全 文 ：近 30 年来广东省土壤 pH值的时空变化*
郭治兴1**摇 王摇 静2 摇 柴摇 敏1 摇 陈泽鹏3 摇 詹振寿1 摇 郑武平4 摇 魏秀国5
( 1 广东省生态环境与土壤研究所,广州 510650; 2 广东省科学技术职业学校,广州 510650; 3 广东省烟草公司, 广州 510610;
4 广东烟草梅州市有限公司, 广东梅州 514011; 5 广东省商学院, 广州 510320)
摘摇 要摇 基于广东省第二次土壤普查(20 世纪 80 年代)以及 2002—2007 年广东省土壤 pH
数据,对期间土壤 pH的时空变化进行了研究.结果表明:研究期间,广东省土壤 pH 空间分布
格局基本一致;除珠江三角洲和清远、韶关部分地区土壤为弱碱性外,其他地区土壤以酸性为
主;土壤 pH变化整体表现为酸化,土壤 pH平均值由 5郾 70 降至 5郾 44.除潮土 pH 变化以增大
为主外,其他土壤类型的 pH均呈降低趋势,以赤红壤、水稻土和红壤 pH 的降幅尤为严重,石
灰土 pH值的降低趋势和降低面积比例均最明显.广东省土壤酸化主要受土壤本身特性和酸
雨等自然因素以及不合理施肥和城市化等人为因素的影响;另外,由于工业化和矿山开发,还
导致局部地区土壤 pH值有所上升.
关键词摇 土壤 pH摇 时空变化摇 广东省
文章编号摇 1001-9332(2011)02-0425-06摇 中图分类号摇 S153. 4摇 文献标识码摇 A
Spatiotemporal variation of soil pH in Guangdong Province of China in past 30 years. GUO
Zhi鄄xing1, WANG Jing2, CHAI Min1, CHEN Ze鄄peng3, ZHAN Zhen鄄shou1, ZHENG Wu鄄ping4,
WEI Xiu鄄guo5 ( 1Guangdong Institute of Eco鄄environmental and Soil Sciences, Guangzhou 510650,
China; 2Guangdong Vocational School of Science and Technology, Guangzhou 510650, China;
3Guangdong Tobacco Company, Guangzhou 510610, China; 4Meizhou Branch of Guangdong Tobac鄄
co Company, Meizhou 514011, Guandong, China; 5Guangdong University of Business Studies,
Guangzhou 510320, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(2): 425-430.
Abstract: Based on the 1980s爷 soil inventory data and the 2002-2007 soil pH data of Guangdong
Province, the spatiotemporal variation of soil pH in the Province in past 30 years was studied. In
the study period, the spatial distribution pattern of soil pH in the Province had less change (mainly
acidic), except that in Pearl River Delta and parts of Qingyuan and Shaoguan (weak alkaline).
The overall variation of soil pH was represented as acidification, with the average pH value changed
from 5郾 70 to 5郾 44. Among the soil types in the Province, alluvial soil had an increased pH, laterit鄄
ic red soil, paddy soil, and red soil had a large decrement of pH value, and lime soil was most ob鄄
vious in the decrease of pH value and its area percentage. The soil acidification was mainly induced
by soil characteristics, some natural factors such as acid rain, and human factors such as unreason鄄
able fertilization and urbanization. In addition, industrialization and mining increased the soil pH in
some areas.
Key words: soil pH; spatiotemporal variation; Guangdong Province.
*国家自然科学基金资助项目(40601092)、广东省科技计划项目
(2008A060204003)、广东省关键领域重点突破项目(2007A020905001)
和广东省烟草专卖局 2009年科技开发项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: zxguo@ 163. com
2010鄄07鄄14 收稿,2010鄄11鄄18 接受.
