土壤酸碱度（pH）是土壤理化性质的主要变量之一，对土壤许多化学反应和化学过程都有很大影响，例如土壤中的氧化还原、沉淀溶解、吸附解吸和配位反应等^[1-2]。其不仅限制土壤中植物生长所需养分元素的有效态含量，同时也可能会促进植物根系对镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb）等重金属元素的吸收^[3-4]。因此，土壤 pH 研究是土壤学、生态环境学及相关学科的一项重要基础性工作^[5]。

随着土壤酸化问题日趋严重，土壤 pH 变化趋势研究成为当下土壤学研究的一个热点。国外对此研究相对较早，20 世纪 90 年代初，Skinner 等^[6] 对 1982—1988 年英格兰和威尔士农用地土壤 pH 变化趋势进行研究，发现不同土地利用类型土壤 pH 变化特征相差较大；Minasny 等^[7]分析了 2000—2012 年韩国水田土壤 pH 变化状况，结果显示，近 12 年韩国水田土壤 pH 均值增加了 0.3 个单位。国内对土壤 pH 变化趋势研究主要始于 21 世纪初，李婷等^[8] 在 2006 年对比研究了 1980—2002 年成都平原土壤 pH 的时空分布特征，发现近 20 年时间成都平原土壤 pH 平均下降了 3.60%；王志刚等^[9]研究了江苏省 1980—2003 年土壤 pH 值时空变化特征，并对其驱动力进行了分析；郭治兴等^[10]研究了 1980—2007 年广东省土壤 pH 时空变化，发现近 30 年时间广东省土壤 pH 均值由 5.70 降至 5.44；张驭航等^[11] 和李涛等^[12]分别研究了河南省和山东省近 30 多年土壤 pH 的时空变化特征，并对其影响因素进行了探讨。

随着地统计学和 GIS 等空间数据处理技术的发展，国内对土壤 pH 变化趋势研究日趋科学合理，但也存在一些不足之处。其一，目前国内对于土壤 pH 变化趋势研究主要集中在国家级和省级小比例尺层面，市级和县级研究近乎空白。其二，数据更新不及时，绝大多数研究一期数据主要基于 1980 年全国第二次土壤普查数据，年代久远，由于测试分析方法不尽相同，在数据处理上存在误差概率较大，且由于采样密度较稀疏，无法定量客观反映实际情况。

浙江省温州市（以下称“研究区”）素有“七山一水二分田”之说，耕地资源稀缺，保护耕地质量，保障粮食生产安全和资源储备显得尤为重要。本文基于研究区 2004 年浙江省 1∶25 万多目标区域地球化学调查和 2019 年浙江省土地质量地质调查行动计划两期表层土壤样品数据，系统研究了近 15 年温州市主要农用地土壤 pH 变化特征，以期为研究区精准测土配方、土壤科学利用和耕地质量保护等方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于浙江省温州市中东部（27°24′— 28°25′N，120°13′—121°14′E），区域面积约 3142 km²，涉及乐清市、永嘉县、鹿城区、瓯海区、龙湾区、洞头区、瑞安市、平阳县、龙港市和苍南县 10 个县（市、区）（图1）。区内地势较平坦，水网交错，土壤肥沃，是温州市主要的人口和产业密集区，也是浙江省东南地区主要粮食功能生产区所在地。

区内土壤成土母质主要有滨海相沉积物、河湖相沉积物、火成岩类风化物和沉积岩类风化物四大类，土壤类型主要包括水稻土、红壤、粗骨土、潮土、滨海盐土五大类^[13]。土地利用类型包括水田、旱地、果园、茶园和林地 5 种，其中水田和旱地两者面积约 1335 km²，占温州市总耕地面积近 56%。

1.2 数据来源

本次研究主要使用了 2004 年和 2019 年两个时期数据。其中 2004 年数据来源于浙江省 1∶25 万多目标区域地球化学调查，样品采集密度为 1 件 /km²，共在研究区内采集了 727 件表层土壤样点；2019 年数据来源于浙江省土地质量地质调查行动计划（2016—2020 年），平均样品采集密度为 9～10 件 /km²，根据不同调查密度区对样点进行加密或抽稀，在研究区范围内共采集了 10045 件表层土壤样点。两期数据样品采集介质和采集方法一致，都采用玻璃电极法（ISE）进行 pH 测试，检出限都为 0.1 个单位，符合规范要求，测试分析过程和质量监控分别执行《土地质量地球化学评价规范 （DZ/T 0295—2016）》和《多目标区域地球化学调查规范（1∶25 万）》。

