?耕地土壤pH值和有机质含量空间分布特征及影响因素

叶钰 徐泽 阳冬秀 张丹 苏翔 吴海勇

摘要：为了解长沙县耕地土壤有机质丰缺状况和空间分布特征，采集了长沙县2 118份耕层（0～20 cm）土壤样本，测定土壤pH值、土壤有机质含量，分析了不同母岩母质、土壤质地、土地利用方式对土壤pH值和有机质含量的影响。结果表明：长沙县耕地土壤主要以微酸性为主，其中部和北部耕地土壤酸性更强；土壤有机质含量较高，呈北高南低的分布趋势；不同母岩母质中，除砂岩风化物发育的土壤呈酸性，其他类型的母岩母质形成的土壤均呈弱酸性，土壤有机质含量平均值范围为27.2～38.3 g/kg；不同土壤质地中，轻壤的pH均值最高，为6.3，砂壤的pH均值最低，为5.5，有机质含量排序为轻壤＞砂壤＞中壤＞黏土＞重壤；不同土地利用方式中，水田的pH值平均为5.92，有机质含量平均为34.2 g/kg，旱地的pH平均值是5.89，有机质含量平均为30.5 g/kg。

关键词：土壤pH值；土壤有机质；分布特征；影响因素；长沙县

中图分类号：S158.2文献标识码：A文章编号：1006-060X（2024）03-0037-04

Spatial Distribution Characteristics of pH Value and Organic Matter Content in Farmland Soil and Influencing Factors in Changsha County

YE Yu1，XU Ze1，YANG Dong-xiu1，ZHANG Dan1，SU Xiang1，WU Hai-yong2

（1. Agriculture and Rural Bureau of Changsha County， Changsha 410100， PRC; 2. Hunan Soil and Fertilizer Institute，

Changsha 410128， PRC）

Abstract： In order to understand the abundance and spatial distribution characteristics of organic matter in farmland soil in Changsha County， 2 118 soil samples from farmland （0–20 cm） in Changsha County were collected. The pH value and organic matter content in soil were measured， and the effects of different parent rock materials， soil texture， and land use methods on pH value and organic matter content in soil were analyzed. The results show that the farmland soil in Changsha County is mainly slightly acidic， with stronger acidity observed in the central and northern parts of the farmland soil. The organic matter content in soil is relatively high， showing a distribution trend of high in the north and low in the south. Among different parent rock materials， only the soil developed by sandstone weathering is acidic， and the soil formed by other types of parent rock materials is slightly acidic. The average organic matter content in soil ranges from 27.2 to 38.3 g/kg. Among different soil textures， the mean pH value of light soil is the highest （6.3）， and that of sand soil is the lowest （5.5）. The organic matter content in descending order is light soil > sandy soil > medium soil > clay > heavy soil. Among different land use methods， the average pH value and organic matter content of paddy fields are 5.92 and 34.2 g/kg， respectively. The average pH value and organic matter content of dry land are 5.89 and 30.5 g/kg， respectively.

Key words： pH value in soil; organic matter in soil; distribution characteristics; influencing factors; Changsha County

土壤是農业生产之根本，也是人类赖以生存的物质基础[1]。土壤酸碱度是一项重要的土壤属性，直接影响着土壤养分的存在状态和有效性，是评价土壤质量和生态功能的重要指标[2]。土壤有机质是土壤肥力的物质基础，对改善土壤物理、化学性质以及作物的生长起着重要作用[3]。两者受到母质、海拔高度、气候、生物、成土时间等自然因素的影响，同时与施肥、土地利用、耕作等人为因素密切相关。

近年来，随着经济社会的发展，耕地土壤有机质减少、土壤酸化、土壤污染及土壤侵蚀等问题日益突出，耕地保护也成为了生态环境保护的重要一环。为此，分析耕地pH值和土壤有机质含量的分布及其影响因素，不仅对耕地土壤改良保护和合理高效施肥具有重要参考作用，同时还能在土壤养分可持续利用及区域生态环境建设方面发挥重要作用。国内已有对土壤pH值和有机质的空间分布和影响因素初探[4-7]，但对长沙县耕地土壤属性空间分布特征及影响因素的研究鲜有报道。笔者以长沙县耕地土壤为对象，探究该区域内土壤pH值与有机质含量的空间分布特征，并从母岩母质、土壤质地、和土地利用方式这3个方面进行分析，揭示外部因素对土壤pH及有机质含量的影响程度，旨在丰富长沙县耕地土壤研究的相关内容，为区域耕地保护、土壤生态安全等提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