摇 摇 新中国成立以来,特别是改革开放的近 30 年
来,随着快速发展的工业化、城市化、农业集约化以
及社会经济的不断发展,人口、资源、环境与发展之
间的矛盾日益突出,土壤资源的数量逐渐减少,质量
不断退化,出现了土壤侵蚀、土壤酸化、盐碱化等土
壤生态环境问题,这些均对我国粮食安全及人体健
康带来了不良影响[1-3] .目前,土壤环境质量变化已
成为土壤学及环境科学的研究热点和战略需要[4],
土壤酸化是土壤质量退化的一个重要指标,也是严
重的世界性生态环境问题之一,土壤酸化在我国南
方已相当严重[5] .
土壤酸碱性是土壤许多化学性质的综合反映,
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 2 月摇 第 22 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2011,22(2): 425-430
自然状态下的土壤酸碱性主要受成土因子控制,其
酸碱变化的过程十分缓慢,pH每变化一个单位往往
需要非常漫长的时间[6] .广东省特别是珠江三角洲
地区是我国高强度经济发展地区之一,快速的城市
化过程以及不合理的农业生产方式使该地区的生态
环境受到了人为活动的强烈干扰,土壤酸碱性空间
分布和演变方向,特别是土壤酸化进程发生了剧烈
改变.本文通过对比 20 世纪 80 年代以及 2002—
2007 年广东省土壤 pH 值,研究了土壤 pH 的时空
变化,分析了不同土壤类型 pH 的变化,并初步探讨
了土壤 pH 值变化的自然影响因素和人为驱动因
子,以期为耕地质量建设和土壤酸化控制对策的制
定提供理论指导[7] .
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
广东省位于我国南部,气候类型包括中亚热带、
南亚热带和北热带,土壤水平地带性明显,由北而南
呈现出红壤、赤红壤、砖红壤的纬向分布(图 1). 红
壤(中亚热带地区的典型地带性土壤)地区主要位
于广东省境内的 24毅00忆—24毅50忆 N,占全省土地面
积的 19郾 3% ;赤红壤地区主要位于广东省中部,占
全省土地面积的 38郾 1% ,北与红壤南界相接,南与
砖红壤相邻,其南界线位于 21毅30忆—22毅00忆 N附近,
赤红壤是红壤与砖红壤之间的过渡类型,其富铁铝
化作用较砖红壤弱,但强于红壤;砖红壤(热带地区
的典型地带性土壤)面积占全省土地面积的 4郾 9% .
水稻土是广东省耕地面积最大的土壤类型,遍布全
省各地,占全省土地面积的 26郾 6% .
广东省属高温多雨地区,矿物质和有机质化学
图 1摇 20 世纪 80 年代广东省土壤类型分布
Fig. 1摇 Distribution of soil types in Guangdong Province in the
1980s.
风化和分解以及淋溶作用均很强烈,因此全省绝大
部分自然土壤均属酸性和强酸性[8] .
1郾 2摇 数据来源与处理
对广东省第二次土壤普查的 1 颐 100 万土壤 pH
图(图 2)进行数字化,得到 20 世纪 80 年代广东省
pH数据. 1 颐 100 万土壤 pH图根据实地调查的传统
制图方法绘制,此次调查共记载了 19392 个采样点
(表 1).
摇 摇 2002—2007 年广东省土壤 pH数据源于广东省
土壤肥力调查、耕地地力调查和土壤污染调查等多
个项目,共 3836 个样点,土壤 pH的平均值为 5郾 43、
标准误为 0郾 02、标准差为 1郾 15、最大值为 9郾 40、最小
值为 3郾 31、中位数为 5郾 12、众数为 4郾 00、方差为
1郾 32、峰度为-0郾 58、偏度为 0郾 68,每个采样点均通
过 GPS定位,土壤 pH 的空间分布采用克里格方法
实现点到面的空间插值[9-10] . pH分级采用第二次土
壤普查中的分级方法,将土壤 pH 分为 5 级:臆4郾 5、
4郾 5 ~ 5郾 5、5郾 5 ~ 6郾 5、6郾 5 ~ 7郾 5 和逸7郾 5(图 3).