1.3 分析方法

首先运用 Excel2019 和 SPSS 23.0 软件采用传统统计学方法对两期土壤 pH 数据进行处理和分析，求取两期数据平均值、极值、标准差和变异系数等基本参数；再运用 ArcGIS 10.2 软件对数据进行地统计学分析，以《土地质量地球化学评价规范 （DZ/T 0295—2016）》中土壤 pH 分级标准为依据 （表1），采用反距离权重插值法求得研究区两期农用地表层土壤 pH 空间变化特征，通过采样点的交叉校验评价栅格数据的准确性，并叠加两期栅格数据，求取研究区土壤 pH 变化值；然后，按照研究区不同成土母质、土壤类型和土地利用类型，分类对比分析两期土壤 pH 变化特征；最后结合前人研究成果，对其变化成因进行分析探讨。

2 结果与分析

2.1 土壤 pH 总体变化趋势

对比两期土壤 pH 的相关统计参数，可以看出研究区农用地表层土壤 pH 呈明显降低趋势，pH 均值由 2004 年的 6.03 降为 2019 年的 5.58，降低了 0.45 个单位，降低速率为 0.03 个单位 / 年 （表2）。有研究认为在自然状态下，土壤 pH 变化一个单位需要百年甚至千年时间^[15]，说明研究区内存在某些外界因素在推进表层土壤的酸化速度。2004 年土壤 pH 最小值为 4.50，最大值为 8.57，极差为 4.07，变异系数为 0.16； 2019 年 pH 最小值为 3.59，最大值为 8.93，极差为 5.34，变异系数为 0.18，说明虽然近 15 年研究区土壤 pH 总体在下降，但不同区域下降幅度不同，甚至极个别地区土壤 pH 存在上升现象。

对比两期土壤 pH 分布特征，可以对以上分析结果进行验证。如图2 所示，2004 年 727 件样点中，酸性样点占总样本数的 60%，但强酸性土壤样点仅为 11%；而 2019 年 10045 件样点中，酸性和强酸性样点分别占 32% 和 51%，虽然酸性样点比重比 2004 年有所降低，但强酸性样点数却大大增加，且 2019 年中性、碱性和强碱性土壤所占比重较 2004 年都有不同程度的降低。考虑到两期数据样本数有所不同，但总体上可以看出，研究区表层土壤 pH 下降明显。

依据土壤酸碱度分级标准（表1），在 ArcGIS 10.2 软件上采用反距离权重插值法求得研究区两期土壤 pH 的空间分布特征。如图3 所示，研究区 2004 年土壤 pH 值总体呈西低东高的分布特征，东部滨海平原区瑞安市、乐清市和龙湾区一带以及瓯江、飞云江和鳌江流域中东部地区尚有大片面积土壤属于中性和碱性土壤，强酸性土壤呈零星状分布于苍南县、平阳县、瑞安市和瓯海区；2019 年虽然土壤 pH 分布特征与 2004 年基本一致，但中性和碱性土壤大面积萎缩，而强酸性土壤面积大幅增加，集中连片分布于瑞安市、永嘉县、瓯海区和苍南县一带，尤以海拔在 20～200 m 之间红壤区土壤最为明显。

通过对两期土壤 pH 栅格数据进行减法运算，可以更加直观地反映区内不同区块土壤 pH 变化趋势。研究区土壤 pH 总体下降，下降最明显土壤位于龙港市、瑞安市东部、鹿城区、永嘉县和乐清市靠近瓯江口等人口和产业聚集区一带，这些地区土壤 pH 大多数下降了 0.9 个单位以上，说明人类生产生活及其排放的废弃物对其周边土壤 pH 造成很大影响。通过图4 还可以看出，研究区内并非所有土壤 pH 都在降低，在瑞安市、乐清市和龙湾区等靠近滨海平原低海拔一带，受潮汐及台风等极端天气时海水倒灌影响，这些地区部分土壤 pH 上升，极个别地区土壤上升了 3.37 个单位 （图4）。

2.2 不同成土母质土壤 pH 变化特征

原始状态下的土壤 pH 继承于成土母质，不同成土母质土壤 pH 相差较大^[16-17]。虽然受外界因素影响程度不尽相同，且两期数据参与统计的样本数相差较大，但总体可以看出，研究区 2004 年和 2019 年两期数据都显示成土母质为滨海相沉积物和河湖相沉积物土壤 pH 均值要高于火成岩类风化物和沉积岩类风化物（图5）。

从研究区近 15 年不同成土母质土壤 pH 变化趋势看，各类母质土壤 pH 都有不同程度下降 （表3）。其中滨海相沉积物土壤 pH 值下降了 0.75 个单位，年均下降 0.05 个单位，而河湖相沉积物、火成岩类风化物和沉积岩类风化物土壤分别下降了 0.55，0.51 和 0.28 个单位，发现近 15 年研究区内成土母质土壤原始 pH 值越高，其下降的速度也越快，这是由于滨海相沉积物和河湖相沉积物土壤主要分布在滨海平原区和瓯江、飞云江及鳌江等主要水系流域中下游一带，为大片农田种植区，也是人口产业密集区，其土壤受人类活动直接影响要远大于其他成土母质土壤。

