摘要
对淮安市 2004、2019 年土壤地球化学调查数据进行分析，深入探讨土壤 pH 空间变异特征及其影响因素。结果表明，2019 年研究区土壤 pH 值范围是 4.66 ～ 9.46，均值为 7.95，整体表现为南低北高，变异系数为 0.095，属于弱空间变异性。地统计学分析结果表明，2004、2019 年研究区土壤 pH 的变异函数的最优理论模型均为指数模型，块金系数分别为 0.283 和 0.352，表明受人为因素和结构性因素共同影响，土壤 pH 值具有中等程度的空间相关性，冷热点分析结果显示，2019 年较 2004 年土壤 pH 高值区明显增多，土壤 pH 低值区范围进一步扩大，空间集聚分布更显著。相关分析表明，研究区土壤 pH 值空间变异的主要控制因素为地貌类型和土壤类型，分别能独立解释研究区 40.9% 和 21.7% 的土壤 pH 值空间变异。此外，土壤 pH 与钙含量呈显著正相关，与氮、硫、有机质含量呈显著负相关。近 15 年来研究区黄泛区土壤出现轻微碱化现象，洪泽湖泛滥平原区、里下河浅洼平原区土壤出现酸化现象，需要采取相应措施，调控土壤 pH。
Abstract
The geochemistry survey analysis was conducted on the soil samples from the Huai’an city in the years of 2004 and 2019，to explore the spatial variation characteristics and influencing factors of soil pH. The results showed that the soil pH value ranged from 4.66 to 9.46 in the study area in 2019，with an average of 7.95. The overall performance was low in the south and high in the north，the coefficient of variation is 0.095，indicating weak spatial variability. The geostatistical analysis results indicated that the optimal theoretical models for the variation function of soil pH were both exponential models in the study area in 2004 and 2019，with block gold coefficients of 0.283 and 0.352，respectively，it indicated that soil pH values had a moderate spatial correlation due to the combined influence of human and structural factors. The analysis results of cold and hot spots showed that，in 2019，there was a significant increase in areas with high soil pH values compared to 2004，and the range of areas with low soil pH values further expanded，with more significant spatial clustering distribution. Correlation analysis showed that the