长沙县是长江中下游地区农业产业发展重点县，位于湖南省东部偏北（112°58′～113°30′ E，28°02′～28°39′ N），湘江下游东岸，全县总面积1 756 km2，辖区内共18个镇（街道），分别为开慧镇、金井镇、福临镇、青山铺镇、高桥镇、北山镇、安沙镇、路口镇、春华镇、果园镇、长龙街道、湘龙街道、星沙街道、泉塘街道、黄花镇、梨街道、黄兴镇和江背镇。长沙县属中亚热带向北亚热带过渡的大陆性季风湿润气候，四季分明，寒冷期短，炎热期长。区域内雨水充足，年均降水量1 472.9 mm，年平均蒸发量1 194. 9 mm，平均相对湿度81%。年平均气温17.6℃，年平均无霜期260 d，年平均日照1 510.9 h。土壤类型以红壤、水稻土为主，其他还有紫色土、潮土等。成土母岩母质主要为板岩页岩风化物、第四纪红色黏土、花岗岩风化物、近代河流冲击物，以及部分砂岩风化物、石灰岩风化物和紫色砂页岩风化物。

1.2 土壤取样方法

在长沙县辖区内采集具有代表性的土壤样品2 118份，采用五点式取样法，采样深度为0～20 cm，剔除动植物残体、砾石等杂质混合均匀后，用四分法收集1 kg左右，风干、混匀、磨细、过筛储存待测。采样点利用GPS定位经纬度和海拔。

1.3 土壤测定方法

土壤pH采用电位法测定（水土比为1∶1）；有机质含量采用重硌酸钾容量法-外加热法。试验数据采用Excel 2013进行统计。

土壤pH值和有机质分级标准参照第二次全国土壤普查养分分级标准，将土壤有机质分为6级，分别为丰富、较丰富、中等、较缺乏、缺乏和极缺乏；将pH值分为6级，分别为强碱性、碱性、中性、微酸性、酸性和强酸性（表1）。

2 结果与分析

2.1 土壤pH值和有机质含量的分布特征

2.1.1 土壤pH值状况及分布特征 数据统计结果表明，长沙县耕地土壤pH值的变幅为4.4～8.4，平均值为5.9，总体呈现微酸性，变异系数为10.94%，属于小变异。pH值在5.5～6.5之间的样点最多，占总样点的46.1%，其次，4.5～5.5的样点占32.4%，6.5～7.5、7.5～8.5、4.5、8.5的样点数占比分别为20.8%、0.6%、0.1%和0，长沙县耕地土壤整体偏酸性。

从区域分布来看，pH值低于5.5的土壤主要分布在长沙县中部和北部。从各乡镇耕地土壤pH均值比较来看，所有乡镇pH均值都在5.5～6.5区间内，其中，高桥镇、黄兴镇、江背镇和湘龙街道的pH均值都在6.0以上，其余14个镇（街道）的pH均值在6.0以下。

2.1.2 土壤有机质含量状况及分布特征 长沙县耕地土壤有机质含量范围为6.4～90.8 g/kg，均值为33.9 g/kg，土壤有机质含量30.0～40.0 g/kg的样点数占45.3%，大于40.0 g/kg的样点数占21.6%，20.0～30.0 g/kg的样点数占26.9%，小于10.0 g/kg的样点数极少。说明长沙县耕地土壤有机质含量总体偏高，土壤肥力水平高，达到了高产农田的要求。

按区域分布来看，采样点所在的18个镇（街道）中，黄兴镇、江背镇、梨街道、湘龙街道、长龙街道和星沙街道这6个处于长沙县南部的区域土壤有机质均值在30.0 g/kg以下，其余12个乡镇土壤有机质均值都在30.0 g/kg以上，整体呈北高南低的分布趋势。

2.2 母岩母质对土壤pH值和有机质含量

2.2.1 母岩母质对耕地土壤pH值的影响 由表2可知，紫色砂页岩风化物形成的土壤pH值最高，平均值为6.2。砂岩风化物发育的土壤pH值最低，平均值为5.5。除砂岩风化物发育的土壤呈酸性，其他类型的母岩母质形成的土壤均呈弱酸性。

2.2.2 母岩母质对耕地土壤有机质含量的影响 从表3可以看出，不同母岩母质发育的土壤有机质含量平均值范围为27.2～38.3 g/kg。花岗岩风化物发育的土壤有机质含量最高，为38.3 g/kg。紫色砂页岩风化物形成的土壤有机质含量最低，平均值为27.2 g/kg。其余类型發育的土壤有机质含量均值在30.3～33.9 g/kg，为较丰富水平。

2.3 土壤质地对pH值和有机质含量的影响

2.3.1 土壤质地对耕地土壤pH值的影响 土壤质地是构成土壤结构体的基本单元，不同质地类型土壤酸碱度差异较大。如表4所示，不同土壤质地的耕地土壤pH均值为5.5～6.3，轻壤最高，平均值为6.3；砂壤最低，平均值为5.5。

