土壤阳离子交换量分布规律的研究——以江苏省溧水县为例

土壤阳离子交换量分布规律的研究——以江苏省溧水县为例 土壤阳离子交换量分布规律的研究——以 江苏省溧水县为例 土壤(Soils),2007,39(3):443~447 土壤阳离子交换量分布规律的研究? 一一 以江苏省澡水县为例 李海鹰,姜小三,潘剑君,廖启林.,邹松梅.,吴新民. (1南京农业大学资源与环境科学学院,南京210095;2江苏省地质调查研究院,南京210018) 摘要:对溧水县33个土壤样点的阳离子交换量(CEC)进行了测定,应用地理信息系统软件将CEC点图在同一土壤 类型中进行逆距离加权插值,叠加得到CEC空间分布图.溧水县土壤CEC平均值是l2.5Ocmol/kg4-3.56cmol/kg;空间分布图 中有71.69%面积其土壤处于中等保肥供肥水平(CECl0,20cmol/kg).在不同的地形中,CEC为5,10cmol/kg的土壤在低 山的面积百分比大,占56.21%:CEC为lO一20cmol/kg的土壤在平原的面积百分比大,占82.23%;CEC>20cmol/kg的土壤只 在平原中出现,占O.30%.秦淮河圩区,石臼湖圩区,低山丘陵区的北区和西南区土壤CEC均在lO,20cmol/kg,低山丘陵东 区东庐山一马占山一关山一方山一线,土壤CEC为5,10cmol/kg. 关键词:溧水县;土壤阳离子交换量;分布:规律 中图分类号:S151.9;Sl59.2 土壤阳离子交换量(CEC)是指土壤所能吸附和 交换的阳离子的容量,用每千克土壤的一价离子的厘 摩尔数即cmor/kg表示.土壤CEC是土壤的一个很重 要的化学性质,它可以直接反映土壤的保肥,供肥性 能和缓冲能力.一般认为,土壤CEC>20cmol/kg为 保肥供肥能力强的土壤,CEC在1O,20cmol/kg为保 肥供肥能力中等的土壤,CEC<10cmol/kg为保肥供 肥能力弱的土壤【1】.本文即采用这种分级方法分析溧 水县土壤CEC分布规律. 影响CEC的因素很多,CEC与2:1型黏土矿物 显着相关【】:与有机质存在显着正相关关系【】;有机质 是CEC的主要贡献因子[41;CEC高的土壤具有较好 的保K功能【5】.一般认为,黏粒是CEC的主要来源 物,除黏粒外,粉粒对CEC也有影响【6】.本文应用 ArcGIS进行空间分析,属性数据用统计软件SPSS和 Excel进行处理,从空间分布,地形和不同的农业区 上分析CEC的分布规律. 1研究区概述 溧水县位于江苏省西南部,秦淮河上游,东经 118.53,119.13,北纬31.24,31.48.该县属于宁镇 丘陵区,境内丘陵起伏,地形地貌复杂,总的地形是 东南高,西北低(图1).属于北亚热带向中亚热带过 渡地区,主要气候特点是:四季分明,温差较大,雨 水充沛,日照充足,无霜期长,适宜于稻,麦,棉, 油和林,桑,茶,果等多种作物生长【7】.成土母质有 低山丘陵残积坡积物和堆积侵蚀阶地上的堆积物. 主要土壤类型有水稻土,黄棕壤,石灰岩土和紫色土 (图2). 图1漂水县DEM Fig,1DEMofthestudyarea,LishuiCoun~ ?基金项目:"江苏省国土生态地球化学调查"项目资助. 通讯作者(jjpan@njau.edu.on) 作者简介:李海鹰(1980一),女,山西I临汾人,硕士研究生,主要从事土壤资源与信 息技术的研究.E-mail:tongton1559@sina.com 低:0 土壤第39卷 图2溧水县土壤类型图 Fig.2SoiltypemapofLishuiCounty 水稻土 石灰岩土 紫色土 黄棕壤 2材料和方法 2.1土样采集 采用网格布点法采集土壤样品33个,以6km×6 km为一个网格,采样时采用取样点附近小范围内多点 取样混合的方法(图3)【8].每个样点采集土壤的深度 为0,20cm. 图3土壤采样点分布图 Fig.3Samplingsitedistributionmap 2.2分析方法 溧水县土壤为酸性土壤,CEC的测定采用lmol/L 乙酸铵交换法【. 2.3图形数据及数据处理 利用ArcGIS把常规图转化为数字化地图.