main controlling factors for the spatial variation of soil pH values in the study area were geomorphic type and soil type，which could independently explain 40.9% and 21.7% of the spatial variation of soil pH values in the study area，respectively. In addition，soil pH was significantly positively correlated with calcium content，and significantly negatively correlated with nitrogen，sulfur，and organic matter content. In the past 15 years，the soil of the Yellow River floodplain in the research area has slightly alkalized，and the soil of the Hongze Lake floodplain and low-lying plain area of Lixia River has slightly acidified. Corresponding measures need to be taken to regulate the soil pH.
Keywords
土壤 pH 是土壤的重要理化性质之一，不仅影响着土壤中养分的形态及其有效性，同时还控制着 Hg、Cr、As、Pb、Zn 等重金属的存在形态、生物有效性和迁移转化过程，对微生物活动、植物生长发育、碳和氮的生物地球化学循环均有很大影响[1-6]。因此，分析区域土壤酸碱度的时空变化特征及影响因素有益于当地农业、林业等种植业的发展[7]，对土地资源的科学利用、生态环境的保护和建设等均具有重大意义。
土壤 pH 作为区域化变量，在自然状态下其变化过程是十分缓慢的，但是随着工业化、城镇化飞速发展以及不合理的农业生产方式，土壤酸碱性空间分布和演变方向发生改变[8]，不同区域和不同时间内土壤 pH 会呈现不同的空间变异特征，目前国内外已经有大量学者运用统计学、地统计学、GIS 技术[9-11] 等对全国[12]、省[8，13]、市[14]、县区[15]等不同行政区域，以及高原[16]、丘陵[17]、平原[18]、盆地[19]、沟壑区[20] 等不同地貌类型，太湖[21]、淮河[22]等不同流域，耕地[17]、园地[23]、林地[10，24] 等不同土地利用方式，甘蔗[25]、柑桔、龙眼[26]、胡椒[2]、烤烟[3]、水稻[27]、香蕉[28]种植地的土壤 pH 进行了空间变异及其影响因素分析，均取得了丰硕的研究成果。研究表明，土壤 pH 的空间分布受成土母质、土壤类型、海拔、地形地貌等结构性因素的影响，同时还受到土地利用方式、气候因素、施肥方式、工业生产等随机因素的影响。同一个地区，随着时间推移，土壤 pH 的空间变异程度和主要影响因素也会发生变化[4]，王志刚等[29]通过比较 1980 和 2003 年江苏省土壤 pH 空间分布图，发现虽然两个时期土壤 pH 空间分布的基本格局仍然相似，但局部地区也存在较大的变化，主要表现为酸化。李涛等[30] 研究山东省 1984 和 2015 年耕地土壤 pH 数据，发现 30 年来山东省耕地土壤 pH 整体表现为酸性耕地面积明显增加，弱碱性和中性耕地面积相对减少，局部耕地酸化，全省耕地土壤酸化主要影响因素为土壤类型、植物收获以及化肥不适当施用。因此，研究区域性土壤 pH 的空间分布特征及影响因素不仅有助于揭示研究区域的重要土壤性质，分析土壤 pH 演化趋势，更有助于根据影响土壤 pH 的主要因素进行针对性的土壤改良，制定合理的施肥方案，促进农业生产和环境保护[31]。