2.3.2 土壤质地对耕地土壤有机质含量的影响 如表5所示，不同土壤质地有机质均值范围为31.7～35.4 g/kg，整体上呈较丰富水平。轻壤质地有机质含量最高，平均值为35.4 g/kg；重壤最低，平均值为31.7 g/kg。不同土壤质地有机质含量排序为：轻壤＞砂壤＞中壤＞黏土＞重壤。

2.4 土地利用方式对pH值和有机质含量

2.4.1 土地利用方式对耕地土壤pH值的影响 水田、旱地是耕地两大利用类型，具有不同的水分、养分管理模式及种植方式，土壤内部的氧化还原环境也随之存在差异，影响土壤中氮等元素的转化过程，进而影响着土壤的酸碱度[8]。如表6所示，水田的pH值平均为5.92，旱地的pH平均值是5.89，2种利用方式下，水田略高于旱地，但差异较小。

2.4.2 土地利用方式对耕地土壤有机质含量的影响 如表7所示，水田有机质平均含量比旱地高3.7 g/kg。

水田的土壤有机质含量范围为6.4～89.9 g/kg，平均为34.2 g/kg。旱地土壤有机质含量范围为7.3～90.8 g/kg，平均值为30.5 g/kg，可见水田的土壤有机质含量要明显高于旱地，这可能是由于水田积水时间长，土壤含氧量低，减缓了腐殖质的矿化，也降低了有机质分解速度。

3 结论与讨论

土壤pH值是土壤溶液的重要性质，对土壤中养分的有效性、土壤的理化性质、微生物活动以及植物生长发育均有很大影响[9]。土壤有机质是土壤肥力的物质基础，对改善土壤物理、化学性质以及作物的生长起着重要作用，在环境保护、农业可持续发展等方面有着重要的意义[10]。

长沙县耕地土壤整体为酸性，主要以微酸性为主，中部和北部耕地土壤酸性更强。长沙县耕地土壤有机质含量总体较高，分布整体呈北高南低的分布趋势。土壤pH值方面，不同母岩母质、土壤质地之间土壤pH值差异较大，除砂岩风化物发育的土壤呈酸性，其他类型的母岩母质形成的土壤均呈弱酸性，不同土壤质地中，轻壤的pH均值最高，为6.3，砂壤的pH均值最低，为5.5；不同利用方式条件下差异较小，水田的pH值平均为5.92，旱地的pH平均值是5.89。土壤有机质含量方面，在不同的母岩母质、不同土壤质地、不同土地利用方式条件下，均表现出比较大差异，不同母岩母质中，土壤有机质含量平均值范围为27.2～38.3 g/kg；不同土壤质地中，有机质含量排序为轻壤＞砂壤＞中壤＞黏土＞重壤，其中，水田有机质含量平均为34.2 g/kg，旱地有机质含量平均为30.5 g/kg。另外，笔者仅研究了0～20 cm表层土壤，不同深度的土壤属性所受影响因素和程度有待进一步研究。

参考文献：

[1] 刘友兆，马欣，徐茂. 耕地质量预警[J]. 中国土地科学，2003，17（6）：9-12.

[2] 徐仁扣，李九玉，周世伟，等. 我国农田土壤酸化调控的科学问题与技术措施[J]. 中国科学院院刊，2018，33（2）：160-167.

[3] 黄昌勇. 土壤学[M]. 北京：中国农业出版社，2000：32-39.

[4] 赵明松，张甘霖，王德彩，等. 徐淮黄泛平原土壤有机质空间变异特征及主控因素分析[J]. 土壤学报，2013，50（1）：1-11.

[5] 雷琪，蒋洪丽，吴淑芳，等. 西北地区有机质空间分布及其影响因素研究[J]. 水土保持学报，2022，36（3）：274-279，293.

[6] 张万涛，许明祥，李彬彬，等. 复合地貌区农田土壤有机质空间变异特征及其影响因素[J]. 干旱地区农业研究，2021，39（1）：175-181，190.

[7] CHOE C H，KIM J H，XU C Y，et al. Effect of soil nutrient spatial heterogeneity by cutting disturbance on understory plant diversity in broadleaved-Korean pine forest in Changbai Mountain，China[J]. European Journal of Forest Research，2021，140（3）：603-613.

[8] 管孝艷，王少丽，高占义，等. 盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系[J]. 生态学报，2012，32（4）：198-206.

[9] 姚玉才，邱志腾，陈小梅，等. 水耕人为土长期改旱后土壤类型演变的探讨[J]. 土壤通报，2016，47（5）：1029-1035.

[10] 章明奎，杨东伟. 南方丘陵地水改旱后土壤发生学性质与类型的变化[J]. 土壤通报，2013，44（4）：786-792.

（责任编辑：肖彦资）