2.3 不同土壤类型土壤 pH 变化特征

按照不同土壤类型对比分析两期数据，结果均显示潮土 pH 平均值要远高于滨海盐土、粗骨土、红壤和水稻土，其中红壤 pH 最低（图5）。从图5 还可以看出，除潮土外，其他 4 种土壤 pH 平均值均大于中位数，说明潮土土壤 pH 受极低值影响左偏较明显，而其他 4 种土壤 pH 则不同程度受到极高值影响，呈右偏分布。

对比两期数据可以明显看出，不同土壤类型 pH 变化特征不尽相同。其中滨海盐土、粗骨土、红壤和水稻土 pH 值近 15 年时间都出现了不同程度的下降，其中水稻土下降最为显著，下降了 0.53 个单位，年均下降 0.04 个单位，滨海盐土下降了 0.49 个单位，红壤下降了 0.42 个单位，粗骨土下降了 0.19 个单位，年均下降分别为 0.03、0.03 和 0.01 个单位；而潮土则不降反升，上升了 0.20 个单位，年均上升 0.01 个单位（表4）。这一结果也验证了研究区土壤 pH 总体变化特征分析所得出的结论。

2.4 不同土地利用类型土壤 pH 变化特征

按照不同土地利用类型来统计分析更能客观地反映人为因素对研究区内土壤 pH 的影响。总体上看，两期数据 5 种土地利用类型土壤 pH 均值相差相对较小，其中水田 pH 相对较高，林地、果园、旱地和茶园基本上相差不大。如图5 所示，5 种土地利用类型土壤 pH 均值都要大于中位数，说明不同土地利用类型土壤 pH 均值受极高值影响较大， pH 呈右偏分布。

近 15 年研究区不同土地利用类型土壤 pH 变化特征相差较大（表5）。虽然本次研究茶园范围内参与统计样本数较少，但总体可以看出研究区茶园土壤 pH 变化最为明显，2019 年较 2004 年下降了 1.17 个单位，年下降 0.08 个单位，其次为水田，下降了 0.61 个单位，年下降 0.04 个单位，果园、旱地和林地变化相差不大，年均下降为 0.03 个单位，说明研究区茶园和水田土壤 pH 可能受施肥等人为因素影响土壤酸化明显。

3 讨论

综上所述，虽然研究区近 15 年土壤总体酸化明显，但不同成土母质、土壤类型和土地利用类型酸化程度相差较大，甚至部分地区土壤 pH 不降反升，说明研究区土壤酸碱度受自然和人为多重因素叠加作用所致。

普遍认为受地形地貌、气候和植被等因素影响，土壤在原始条件下处于自然酸化的过程^[17-19]。其实际上是土壤酸缓冲能力不断下降的一个动态过程，也是土壤盐基饱和度持续下降的过程^[19]。由于成土母质不同，不同土壤类型的土壤其酸缓冲能力不尽相同^[9]。刘伟等^[20]对长春地区不同类型土壤的酸缓冲性进行分析后，认为长春市黑钙土、草甸土、黑土、白浆土和暗棕壤酸缓冲能力逐渐下降，其中水稻土酸缓冲能力最低；王文婧等^[21]在对安徽省主要土壤酸碱性及其酸缓冲性能研究时发现，土壤酸缓冲能力强弱依次为潮土、砂姜黑土、水稻土。本次研究（表4）显示，近 15 年研究区不同类型土壤 pH 值下降程度依次为水稻土、滨海盐土、红壤、粗骨土和潮土，其中水稻土、滨海盐土和红壤分别下降了 0.53、0.49 和 0.42 个单位。水稻土和红壤面积之和占研究区总体面积近 92%，成土母质主要为中酸性火成岩类风化物，其在成土过程中容易发生盐基成分（钙、钠、钾、镁等阳离子）随地表径流和地下水流失，导致其酸缓冲能力不断下降。