淮安市位于江苏省中北部，是江苏省粮食主产区之一，国家商品粮生产基地，长期人类的耕作活动对土壤 pH 的影响程度尚不清楚，此外，研究区处于黄淮平原、江淮平原以及里下河平原交汇处，成土母质来源比较复杂，导致其发育的土壤对 pH 变化的缓冲能力也不尽相同，土壤 pH 值在时空上的变化特征不甚清楚，因此，为研究人为活动、自然作用双重影响下对土壤 pH 值的影响提供了一个天然靶区。本次以江苏省 1∶25 万多目标区域地球化学调查和淮安城市地质调查数据为基础，借助地统计学和 GIS 软件对淮安市土壤 pH 值的时空变异特征及影响因素进行深入探讨，以期为研究区土壤科学利用、耕地质量保护和农业经济的可持续发展提供更为科学的依据[13，32]。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
淮安市位于苏北平原腹地，淮河流域下游，为南下北上的交通要道，是苏北重要的中心城市，位于 118°43.8′—119°37.2′E，33°16.8′—33°55.2′N，季风显著，四季分明。年平均气温 14.1～14.9℃，年平均降水量 910～1030 mm，自然降水丰富。区内地貌按照物质来源、成因可分为冲海积砂坝高地、废黄河故道高地、微斜冲积平原区、扇根-扇中微斜平原区、扇缘微斜平原区和扇缘湖沼平原区（ 图1a）。研究区中北部发育黄潮土、棕潮土、盐化潮土，南部洪泽湖泛滥平原区、里下河浅洼平原区发育水稻土、沼泽土（图1b）。土地利用类型有水田、旱地、水浇地、园地、林地、建制镇、滩涂 / 坑塘等。
1.2 数据来源
土壤 pH 数据来源于江苏省地质调查研究院承担的江苏省 1∶25 万多目标区域地球化学调查和淮安城市地质调查项目，采样时间分别是 2004 和 2019 年，研究区样品数分别为 836 和 9141 个，如图1c、d所示。表层土壤样品采样深度均为 0～20 cm。土壤样品采集：多目标区域地球化学调查项目采样密度 1 个/km2，4 km2 土壤样品组合分析；淮安城市地质调查项目采样密度 4 个/km2，野外采样以 GPS 定位点为中心，向四周辐射 30 m 确定 4 个分样点，等份组合成一个混合样，一般采用“X” 形或“十”形取样。用电极法测定土壤 pH。土地利用现状数据来自于江苏省第二次土地资源调查数据。空间分辨率为 30 m 的研究区数字高程模型 （DEM）数据，来源于中国科学院地理空间数据云。
图1研究区基础地理信息及采样点分布
1.3 研究方法
半方差函数是地统计学中分析土壤异质性所特有的函数，理论模型包括球状模型、指数模型、高斯模型等。主要参数有块金值 C0、基台值 C0+C 和变程 α。块金值 C0 代表变量的块金效应，反映了系统内部研究变量随机性的可能程度。C0+C 为基台值，表示系统内总的变异。变程 α 也称为土壤元素空间最大自相关距离。块金值 / 基台值 （C0/C0+C）称块金系数，表示空间异质性程度或土壤属性的空间依赖性。块金系数 <0.25 时，表示变量具有强烈的空间自相关性；块金系数在[0.25， 0.75]，表示变量具有中等水平的空间自相关性； 块金系数 >0.75，表示变量具有较弱的空间自相关性，变异主要由随机变异组成，半方差函数主要参数计算公式见文献[33]。
冷热点分析（Getis-Ord Gi*）是通过冷热点分析来计算土壤 pH 值数据的 Gi* 值，得到 Z（Gi*） 和 P 值，并将其在空间上展现出来，进一步识别土壤 pH 值在局部区域上具有统计显著性的低值集聚区和高值集聚区，即冷、热点识别。若局部区域土壤 pH 值的 Z（Gi*）得分高且 P 值小（显著），则表明该区域是土壤 pH 值的高值聚集区，属于热点区域；若 Z（Gi*）得分低并为负数且 P 值小（显著），则为冷点区；若 Z（Gi*）得分接近于零，则表示不存在明显的空间分异。Gi* 值和 Z（Gi*）的计算公式见文献[17，25]。
