湖南省柑橘园土壤酸度与交换性氢、铝的关系
周雨舟, 曹胜*, 黄兰, 刘双, 甘思铭, 苏婷
湖南农业大学 资源环境学院,湖南 长沙 410128
通讯作者:曹胜(1991—),男,湖南长沙人,博士,从事土地、土壤环境过程及模拟研究工作,E-mail:1669149416@qq.com

作者简介:周雨舟(1998—),女,湖南长沙人,本科生,从事土地、土壤环境过程及模拟研究工作,E-mail:2509221955@qq.com

摘要

探究湖南省柑橘园土壤酸度与交换性氢、铝的关系,为科学改良酸化土壤提供理论依据。对湖南省32个柑橘主产区土壤pH值、交换性酸、交换性H+和交换性Al3+含量进行采样分析,运用Pearson相关分析和回归分析方法探究土壤pH值与交换性酸、交换性H+和交换性Al3+含量间的相关关系。结果表明,湖南省柑橘园土壤酸化严重,土壤pH值与交换性酸、交换性H+、交换性Al3+含量呈极显著负相关,交换性酸与交换性H+、交换性Al3+含量呈极显著正相关。土壤pH值主要决定于土壤潜性酸中的交换性酸含量,特别是其中占绝对优势的交换性Al3+含量。

关键词: 柑橘园; 土壤理化性状; 相关分析
中图分类号:S153 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2019)07-1120-03

近年来, 湖南省柑橘园旱地土壤大面积酸化, 成为制约柑橘优质生产的主要限制因子。根据土壤中H+的存在形态, 土壤酸分为活性酸和潜性酸。土壤pH反映了活性酸的强度, 主要由土壤溶液中的H+数量决定。土壤潜性酸是指吸附在土壤胶体表面的氢离子(H+)和铝离子(Al3+)的数量[1]。活性酸与潜性酸处于动态平衡, 潜性酸是活性酸的主要后备和来源。土壤潜性酸主要包括交换性酸和水解性酸两部分:交换性酸是用pH为7.0的中性盐类溶液从土壤中浸提置换出的H+或Al3+, 而水解性酸是用弱酸强碱盐溶液从土壤中浸提交换出来的H+或Al3+。土壤酸化是土壤退化的重要形式, 酸沉降、盲目施化肥和人为耕垦活动是土壤酸化的重要因素。近年来, 众多学者对土壤的酸化特征做了很多研究[2, 3, 4, 5], 多集中在土壤酸碱度对土壤养分的影响上面, 关于柑橘园土壤酸度与交换性氢、铝的关系研究尚鲜见报道。为此, 本文就湖南省32个典型柑橘园土壤的酸度与交换性氢、铝的关系进行研究, 以期揭示土壤酸化机理, 为当地酸化土壤改良提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 土样采集

本研究根据湖南省土壤类型分布状况, 在常德、邵阳、怀化、郴州、永州和湘西自治州等柑橘主产区选择32个典型的柑橘园进行定点调查和采样, 土壤样品包括了湖南省具有代表性的5种成土母质类型:板页岩、第四纪红色黏土、砂砾岩、石灰岩和紫色砂页岩。每个采样区采集5点以上的0~40 cm土层土壤样品, 混合均匀后, 按四分法分取1 kg左右土样, 于室内自然风干, 研磨制样, 分别过0.25 mm和2 mm筛, 装瓶待测。

1.2 测定指标与方法

采用电位法(水浸)测定土壤的pH值, 土水质量比1:2.5浸提; 1 mol· L-1氯化钾浸提-中和滴定法测定土壤交换性酸(EA)含量。

1.3 数据处理

所有的试验数据采用Microsoft Excel 2010汇总整理, 用IBM SPSS 20.0软件做统计分析, 其中, 相关性分析采用Pearson相关性分析, 对有显著差异的处理, 采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析
2.1 土壤酸度的变化特征