通过求算 2002—2007 年广东省土壤 pH 空间
分布图与第二次土壤普查 pH 空间分布图的差值,
可获取 2 个时期土壤 pH 的空间变化图. 利用 Arc鄄
GIS 9郾 3软件分别制作广东省2个时期土壤pH空
图 2摇 20 世纪 80 年代广东省土壤 pH值的分布
Fig. 2 摇 Distribution of soil pH in Guangdong Province in the
1980s.
表 1摇 广东省第二次土壤普查的土壤 pH值样点概况
Table 1摇 Sample survey of soil pH in Guangdong Province
in second soil survey
土壤类型
Soil type
样本数
Sample
number
平均值
Mean
标准差
SD
变异系数
CV
(% )
水稻土 Paddy soil 19392 5郾 8 0郾 3 4郾 4
旱地土壤 Upland soil 2667 5郾 9 0郾 4 6郾 5
自然土壤 Natural soil 2612 5郾 2 0郾 4 7郾 3
全部 Total 24671 5郾 7 2郾 0 34郾 9
624 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 3摇 2002—2007 年广东省土壤 pH值的分布
Fig. 3摇 Distribution of soil pH in Guangdong Province in 2002-
2007.
间分布图,将数据叠加并按级别相减,本文认为处于
同一级别的 pH 值没有发生变化,相减的值为负值
和正值表示 pH值分别有所降低和升高.
将两个时期的 pH值空间数据与土壤类型空间
数据叠加,得到不同土壤类型的 pH 空间变化.将 2
个时期的 pH空间分布叠加并分类统计,得出 pH变
化的面积转移矩阵.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 广东省土壤 pH值的时空变化
研究期间,广东省土壤 pH 值的空间分布格局
基本相同. 20 世纪 80 年代全省 97%的面积、2002—
2007 年全省 95% 的面积处于酸性和强酸性范围
(pH<6郾 5),中性范围(6郾 5占全省土地面积的 2% ~3% .
20 世纪 80 年代至 2007 年间,广东省土壤 pH
值总体呈降低趋势,土壤采样点的 pH平均值由 5郾 7
降至 5郾 44.第二次土壤普查以来 pH变化相当明显,
pH<4郾 5 的土地面积在 20 世纪 80 年代时仅 473
km2,而到 2002—2007 年已增至 18097 km2,pH>7郾 5
的土地面积从 5446 km2 减至 349 km2(表 2). 除部
分地区 pH值升高外,全省大部分地区土壤 pH值稳
中有降(表 3).研究期间,全省 58郾 6%的土壤 pH保
持在同一级别;31郾 4%的土壤 pH 发生了酸化,在发
生酸化的土壤中 85%只降低了一个级别;仅 10%的
土壤 pH值升高,主要分布在珠江三角洲和清远、韶
关部分地区(图 4).
2郾 2摇 广东省不同土壤类型 pH值的变化
研究期间,除潮土外,广东省其他土壤类型
80%以上面积的pH值保持不变或降低(表4) . 其
表 2摇 广东省土壤 pH变化的转移矩阵
Table 2摇 Transfer matrix of soil pH in Guangdong Province
(km2)
1980s 2002—2007
<4郾 5 4郾 5 ~
5郾 5
5郾 5 ~
6郾 5
6郾 5 ~
7郾 5
>7郾 5 合计
Total
<4郾 5 49 15462 2539 46 1 18097
4郾 5 ~ 5郾 5 387 87854 28085 1075 2096 119497
5郾 5 ~ 6郾 5 37 12011 12869 1589 2804 29310
6郾 5 ~ 7郾 5 0 1403 3071 406 501 5381
>7郾 5 0 195 37 73 44 349
合计 Total 473 116925 46601 3189 5446 172634
表 3摇 广东省土壤 pH级别变化的面积及百分比
Table 3摇 Area and percentage of soil pH grade changes in
Guangdong Province
pH级别变化
Change of pH grade
面积
Area(km2)
百分比
Percentage
-4 1 0
-3 2142 1郾 2
-2 6418 3郾 7
-1 45637 26郾 4
0 101222 58郾 6
1 15542 9郾 0
2 1477 0郾 9
3 195 0郾 1
土壤 pH值降低的面积合计 54198 km2,持平的为 101222 km2,升高
的为 17214 km2 Total area with soil pH descend, unchanged and ascend
was 54198, 101222, 17214 km2, respectively.