先用扫 描仪将地图扫描成栅格图.然后以栅格图为背景,进 行屏幕数字化,得到地形图(等高线图),土壤类型图, 土地利用图和土壤CEC点位分布图. CEC是土壤的重要属性之一.相同的土壤类型有 相似的土壤属性.由于本研究的CEC样点偏少,故在 将CEC点图转化成CEC空间分布图时,采取了基于 土壤类型图差值的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 .由于溧水县的主要土壤类型 是水稻土和黄棕壤,石灰岩土和紫色土分别占0.3%, 0.2%的面积,且没有样点落入这两种土壤的图斑,所 以把这两种土壤合并到具有相同地形地貌和相似形成 发育条件的黄棕壤之中.至此就可以由土壤类型图生 成黄棕壤和水稻土两图.分别以黄棕壤和水稻土图为 插值范围对CEC点图进行逆距离插值,就可以得到 CEC空间分布图【1】,最后进行不同等级CEC的统计. 将等高线图转换成数字高程模型(DEM)tl31,将 其分级后,进行与CEC空问分布图的叠加,最后进行 不同等级CEC的统计. 3结果与讨论 3.1溧水县土壤CEC的统计特征 分析表明,溧水县土壤CEC平均值为12.50 cmol/kg,中位数为12.70cmol/kg,极差为14.40 cmol/kg,变异系数为28.47%,说明研究区土壤CEC 存在一定的空间异质性【】.但CEC标准差仅为3.56 cmol/kg,说明各土壤CEC之间的差异不是很大.该区 土壤CEC的偏度为0.185,表明其呈弱不对称分布; CEC的峰度值为.0.268,<0,表明其呈平峰分布15-171. 按土壤CEC分级标准:<10cmol/kg为保肥供肥 能力弱的土壤,10,20cmoi/kg为保肥供肥能力中等 的土壤,>20cmoi/kg为保肥供肥能力强的土壤?】.溧 水县土壤CEC在10,20cmol/kg的样品数占总数的 69.7%,即有69.7%土壤样点保肥供肥能力中等;CEC <10cmol/kg样品数占总数27.27%,即有超过1/4的 土壤点保肥供肥能力差;CEC>20cmol/kg样品数占总 数3.03%,即保肥供肥能力高的土壤点最少.总体上 看,该县中等保肥供肥能力的样点超过50%,但有> 25%的土壤点保肥供肥能力弱,这部分是以后土壤改 良的重点. 3.2溧水县土壤CEC的空间分布 由2.3中所述步骤得到溧水县CEC的空间分布图 (图4).溧水县土壤面积是1068.26km,水域占 第3期李海鹰等:土壤阳离子交换量分布规律的研究一一以江苏省溧水县为例 445 0.12%,将不同等级土壤CEC面积进行统计,CEC5, 10emol/kg的土壤面积占总面积的17.94%,CEC10, 20cmol/kg的面积占总面积的71.69%,CEC>20 emol/kg的面积占总面积的0.25%.溧水县有71.69% 的面积其土壤处于中等保肥供肥能力水平. 5一10cmol/kg 10,20cmol/kg >20cmol/kg 图4CEC空间分布图(图中空白处为溧水县石臼湖) Fig.4CECspatialdistributionmap 3.3溧水县不同级别CEC土壤在不同地形中的分布 根据刘会平的相对高程分级【】,结合溧水县的具 体情况,将溧水县全县地形分为3级:<50m平原, 50,200m丘陵,200—500m低山.其中平原占全县 面积的80.15%,丘陵占8.14%,低山占0.18%.将溧 水县DEM分级图(图5)和土壤CEC空间分布图叠 加,统计不同级别CEC土壤在平原,丘陵和低山各自 面积中的比例,结果见表1. 图5DEM分级图 Fig.5DEMclass <5Om 50—200m 200,500m 表1不同CEC土壤在不同地形中相对面积百分比 TableIRelativeareapercentageofsoildifferentinCECindifferent topographiczones 由于平原,丘陵和低山在全县的面积百分比不同, 采用相对面积百分比表示不同级别CEC土壤在各地 形中的分布,如不同分级CEC土壤在平原的面积占平 原总面积的百分比,依此类推.