10.00 |
10.00 |
|
50.00 |
30.00 |
|
40.00 |
60.00 |
|
0.00 |
0.00 |
|
胶东地区 |
|
9.85 |
12.12 |
|
68.94 |
62.88 |
|
18.94 |
21.21 |
|
2.27 |
3.79 |
由表 5可知，在0~20 cm土层，胶东地区土壤pH大多分布在4.5~5.5，pH＜5.5的土壤面积占总面积的78.79%，其中：环翠区土壤的pH均在4.5~5.5；荣成市和蓬莱市pH在4.5~5.5的土壤面积占90%；文登区、牟平区、海阳市、栖霞市pH＜5.5的土壤面积占90%。根据土壤酸度分级标准，胶东地区土壤大多为酸性。
同样，在20~40 cm土层，胶东地区土壤大多也为酸性，pH大多分布在4.5~5.5，pH＜5.5的土壤面积占总面积的75.00%，其中环翠区、海阳市、龙口市、栖霞市的土壤pH均＜5.5，即该区域土壤为酸性至强酸性。
2.3
胶东地区土层间酸度指标的关系
胶东地区0~20 cm和20~40 cm土壤酸度相关性见表 6。
表 6
胶东地区0~20 cm和20~40 cm土壤酸度相关性
|
采样点 |
潜性酸 |
交换性酸 |
活性酸 |
|
注：1)*和* *分别表示差异达5%和1%显著水平，下同 |
|
环翠区 |
0.825 1** |
0.899 5** |
0.829 9** |
|
文登区 |
0.809 6** |
0.702 7* |
0.918 2** |
|
乳山市 |
0.630 2* |
0.071 9 |
0.793 3** |
|
荣成市 |
0.775 1** |
0.597 9 |
0.617 1* |
|
招远市 |
0.726 4 |
0.628 9* |
0.483 7 |
|
福山区 |
0.888 4** |
0.411 8 |
0.967 3** |
|
牟平区 |
0.820 5** |
0.780 5** |
0.922 4** |
|
海阳市 |
0.579 1 |
0.731 9* |
0.519 5 |
|
龙口市 |
0.470 7 |
0.270 0 |
0.530 8 |
|
栖霞市 |
0.663 8* |
0.531 8 |
0.463 2 |
|
莱阳市 |
0.277 2 |
0.175 2 |
0.218 2 |
|
蓬莱市 |
0.625 1* |
0.107 7 |
0.675 5* |
|
莱州市 |
0.856 5** |
0.487 9 |
0.932 2** |
|
胶东地区 |
0.760 8** |
0.478 2 |
0.787 5** |
由表 6可知：胶东地区0~20 cm以及20~40 cm土层之间的土壤潜性酸含量基本一致，呈极显著正相关(r=0.760 8，P＜0.01)；除招远市、海阳市、龙口市、莱阳市等外，胶东各地0~20 cm和20~40 cm土层的土壤潜性酸含量相关性呈显著至极显著关系，表明可通过0~20 cm土层的潜性酸含量变化情况来预测20~40 cm土层的潜性酸含量变化趋势；另外，胶东个别地区0~20 cm和20~40 cm土层之间的土壤交换性酸含量呈显著正相关，但胶东地区不同土层间土壤交换性酸含量无显著相关性；胶东地区0~20 cm和20~40 cm土层之间的土壤活性酸含量基本一致，呈极显著正相关(r=0.787 5，P＜0.01)；除招远市、海阳市等5个地区外，胶东各地0~20 cm和20~40 cm土层之间的土壤活性酸含量呈显著至极显著正相关。
2.4
胶东地区土壤酸度指标间关系
胶东地区土壤酸度指标的相关性(n=264)见表 7。
表 7
|
项目 |
活性酸 |
潜性酸 |
交换性酸 |
|
活性酸 |
|
0.672 0** |
-0.553 7** |
|
潜性酸 |
0.672 0** |
|
-0.571 3** |
|
交换性酸 |
-0.553 7** |
-0.571 3** |
|
由表 7可知，胶东地区土壤活性酸与潜性酸呈显著正相关(r=0.672 0，P＜0.01)，而与交换性酸等呈显著负相关(r=-0.553 7，P＜0.01)，土壤潜性酸与交换性酸呈显著负相关(r=-0.571 3，P＜0.01)，这与范庆锋等研究一致[5]。
3
胶东地区土壤酸化的预防及治理
上述研究表明，胶东地区土壤明显酸化，改良酸化土壤任重而道远。目前，针对酸性土壤的预防及治理措施较多，具体包括：①控制酸雨，如脱硫技术及减少尾气中NOx的排放量等，以提高土壤pH和酸缓冲能力[10]；②施用适量碱性肥料等，在为作物生长提供氮、磷、钾等养分的同时，改良土壤酸碱度，进而改善土壤微生物群落结构及环境[11]；③施用适量酸性土壤调理剂(能有效调节土壤酸度的天然或人工合成的物质)等，能够在调理土壤酸度的同时改良土壤结构[12]；④合理施用有机肥，减少氮肥和磷肥的施用量，适当提高钾肥施用比例，补充锰肥和锌肥[7]；⑤采取合理灌溉等农业措施，以减缓土壤酸化进程[13]。
4
结语
胶东地区的土壤酸化形势严峻，其土壤潜性酸在3.71~5.14，交换性酸平均值为0.30~1.78 cmol/kg，活性酸大多分布在4.5~5.5，为酸性土壤。除个别地区外，胶东地区0~20 cm和20~40 cm土层之间的土壤潜性酸含量呈极显著正相关(r=0.760 8，P＜0.01)，活性酸含量也呈极显著正相关(r=0.787 5，P＜0.01)，而交换性酸含量无显著相关性。在0~20 cm土层，胶东地区pH＜5.5的土壤面积占总面积78.79%；在20~40 cm土层，pH＜5.5的土壤面积占总面积75.00%。为此，应通过施用碱性肥料、酸性土壤调理剂等措施来预防和治理胶东地区土壤酸化问题。
沪公网安备 31010702007066号