1.4 数据处理及方法
利用地学统计软件 GS+9.0 对土壤 pH 进行半方差拟合，运用 ArcGIS 10.2 软件进行普通克里格插值，得到土壤 pH 空间分布图。利用 ArcGIS 10.2 软件进行土壤 pH 的 Getis-Ord Gi*。采用方差分析、相关分析和回归分析探索土壤 pH 与影响因素间的关系，揭示研究区土壤 pH 空间分布特征及影响因素。分析过程中常规统计、方差分析、相关分析均在 SPSS 18.0 中进行[19]。
2 结果与分析
2.1 土壤 pH 分布特征
统计结果（表1） 表明，2019 年研究区土壤 pH 值范围为 4.66～9.46，均值为 7.95，变异系数为 0.095 且 <0.1，为弱变异程度，通过 Kriging 方法得到土壤 pH 的空间分布图（图2a），整体表现为南低北高。pH 低背景区及低值区主要分布在清江浦区南部以及苏北灌溉总渠以南广大地区，空间上与微斜冲积平原分布范围高度吻合；pH 值高背景区分布在研究区广大地区，主要受黄泛冲积物影响，土壤整体呈碱性，与李朋飞等[34]研究结果类似，同时还分布于王家营-南马厂-宋集-苏嘴等地，与废黄河故道分布范围基本一致。pH 高值区及强高值区还分布于城区，可能与城市建设活动有关，城市开发建设过程中水泥、砖块和其他碱性混合物等进入周围土壤后向土壤中释放所含的 Ca，混凝土风化也向土壤中释放 Ca，另外，大量含碳酸盐的灰尘和沉降进入土壤，致使城区土壤 pH 向碱性演变，与潘永敏等[15]、卢瑛等[35]的研究一致。通过比较 2004 和 2019 年土壤 pH 的空间分布图（图2），可以看出，青江浦区、淮阴区等主城区土壤碱化趋势明显，清江浦区南部、淮安区西部酸化趋势明显。
表1土壤 pH 描述性统计
图2土壤 pH 空间分布图
2.2 土壤 pH 空间分布格局
2.2.1 半方差函数的结构分析
运用 GS+9.0 对土壤 pH 空间变异性进行半方差分析，由表2可知，2004、2019 年研究区土壤 pH 最佳理论模型均为指数模型，土壤 pH 块金系数分别是 0.283、0.352，介于 0.25～0.75，表明 2004、2019 年研究区土壤 pH 均具有中等的空间自相关性[17]，其空间变异由结构性因素和随机因素共同决定，块金系数均小于 0.5，表明土壤 pH 受成土母质、地形等结构性因素的作用更大。Moran’s I 指数可从全局尺度对土壤 pH 值在邻近单元要素的空间相似度和依赖度作定量描述，取值范围为 [-1，1]，负值表示土壤 pH 值在区域上呈离散趋势，正值则为集聚趋势；绝对值越接近于 1，其空间相关性越大，绝对值越小，则越趋于随机分布[3]。研究区土壤 pH 值的 Moran’s I 分别为 0.730、0.759，表明土壤 pH 存在极显著的空间自相关性。变程是半方差达到基台值的样本间距，通常采样距离超过该范围，则没有空间相关性[36]，2004、2019 年土壤 pH 变程分别为 93.57 和 59.61 km，2019 与 2004 年相比，随机因素引起的空间变异程度变大，土壤 pH 空间自相关范围变小。
表2土壤 pH 的半方差模型
2.2.2 冷热点分析（Getis-Ord Gi*）
在 ArcGIS 10.2 中利用 Getis-Ord Gi* 工具分析研究区土壤 pH 值的空间聚集情况[37]。土壤 pH 值冷热点分析结果（图3）表明，2004 年土壤 pH 高值（热点）集中趋势不明显，土壤 pH 低值（冷点） 区集中于清江浦区南部、淮安区西部，零散分布于淮安区南部。2019 年土壤 pH 高值区明显增多，集中分布于经济开发区，主要在城镇开发建设区域，土壤 pH 低值区范围进一步扩大，集中分布于清江浦区西南部、淮安区西南部，零散分布于淮安区南部、北部和东部。15 年来研究区土壤 pH 值空间集聚分布更显著。