柑橘是喜微酸性植物, 最适宜生长的土壤pH值在5.5~6.5[6]。湖南省典型柑橘园土壤0~40 cm土样pH值测试结果见表1:果园土壤酸化较重, 不同母质类型间pH值差异达到显著性水平, 其中第四纪红色黏土的pH最高, 为4.77, 而板页岩的pH最低, 为3.97, 两者差异显著。板页岩交换性酸含量最高, 为6.36 cmol· kg-1, 显著高于第四纪红色黏土、石灰岩和紫色砂页岩的交换性酸含量。土壤交换性H+的含量在不同母质类型间差异不显著。不同母质类型对土壤交换性Al3+含量的影响达到显著性水平, 与不同母质土壤的交换性酸含量分布相似, 土壤交换性Al3+含量同样以板页岩最高, 且显著高于第四纪红色黏土、石灰岩和紫色砂页岩的土壤交换性Al3+含量。土壤交换性酸和交换性Al3+的变异系数均以板页岩最小, 以第四纪红色黏土最大。交换性Al3+是土壤交换性酸的主体, 5种柑橘园成土母质中交换性Al3+占土壤交换性酸含量的86.60%~90.72%, 而交换性H+所占比例极小, 说明交换性Al3+含量的增加是湖南省柑橘园土壤酸化的主要原因。

表1 供试土壤不同母质类型的各形态酸含量
2.2 pH值与交换性酸的关系

土壤pH表示的是土壤溶液中H+浓度的负对数, 是土壤溶液中的活性酸部分。在强酸性土壤中, 潜性酸的数量远大于活性酸, 是衡量土壤酸性和改良土壤酸性的重要指标, 活性酸和潜性酸之和即为土壤总酸量, 通常用交换性酸总量(H+、Al3+)来表示[7]。供试柑橘园土壤pH与交换性酸的相关性见表2, 土壤pH值与交换性酸、交换性H+、交换性Al3+含量间均呈极显著负相关, 交换性酸与交换性H+、交换性Al3+含量间均呈极显著正相关, 交换性H+与交换性Al3+含量间呈极显著正相关。

表2 柑橘园土壤pH与交换性酸的相关关系(n=32)
2.3 pH值与交换性酸的回归方程

为进一步清晰柑橘园土壤酸度与土壤交换性酸含量的实际关系, 将全部土壤pH(y)与交换性酸(交换性H+、交换性Al3+)含量(x)进行回归拟合, 经检验, 所拟合的回归方程均达到极显著水平, 表明方程稳定可靠。研究结果(图1)表明:交换性酸含量与pH呈显著负相关关系, pH值越大, 交换性酸含量越低, 土壤pH主要由交换性酸所制约。在数值上, 土壤pH是土壤中H+浓度的负对数, 从图1可知, 交换性H+含量与pH呈显著负相关关系, pH值越大, 交换性H+含量越低。土壤pH与交换性Al3+的关系和土壤pH与交换性酸的关系大致相同, 即交换性Al3+含量与pH呈显著负相关关系, pH值越大, 交换性Al3+含量越低。

图1 土壤交换性酸(交换性H+、交换性Al3+)含量与pH的关系

2.4 交换性酸与交换性氢、铝的回归方程

土壤交换性酸, 即交换性H+和交换性Al3+的含量, 是划分微酸性土壤的重要依据[8]。将全部土壤交换性酸含量(y)分别与交换性H+、交换性Al3+的含量(x)进行拟合, 结果表明(图2):土壤交换性酸含量与土壤交换性H+含量呈显著正相关关系, 土壤交换性H+含量越高, 交换性酸含量越大; 土壤交换性酸含量与土壤交换性Al3+含量呈显著线性正相关关系, 土壤交换性Al3+含量越高, 交换性酸含量越大。整体来看, 土壤酸度主要由土壤中交换性Al3+的含量决定, 交换性H+对土壤酸度的贡献小于交换性Al3+

图2 土壤交换性酸含量与交换性H+、交换性Al3+含量的关系

3 小结与讨论

湖南省柑橘园土壤酸化严重, 这可能与柑橘栽培过程中果农长期偏施化肥有关。一般认为, 适宜柑橘栽培的土壤pH值为5.5~6.5[9], 对pH值较低的果园应采取土壤改良措施。合理施用石灰能够调节土壤酸碱度, 改善果实品质。张影等[10]研究发现, 酸性土壤施用石灰可以显著促进果树营养成分吸收, 降低果实酸度, 提高果实可溶性固形物与可滴定酸的比值。

土壤pH主要决定于土壤潜性酸中的交换性酸, 特别是其中占绝对优势的交换性Al3+含量, 受非交换性酸的影响较小。本研究显示, 交换性酸中Al3+的相对比例随交换性酸总量增大而增大, 土壤pH随着交换性酸含量的增大而降低。Pearson相关分析表明, 土壤pH值与交换性酸、交换性H+、交换性Al3+含量间呈极显著负相关, 交换性酸与交换性H+、交换性Al3+含量间呈极显著正相关, 土壤酸度主要由土壤中交换性Al3+含量决定, 交换性H+对土壤酸度的贡献小于交换性Al3+

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