近30年中国主要农田土壤pH时空演变及其驱动因素

摘要

[目的]研究中国农田土壤pH时空变化特征及其主要的驱动因素,为土壤酸化阻控、土壤质量提升和土地可持续利用提供理论基础.[方法]基于农业农村部布置在全国主要农田区域的耕地质量监测点数据(950个),分析旱地、水旱轮作、水田等不同土地利用类型下土壤pH时空变化特征,并利用提升回归树模型探究影响土壤pH变化的主要驱动因素.[结果]就全国而言,土壤pH及其变异系数表现为旱地(6.74±1.19和17.63％)>水旱轮作(6.54±0.93和14.26％)>水田(5.80±0.81和13.95％),其中华南地区农田土壤pH表现为水田(5.74±0.79)大于水旱轮作(5.47±0.56)和旱地(5.45±0.91).从监测初期(Ⅰ阶段,1988—2000)到监测中期(Ⅱ阶段,2001—2010),旱地和水田土壤pH整体上随时间呈降低趋势,下降速率分别为0.065和0.054/年(P<0.01),而水旱轮作土壤pH无显著变化;从Ⅱ到Ⅲ阶段(2001—2018),旱地和水旱轮作土壤pH整体上随时间呈上升趋势,上升速率分别为0.022和0.016/年(P<0.05),而水田土壤pH无显著变化.东北、华北、西南、长江中下游地区的旱地土壤pH随时间均呈线性下降趋势(P<0.05),而华南地区从Ⅱ到Ⅲ阶段呈线性上升趋势(P<0.01);西南、长江中游和华南地区水田土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势(P<0.01),而东北、西南和长江下游地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势(P<0.01);西南地区水旱轮作土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势(P<0.01),而华北、长江下游和华南地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势(P<0.05).通过Pearson和提升回归树分析发现,年均降雨量是造成土壤pH空间尺度上差异的最主要因素,其次是土壤质地、容重和有机质含量.此外,在旱地土壤上长期的氮肥投入和在水田和水旱轮作土壤上钾肥的投入对pH变化的影响较大.[结论]整体而言,我国旱地和水田土壤pH从监测初期到中期呈快速下降趋势,而旱地和水旱轮作土壤pH从监测中期到2018年呈缓慢增加趋势.东北地区的旱地土壤pH呈持续下降趋势,需要引起重视.氮肥在旱地和钾肥在水田上的施用导致土壤pH的降低,今后应优化水肥运筹,通过改善土壤容重和有机质进而有效调控土壤pH.