图 4摇 广东省土壤 pH值级别变化的空间分布
Fig. 4摇 Spatial distribution of soil pH grade changes in Guang鄄
dong Province.
中,占广东省土地面积 83郾 7%的赤红壤、水稻土和
红壤 pH的降幅分别为 25郾 8% 、43郾 9%和 26郾 6% ;石
灰土 pH值无论是降低趋势还是降低面积所占比例
均最明显,降低面积占该土壤类型总面积的
77郾 2% ;潮土的 pH值总体呈上升趋势,63郾 5%的潮
土面积的 pH值升高了 1 个级别(图 5).从图 6 可以
看出,除潮土外,其他土壤类型 pH 级别构成的峰值
均向左偏移,即 pH值总体上变低.
7242 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郭治兴等: 近 30 年来广东省土壤 pH值的时空变化摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 4摇 研究区不同土壤类型 pH值级别的变化
Table 4摇 Changes of pH grade of different soil types in Guangdong Province (km2)
土类
Soil type
pH值级别的变化 Change of pH grade
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3
合计
Total
赤红壤 Lateritic red soil 0 181 1247 15446 42816 5628 165 12 65495
水稻土 Paddy soil 0 311 2138 17341 21383 3720 229 12 45134
红壤 Red soil 0 224 508 8116 21196 2462 636 78 33220
黄壤 Yellow soil 0 42 58 1320 5511 1356 243 58 8588
砖红壤 Latosol 0 0 39 1546 6523 323 0 0 8431
石灰土 Lime soil 0 1232 1883 555 646 349 87 0 4752
紫色土 Purple soil 1 106 153 660 853 315 50 11 2149
潮土 Alluvial soil 0 0 0 28 524 1044 48 0 1644
合计 Total 1 2096 6026 45012 99452 15197 1458 171 169413
图 5摇 广东省不同土壤类型 pH值级别变化百分比
Fig. 5摇 Percentage of pH grade changes of different soil types in
Guangdong Province.
A:赤红壤 Lateritic red soil; B:水稻土 Paddy soil; C:红壤 Red soil;
D:黄壤 Yellow soil; E:砖红壤 Latosol; F:石灰土 Lime soil; G:紫色
土 Purple soil; H:潮土 Alluvial soil. 下同 The same below.
3摇 讨摇 摇 论
土壤酸碱性的形成受自然和人为因素的影响.
从土壤形成的历史过程看,pH值的长期时空变化主
要取决于自然因素,如我国土壤的南酸北碱格局就
是由于长期的自然因素影响所致,但较短时间内 pH
的剧烈变化则主要受人为因素的干扰.
3郾 1摇 自然因素对土壤 pH空间分布的影响
3郾 1郾 1 土壤本身特性对 pH 分布的影响 摇 土壤处于
中性和酸性(5 7郾 5)范围时,对酸性物质的输入较敏感[11] . 广东省
绝大部分土壤 pH<7郾 5,因此对酸性物质的输入较
敏感.
土壤本身抵制酸碱变化的能力以土壤的物质组
成和地球化学性质为基础,因此不同类型土壤的酸
碱缓冲性能有所差异[11] . 一般认为,潮土的酸缓冲
性能较强,因此,广东省的潮土成为全省土壤变酸的
唯一例外. 研究期间,66郾 4% 潮土的 pH 值有所升
高.水稻土被认为酸缓冲性能较弱,本研究区 95%
水稻土 pH<6郾 5.应当采取增施有机肥、调整化肥中
各成份的比例等有效措施对导致土壤酸化的因素加
以控制,否则土壤 pH值可能会继续下降.