表2数据表明,CEC5 , 10cmol/kg的土壤在低山的面积百分比大,CE'C10, 20cmol/kg的土壤在平原的面积百分比大,CEC>20 cmol/kg的土壤只在平原中出现.这是因为低山水土流 失严重,养分含量少,CEC较低;而平原地形平坦, 水利条件好,抗灾能力强,CEC较高. 3,4溧水县3个农业区土壤的CEC分布规律 溧水县有3个农业区:秦淮河圩区,石臼湖圩区, 低山丘陵区.3个区的地形,地貌,母质和黏土矿物 如表2所示. 3.4,13区土壤CEC的分布状况秦淮河圩区:土 壤CEC10,20cmol/kg,只有下旺村的土壤CEC>20 cmol/kg.石臼湖圩区:土壤CEC10,20cmol/kg,而 明觉乡罗村土壤CEC为5,10qmol/kg.低山丘陵区 由于地貌类型较复杂,又分为东区(低山丘陵分布较 多),北区(低山丘陵分布较少),西南区(低山丘陵 分布最少).东区:东庐山一马占山一关山一方山一线土 壤CEC为5,10cmol/kg,这一线东侧土壤CEC为lO , 20cmol/kg.北区:土壤CEC为10—20cmol/kg.西 南区:土壤CEC为10,20cmol/kg,其中和风乡和云 鹤乡的张千户村土壤CEC为5,10cmol/kg. 总体上,秦淮河圩区,石臼湖圩区,低山丘陵区 北区和西南区的土壤CEC均在10,20cmol/kg之间, 低山丘陵东区东庐山一马占山一关山一方山一线,土壤 CEC低,为5,10cmol/kg. 3.4.23区土壤CEC变化原因分析一般认为,土 壤中有蒙脱石类矿物,其CEC较高u.溧水县3个农 业区的黏土矿物主要以2:1型黏土矿物为主,除低山 丘陵东区的土壤CEC偏低,其余区土壤CEC都是在 10,20cmol/kg范围内. 在秦淮河圩区,土壤CEC出现了>20cmol/kg, 石臼湖圩区出现了土壤CEC5,10cmol/kg,两者相比 较,母质,地貌和地形相同,其差异可能源于秦淮 446土壤第39卷 河圩区兴修水利,抗御旱涝灾害的能力较石臼湖圩区 和低山丘陵区要强,光能资源高于石臼湖圩区;而石 臼湖区在6,7月份暴雨较多,作物受灾严重,易使土 壤养分流失. 在低山丘陵东区的东庐山一马占山一关山一方山一 线,土壤CEC最低,这与这里分布了较多的低山丘陵, 地形位置高,地貌多为构造剥蚀低山丘陵,堆积侵蚀 阶地,水土流失严重,养分含量低有关. 4结论 (1)溧水县33个采样点中约有70%的样点土壤 处于中等保肥供肥能力水平,CEC<10cmol/kg样品数 只占总数的27%左右. (2)溧水县有71.69%的面积其土壤处于中等保肥 供肥能力水平. (3)溧水县土壤CEC5,10cmol/kg的土壤在低山 的面积百分比大,占56-21%;CEC10,20cmol/kg在 平原的面积百分比大,占82.23%:CEC>20cmol/kg 的土壤只在平原中出现,占0.30%. (4)秦淮河圩区,石臼湖圩区,低山丘陵区北区和 西南区土壤CEC均在10,20cmol/kg之间;低山丘陵 东区东庐山一马占山一关山一方山一线土壤CEC低,在 5,10cmol/kg之间. 参考文献: 【l】黄昌勇.土壤学.北京:中国农业出版社,2000:164—165 【2】CostaAntonioCarloS,BighamJenyM,TormenaCassioA.Clay mineralogyandcationexchangecapacityofBraziliansoilsfrom watercontentsdeterminedbythermalanalysis.Thermochimica Acta,2004.413:73—79 【3】祖艳群,訾先能,郭春辉,李元.呈贡县蔬菜土壤有机质,阳离 子交换量及分布特征研究.云南环境科学,2004,23(增刊): l5一l8 【4】安战士,徐明岗.陕西三种土壤的有机质和粘粒对土壤阳离子 交换量的贡献.土壤,1988,20(6):3l0—3l3 【5】刘世全,蒲玉琳,张世熔,王昌全,邓良基.西藏土壤阳离子 交换量得空间变化和影响因素.水土保持,2004,18(5): l一5 【6】章明奎,朱祖祥.