2.3 影响因素分析
土壤 pH 与成土母质、地貌类型、土壤类型等结构性因素有关，同时也受工业化、城镇化、农业活动等人为因素影响。本研究主要探讨地貌类型、土壤类型、土地利用方式、土壤理化性质等对土壤 pH 的影响。
2.3.1 地貌类型
不同地貌由不同的地质作用形成，从而具有不同的地球化学特征，地貌控制着区域成土母质的来源和成土过程，决定着土壤的成因类型和发育特点，也一定程度上决定土壤的成分。对比两期数据，不同地貌类型土壤 pH 值均为冲海积砂坝高地＞废黄河故道高地＞扇根-扇中微斜平原＞ 扇缘微斜平原＞扇缘湖沼平原区＞微斜冲积平原区 （表3，图4），土壤 pH 值分布与地貌类型分布具有高度一致性（图1c和图2b）。冲海积砂坝高地主要由沉积物组成，砂质含量较高，硅含量高，有机质含量低，土壤 pH 值较高。废黄河故道高地成土母质主要是黄河冲积物，土壤砂粒多，粘粒少，富含钙质，有机质含量低，土壤 pH 值高，与河南、安徽[22]等地类似。扇缘湖沼平原区以泻湖相沉积母质为主，粘粒含量高，有机质含量高，可交换性酸含量高，土壤酸缓冲性较弱，同时酸性肥料施用也使该区域土壤 pH 下降幅度增大[32，38]。微斜冲积平原区主要是黄土堆积物，其形成时间较早，经强烈淋溶，碳酸钙含量低，土壤 pH 较低。扇根-扇中微斜平原区、扇缘微斜平原区 pH 均值有所增加，微斜冲积平原区、扇缘湖沼平原区的 pH 均值有所下降。表明不同地貌类型的土壤 pH 变化各不相同，冲海积砂坝高地、废黄河故道高地、扇根-扇中微斜平原区广泛分布黄泛冲积物，土壤中富含碳酸钙，土壤 pH 呈碱性，土壤 pH 值随着深度的增加而增大[39]，在农业生产过程中，翻耕等措施使得下层土壤进入表层，导致碱化[38-40]。
图3土壤 pH 冷热点分析结果
表3不同地貌类型土壤 pH 均值
注：同行数据后小写字母不同表示差异显著（P<0.05）。下同。
2.3.2 土壤类型
按照不同土壤类型对比两期数据，结果均显示土壤 pH 值黄潮土≈盐化潮土＞棕潮土＞沼泽土 ＞水稻土（表4、图5）。除水稻土外，其他类型土壤 pH 值均有所增加，其中棕潮土的 pH 值增幅最大，增加 0.37，水稻土 pH 值降低 0.08。表明不同类型土壤的酸缓冲能力存在明显差异，黄潮土、盐化潮土、棕潮土成土母质为含盐碳酸岩河流冲积母质，受石灰岩影响，游离碳酸钙含量高，土壤的酸缓冲性较强，土壤 pH 较高[37-38，41-42]。沼泽土的成土母质是近代河湖相沉积物，具有腐殖质表土层和蓝灰色潜育层，有机质含量高，土壤 pH 较低[41]。水稻土经常处于淹水还原、排水氧化以及频繁的灌溉、耕作和施肥等人为活动下，其特征主要是铁、锰的还原淋溶和氧化淀积，土壤 pH 受农业生产影响较大，酸性肥料施用可能使水稻土 pH 下降，这与毛伟等[42]研究结果以及江苏省土壤普查结果[43]一致。
图4不同地貌类型土壤 pH 分布频率
表4不同土壤类型土壤 pH 均值
2.3.3 土地利用方式
土地利用方式是影响土壤质量最直接的因素，不同土地利用类型直接影响土壤理化性质，进而影响土地的生产力。由表5、图6可以看出，2004 年土壤 pH 值从大到小为旱地＞水浇地＞林地 = 园地 ＞水田＞滩涂 / 坑塘＞建制镇。2019 年土壤 pH 从大到小为林地＞园地＞旱地＞建制镇＞水田 >滩涂 / 坑塘＞水浇地。林地土壤 pH 较高可能是由于本次林地样点集中在废黄河故道高地，土壤 pH 本底值较高，同时，林地施肥量较低，受人为因素影响相对较少，pH 值相对较高，与李慧等[44]的山东黄泛区林地、园地土壤 pH 值最高的结论类似；建制镇 pH 较高与城市建设活动有关[15]；水田、水浇地土壤 pH 值较低与施肥等农业生产活动有关[25]。