3郾 1郾 2 酸雨摇 酸性降雨是引起土壤 pH 值下降的一
个重要因素[12] . 中国几个重酸雨区都在江南地区,
该地区分布的土壤主要是酸性的红壤类土壤[13] .红
壤对酸的缓冲性能很弱,当有酸雨进入时,其 pH 值
极易降低[14] . 2008 年,广东省城市降水酸度较强,
pH均值为 4郾 88,酸雨频率 48郾 5% ;城市降水 pH 均
值在 4郾 47(广州) ~ 6郾 37(河源),61郾 9%的城市受酸
雨污染(pH均值<5郾 6),广州等 9 个市属于重酸雨
区(pH<4郾 5 或 4郾 550% ),这些
酸性降雨加快了广东省土壤 pH值下降速度[15] .
3郾 2摇 人类活动对土壤 pH值空间分布的影响
3郾 2郾 1 不合理的农作方式摇 大量使用化肥是引起土
壤 pH值下降的重要原因. 近 30 年来,广东省大量
使用化肥,1980 年化肥施用量 333伊104 t[16],2008 年
达 711伊104 t[17],而同期的耕地面积则由 6郾 19伊104
hm2 下降到 4郾 74伊104 hm2 [16] .化肥主要成分为氯化
钾、氯化铵、过磷酸钙,这些生理酸性肥料的长期大
量使用,造成土壤 pH 值下降[18-19] . 广东省土壤 pH
值下降的区域主要集中在耕地集中的农村地区(图
4).
不合理的种植方式和管理方式也会造成严重的
土壤酸化[20] . 与 20 世纪 80 年代相比,2002—2007
年广东省 43郾 9%的水稻土 pH 降低了至少一个级
别,除自然因素外不合理的种植方式也是一个重要
的影响因子[21] .
3郾 2郾 2 城市化及矿山开发摇 20 世纪 80 年代以来,广
东省特别是珠江三角洲地区社会经济高速发展,城
市化、工业化进程不断加快,是我国经济最发达的地
区之一.在珠三角城市化过程中,排放的大量建筑废
824 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 6摇 两个时期广东省不同土壤类型 pH级别组成的对比
Fig. 6摇 Comparison of pH grades of different soil types in two periods.
弃物、水泥、砖块和其他碱性混合物等进入周围土壤
后向土壤中释放其所含的 Ca,混凝土风化也向土壤
中释放 Ca,加之大量含碳酸盐的灰尘和沉降进入土
壤,最终导致城市土壤趋向碱性,与自然土壤差异明
显,使土壤 pH 有所上升(图 4). 清远、韶关等地区
大量矿山的开发也导致大量碱性物质的扩散,使这
些区域的 pH有所升高.
4摇 结摇 摇 论
研究期间,广东省土壤 pH 值空间分布格局基
本相同,全省土壤 pH 值稳中有降,58郾 6% 的土壤
pH值保持在同一级别内,但全省 31郾 4%土壤的 pH
值发生了酸化,在发生酸化的土壤中,近 85%降低
了一个级别.全省 10%土壤的 pH值有所升高,这些
区域主要分布在珠江三角洲和清远、韶关部分地区.
占广东省土地面积 83郾 7%的赤红壤、水稻土和红壤
的 pH值降幅分别为 25郾 8% 、43郾 9%和 26郾 6% ,需采
取一定的酸化控制对策. 只有潮土的 pH 值总体呈
升高趋势.
土壤 pH值时空变化是一个非常复杂的问题,
影响因子众多,不同地区导致土壤酸碱性变化的主
导因素各不相同,不同土壤类型的酸碱缓冲性能也
存在差异. 因此,需要根据客观数据进行定量分
析[22],以进一步明确具体原因.
9242 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 郭治兴等: 近 30 年来广东省土壤 pH值的时空变化摇 摇 摇 摇 摇 摇
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Past, present, and future. Geoderma, 2001, 100: 269-
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作者简介 摇 郭治兴,男,1966 年生,博士,研究员. 主要从事
3S技术以及计算机和数学在生态学、环境学和土壤学等自
然资源相关领域的应用研究. E鄄mail: zxguo@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
034 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