酸沉降是土壤酸化的主要诱因之一^[22-23]，其中又以酸雨为甚，而化石燃料燃烧生成的硫化物和氮化物又是产生酸雨的根本原因。大量氮、硫化物等致酸物质随雨水进入土壤中并导致土壤 H⁺ 浓度升高、固相铝活化及盐基离子流失^[24-25]。初步估计，酸沉降对农田酸化贡献率为 23%～40%，对丘陵红壤酸化贡献率有 50%，对森林土壤酸化贡献率则超过 90%^[26-27]。《2019 年温州市环境状况公报》显示温州市从 20 世纪末开始历来是酸雨频发区，以温州市区为例，2005—2010 年近 5 年时间全年酸雨率近 100%，虽然至 2019 年降为 44.4%，但部分地区大气年均氮沉降依然高达 0.045 mg/m³，高于国家二级标准^[28]。如图4 所示，近 15 年研究区土壤 pH 值下降幅度最大的地区主要位于鹿城区、乐清市、瑞安市、永嘉县瓯北镇和龙港市等主要城镇及其周边工业区附近，而这些地区主要的土地利用方式以农用地为主，这也很好解释了研究区水田相对于其他土地利用类型土壤酸化较快这一结果。

与加速自然生态系统土壤酸化的诱因不同，在现代农田生态系统中，大量使用化肥特别是氮肥是农田土壤酸化的主要原因，农田土壤酸化速率与粮食产量和氮肥施用量呈明显正相关^[29]。有研究认为土壤酸化的驱动因素中施肥贡献率达 55.1%^[30]。其原理与酸沉降基本一致，进入农田系统的 NH₄ ⁺ 会被土壤吸附，造成土壤阳离子吸附位点减少，使盐基阳离子更易流失^[31]。还有研究认为植物根系吸收 NH₄ ⁺ 以及铵态氮在土壤中发生硝化作用都会释放 H⁺，直接导致土壤酸化^[32]。现有数据显示，温州市 2008—2019 年氮肥施用总量和施用强度基本上呈逐年递减趋势^[33]。2010 年最高达到 5.23 万 t，施肥强度为 215 kg/hm²，致 2019 年降低为 3.62 万 t，施肥强度降为 149 kg/hm²，其中 2019 年氮肥施用量比 2018 年下降了 19.02%（图6）。考虑到不同作物种类对氮肥需求量的差别以及有机肥料中含有大量的氮肥^[34]，因此总体上温州市 2018 年以前耕地土壤氮肥施用是呈过量状态。而就整个浙江省而言，这种状况是普遍存在的，究其原因为耕地基础地力低、耕地利用强度大、农户生产规模小、过度追求高产等因素所致^[35-38]。结合图5 可以看出，研究区茶园和水田是 2 种土壤酸化最明显的土地利用类型，尤以茶园为甚，近 15 年下降了 1.17 个单位。这一结果和部分研究认为偏施氮肥，少施甚至不施有机肥是导致茶园土壤酸化的一个重要原因的结论基本吻合^[39-41]。

考虑到研究区所处地理位置以及部分土壤 pH 不降反升这一情况，不能忽略海水倒灌对研究区地势低洼地区土壤 pH 的影响^[42]。海水一般呈弱碱性，pH 在 8.0～8.5 之间，富含钠、钾和镁等盐基阳离子^[43]。研究区地处滨海和主要水系中下游流域平原区，区内多数海拔小于 3 m 以下，在沿海和瓯江、飞云江及鳌江入海口堤坝未修筑之前，大潮如遇台风或是强降雨等极端天气，海水可直接沿主河道上涨覆盖地势低洼地带。本次调查显示，研究区 2019 年潮土土壤 pH 较 2004 年上升了 0.20 个单位主要是基于此原因。此外，海水入侵城市地下水系统，与城市主要灌溉水河道生产水力联系，也是沿海地区土地盐渍化从而导致 pH 上升的原因之一^[44]。

因此，为了更好地研究和预判未来研究区农用地土壤 pH 的变化趋势，建议在原有耕地质量监测网点上增加监测密度，针对不同土壤类型和土地利用方式，优化施肥方案，提高化肥转化率，解决研究区部分土壤“肥而无力”这一问题，同时不能忽略酸沉降和海水倒灌对研究区农用地土壤 pH 的影响。

4 结论

15 年温州市主要农用地土壤 pH 总体呈下降趋势，均值由 2004 年 6.03 降为 2019 年 5.58，降低了 0.45 个单位，年均下降 0.03 个单位。整体表现为酸性土壤面积大幅增加，土壤酸化日趋严重。但是，受自然和人为多重影响因素叠加作用所致，不同成土母质、土壤类型和土地利用类型土壤 pH 变化趋势不尽相同，在今后的研究工作中需区别对待。另外，通过研究还发现，2018 年以后温州市耕地氮肥施用量大幅下降，酸雨率明显降低，推断 2018 年是温州市农用地土壤特别是耕地 pH 变化趋势的一个拐点。

致谢：文章在编写过程中得到了浙江省地质调查院董岩翔教授和温州市地质环境监测中心徐登财主任的悉心指导，特此感谢！

参考文献