图5不同土壤类型土壤 pH 分布频率
表5不同土地利用类型土壤 pH 均值
回归分析结果（表6）表明，地貌类型可以独立解释 40.9% 的土壤 pH 空间变异，其影响显著，能解释的空间变异比例较高；土壤类型能解释 21.7% 的土壤 pH 空间变异；土地利用方式作为人类影响最直观的表示，只能独立解释 4.7% 的土壤 pH 空间变异。表明土地利用方式不是影响本研究区土壤 pH 空间变异的主要因素，地貌类型和土壤类型可以作为淮安市土壤 pH 变化的主要影响因素[43]。
2.3.4 理化性质
除了上述各结构性因素外，土壤理化性质对土壤 pH 也存在影响，研究表明，土壤 pH 值与有机质含量[45]、速效氮含量[23] 等呈显著负相关，与交换性钙、镁比值呈正相关[46]，将土壤中钙、氮、硫、有机质含量与土壤 pH 值进行相关性分析，结果显示，土壤 pH 与钙含量呈显著正相关，与氮、硫、有机质含量呈显著负相关（表7）。土壤中钙含量越高，土壤 pH 值越高，土壤碱性越强，研究区内黄泛冲积物中钙含量高，土壤整体呈碱性-强碱性。氮、硫、有机质含量越高，土壤 pH 越低，土壤酸性越强，研究区内洪泽湖泛滥平原区、里下河浅洼平原区土壤有机质含量高，同时氯化铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、尿素等酸性肥料不合理施用造成土壤中氮、磷含量较高，导致土壤酸化[43]。
图6不同土地利用方式土壤 pH 分布频率
表6不同影响因素下土壤 pH 的方差分析和回归分析
表7土壤 pH 与不同元素及有机质的相关性分析
注：** 和 * 分别表示 P<0.01 和 P<0.05 显著相关。
2.4 土壤 pH 变化趋势
为了解研究区土壤 pH 变化趋势，首先，对两个时期土壤 pH 分布图层间进行了图层空间差减提取比较分析（图7），结果显示，土壤 pH 总体保持不变或呈现轻微增减趋势，显著增加区域分布于青江浦区、淮安区等主城区，与城区建筑活动有关； 缓慢增加区域分布于苏北灌溉总渠以北及淮安区以东广大地区，与黄泛冲积物分布有关；pH 下降区域主要分布于清江浦区南部以及淮安区西部地区，受成土母质与农业生产活动共同影响。
图72004—2019 年土壤 pH 变化趋势
其次，将研究区两个时期土壤样点进行了酸碱分级[22]（表8），研究区土壤酸碱度特征结果见表9，研究区 2019 年土壤 pH 以碱性为主（占比 80.56%），酸性、中性土壤占比分别为 8.34% 和 5.24%，较 2004 年土壤酸化明显，强酸性-酸性土壤占比由 3.83% 增加到 8.60%，同时，研究区碱化趋势明显，强碱性土壤占比由 0.24% 增加到 5.60%。不同地貌类型中，微斜冲积平原区、扇缘湖沼平原区是主要酸化区，微斜冲积平原区土壤酸性-强酸性占比由 29.13% 增加到 64.33%，扇缘湖沼平原区土壤酸性-强酸性占比由 5.41% 增加到 16.31%；废黄河故道高地是主要碱化区，强碱性土壤占比增加了 19.80%。不同土壤类型中人为水稻土是主要酸化土壤，酸性-强酸性土壤占比由 10.29% 增加到 22.84%，发育于近代黄泛冲积物之上的潮土类土壤碱化趋势明显，黄潮土、盐化潮土和棕潮土强碱性土壤占比分别增加了 7.71%、 7.51% 和 14.29%。土地利用方式中水田和水浇地酸化趋势明显，酸性、强酸性土壤占比分别增加了 4.65%、9.64%，主要与农业生产中酸性肥料施用有关，林地、园地、建制镇碱化趋势明显，强碱性土壤占比分别增加 28.57%、27.66% 和 23.40%，林地土壤碱化趋势明显，这与杨红等[47]得出的林地表层土壤酸化趋势截然不同，可能与本次样点集中分布在废黄河故道高地，林地受人为活动影响较小，且土壤 pH 本底值较高有关，园地土壤碱化与土壤深翻施肥等管理技术有关，建制镇土壤 pH 碱化与城市建设活动有关[15]。