粉粒对土壤阳离子交换量的影响.土壤肥料, 1993(4):41—43 【7】溧水县土壤普查办公室,溧水县土壤志.南京:溧水县土壤普 查办公室,1984 【8】张庆利,史学正,潘贤正,于东升,刘付程.江苏省金坛市土 壤肥力的时空变化特征,土壤,2004,4l(2):3l5—3l9 【9】鲍士旦.土壤农化分析.3版,北京:中国农业出版社,2000: l54一l57 【10】赵永存,史学正,于东升,赵彦锋,孙维侠,王洪杰.不同方法 预测河北省土壤有机碳密度空间分布特征的研究.土壤, 2005.42(3):379—385 【l1】高俊峰,曹慧.GIS在土壤空间分析中的应用,土壤,2002,34 (4):206—224 【12】ShenRP,SunB,ZhaoQGSpatialandtemporalvariabilityofN, PandKbalancesforagroecosystemsinChina.Pedosphere, 2005,15(3):347—355 【l3】党安荣,贾海峰,易善桢,刘钊.ArcGIS8Desktop地理信息 系统应用指南.北京:清华大学出版社,2003:289—291 【l4】刘丹,姜勇,粱文举,文大中,张玉革,乔德波.沈阳市郊耕地 土壤交换性Ca含量的空间异质性特征.生态学杂志,2003,22 (4):6—9 【l5】薛薇.SPSS统计分析方法及应用.北京:电子工业出版社, 2004,247—274 【l6】东方人华.统计基础和SPSSI1.0入门与提高.北京:清华大学 出版社,2004,309-318 【l7】苏金明.统计软件SPSSI2.0forWindows应用及开发指南.北 京:电子工业出版社,2004,260—287 【l8】刘会平.长江流域地貌类型研究.华中师范大学(自然科 学版),1994,28(1):129—132 【l9】易淑兽,王立德等.土壤学.南京:江苏科学技术出版社,1985: 202 第3期李海鹰等:土壤阳离子交换量分布规律的研究一一以江苏省溧水县为例447 DistributionofSoilCationExchangeCapacity — ACaseStudyofLishuiCounty,JiangsuProvince LIHai—ying', JIANGXiao—san',PANJian-jun',LIAOQi.1in,ZOUS6ng.mei,WUXin.min (1CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China; 2GeologicalSurveyofJiangsuProvince,Nanjing210018,China) Abstract:Atotalof33soilsamplesweretakenfromLishuiCountyandanalyzed,basedonwhichasample—pointCECmapofthecounty wasplottedoutandtumedintoaCECspatialdistributionmapthroughInverseDistanceWeightedinterpolationandsuperpositionwiththeaidofthe GIStechnology.ResultsshowedthatthesoilCECaveragedat12.504-3.56cmol/kgoverthecounty,andWasat10,20cmol/kgin71.69%ofthe spatialdistributionmap,andvariedwithtopography,e.g.inlowhillregion,about56.2l%ofthesoil,mainlyintheeastpart,Wasonly5,10cmol/kg inCECandinplainregion.about82.23%ofthesoilwas10, 20cmol/kginCECandonly0.30%>20cmol/kg. Keywords:LishuiCounty,CEC,Distribution,Regularity