表8土壤酸碱度分级
表9研究区土壤酸碱度特征
续表
综上所述，目前研究区土壤酸化和碱化趋势均比较明显，土壤酸碱度变化受成土母质（地质背景）和人为活动（农业生产活动、城市建设活动） 双重因素的影响。
3 讨论
本文以淮安市土壤 pH 为研究对象，围绕土壤 pH 时空变异特征及影响因素展开探讨，一定程度上弥补了淮安等苏北地区土壤 pH 研究的不足，同时，也为淮安地区土壤改良、地力提升提供一定的理论依据。淮安市位于江淮和黄淮平原，土壤 pH 整体南酸北碱，以碱性为主，2004—2019 年土壤 pH 总体保持不变或呈现轻微增减趋势，局部地区土壤呈显著酸化或碱化趋势，与倪言成等[48]研究结果类似。土壤 pH 作为一个区域变化量，其空间分布特征由结构性因素和随机因素共同组成。研究区 2019 年土壤 pH 值的变异系数（0.095）、Moran’s I （0.759）和块金系数（0.352）均表明，土壤 pH 具有中等的空间变异和自相关性，块金系数 <0.5，表明土壤 pH 的空间变异主要由结构性因素控制，受成土母质、土壤类型、地形地貌及土地利用方式等因素的影响，这与同研究尺度的安顺市[14]、六安地区[41]的研究结果一致。
3.1 成土母质对 pH 影响
成土母质是地壳表层的岩石矿物经过风化作用形成的风化产物，不同成土母质发育的土壤 pH 差异很大，原始状态下土壤 pH 继承于成土母质[14，49]，研究区中北部的黄泛冲积物沉积时间较短，富含钙质，发育的潮土类土壤富含碳酸钙，土壤 pH 值均普遍较高，多呈碱性-强碱性（表10），这与李朋飞等[34]及杨艳丽等[50]研究结果一致。南部洪泽湖泛滥平原区和里下河浅洼平原区广泛分布湖沼粘性土，其成土母质多为晚更新世黄土状堆积物和湖相沉积物，多发育水稻土和沼泽土，土质较黏且硬，含有较多铁锰结核，有机质含量较高，受风化淋滤作用更强，钙的淋滤更彻底，发育的土壤 pH 相对较低，多呈碱性-中性。挑选区内样品进行统计分析，结果显示，黄土堆积物发育的土壤 pH 均值较黄泛冲积物发育的土壤低 1.4，且前者钙平均含量仅为后者的 40% 左右（表10）。从不同成土母质发育的土壤元素垂向分布来看（图8），黄土堆积物、黄泛冲积物发育土壤 pH、钙垂向分布特征具有显著性差异，主要表现为黄泛冲积物土壤柱具有较高的 pH、钙，而黄土堆积物土壤柱具有较低的 pH、钙，前者的 pH 要较后者高近 1 个单位，但两者 pH 值均表现为深部较为稳定，表层持续降低，黄土堆积物降低幅度更大（可能与农作物种植施肥等有关）。由此可以看出，区域土壤 pH 受成土母质 （地质背景）制约明显。
表10不同成土母质发育的土壤 pH、钙含量对比
注：pH 无量纲，钙单位是 %。
图8不同成土母质土壤柱钙、pH 垂向变化
3.2 土地利用方式对 pH 影响
土地利用方式是改变土壤 pH 最直接的方式， 15 年间研究区不同土地利用类型土壤 pH 变化各不相同，水田和水浇地土壤酸化趋势明显，可能与长期施用氨态氮肥与生理酸性肥料有关[25]，淮安市化肥折纯施用强度由 2005 年的 441.26 kg/hm2 增加到 2016 年的 508.54 kg/hm2，年均增加率为 1.2%，氮肥的施用强度由 2005 年的 247.70 kg/hm2 增加到 2016 年的 269.35 kg/hm2，年均增加率为 0.8% （图9），肥料的不合理施用是导致土壤酸化的一个重要因素。建制镇、林地、园地土壤碱化趋势明显，潘永敏等[15]研究发现，土地利用类型由农用地变成建设用地，土壤 pH 以基本不变或碱化为主，与本研究建制镇土壤 pH 碱化趋势结果类似，林地土壤碱化可能与本次林地样点主要分布在废黄河故道高地，与土壤高 pH 本底值有关，园地土壤碱化与深翻施肥等人工管理措施有关。
图9淮安市各年化肥施用强度
注：统计自 2005—2016 年《淮安统计年鉴》。
3.3 黄泛区土壤碱化、洪泽湖泛滥平原区及里下河浅洼平原区土壤酸化原因分析
黄泛区土壤主要由黄河下游泥沙冲积而成，土壤结构特殊，黄河水夹带泥沙特别多，大量泥沙随洪水泛滥而在平原沉积，导致土壤颗粒分选明显，潮土积累有机质不多，一般都低于 1%，且富含钙质，可溶盐中碳酸钠和重碳酸钠占 60%～80%[51]，在碱性条件下，土壤颗粒吸附的 Ca2+ 容易被 Na+ 置换出来，导致土壤中吸附的 Ca2+ 含量减少，Na+ 含量增多，土壤逐渐被交换性钠所饱和，土壤出现碱化现象[52]；同时研究区钙含量随着深度增加而增加 （图8），土壤 pH 与钙含量呈极显著正相关（表7），耕作方式中深翻耕措施会使深层土壤进入表层，导致表层土壤 pH 增加。
洪泽湖泛滥平原区、里下河浅洼平原区土壤酸化首先与成土母质有关，洪泽湖泛滥平原区成土母质是晚更新世黄土状堆积物，经过漫长地质年代，上部碳酸钙淋溶较为彻底，土壤酸缓冲性能较弱，土壤酸化趋势明显[22]，里下河平原区成土母质主要是湖相沉积物，有机质含量高，植被覆盖度高，土壤中微生物对有机物分解产生的 CO2 溶于水后形成碳酸使土壤整体酸化[42]；其次，土壤酸化区域气候湿润，多雨条件下，土壤溶液中钙、钠、镁等盐基阳离子会随地表径流流失或沿土壤剖面进入地下水，原先吸附在土壤固相表面的部分交换性盐基阳离子释放到土壤溶液中，空缺的吸附位被 H+ 占据，产生交换性 H+，土壤发生酸化[53]；最后，该区域以农业和种植业为主导产业，化学肥料的使用也会导致土壤 pH 下降（图9），一方面长期过量施用氮肥会导致该地区土壤酸化，王志刚等[29]研究也发现，里下河浅洼地区土壤快速酸化与过量施用氮肥有关，另一方面氯、硫、磷等化学肥料的施用导致土壤中钙、镁、钾、钠等盐基阳离子淋失，造成土壤酸化[22，54]。
综上所述，研究区土壤酸化和碱化趋势都很明显，受成土母质和人为活动的双重影响。针对城市建设活动造成土壤碱化问题，需要加强对建筑废弃物的集中妥善处置；针对黄泛区土壤碱化问题，可以通过减少翻耕次数、秸秆回填和配方施肥控制土壤碱化，促进作物生长；针对洪泽湖泛滥平原区、里下河浅洼平原区耕地土壤酸化问题，可通过减少酸性肥料施用，同时施用适量石灰、钙镁磷肥、钾硅肥等来调节土壤 pH，改善作物生长条件，提高耕地质量[13，52]。
4 结论
（1）淮安市 2019 年土壤 pH 的变化范围为 4.66～9.46，均值为 7.95，变异系数为 0.095，为弱变异程度，土壤 pH 整体表现为南低北高；15 年间土壤 pH 总体保持不变或出现轻微地增减，土壤 pH 显著增加区域分布于清江浦区、淮安区等主城区，主要受城市建设活动影响，pH 下降区域分布于清江浦区南部以及淮安区西部地区，受成土母质及农业生产活动的影响。
（2）半方差函数结构分析结果显示，2004、 2019 年研究区土壤 pH 的变异函数最优理论模型均为指数模型，块金系数分别是 0.283、0.352，均具有中等的空间自相关性，冷热点分析结果显示，对比 2004 年，2019 年土壤 pH 高值区明显增多，土壤 pH 低值区范围进一步扩大，空间集聚分布更显著。
（3）相关分析结果显示，地貌类型和土壤类型是显著影响研究区土壤 pH 变异的主控因素，分别能独立解释 40.9% 和 21.7% 的土壤 pH 空间变异。除此之外，土壤 pH 与钙含量呈显著正相关，与氮、硫、有机质含量呈显著负相关。
（4）针对黄泛区土壤碱化问题，可以通过减少翻耕次数、秸秆回填和配方施肥，减缓 pH 碱化趋势，促进作物生长；针对洪泽湖泛滥平原区、里下河浅洼平原区耕地土壤酸化问题，通过减少酸性肥料施用，施用适量石灰、钙镁磷肥、钾硅肥等来调节土壤 pH，改善作物生长条件，提高耕地质量。