重庆农田土壤硫分布特征及其影响因素

农业资源与环境学报2019年5月·第36卷·第3期：287-297May2019·Vol.36·No.3：287-297JournalofAgriculturalResourcesandEnvironment罗曼琳，窦添元，向秋洁，等.重庆农田土壤硫分布特征及其影响因素[J].农业资源与环境学报,2019,36（3）:287-297.LUOMan-lin,DOUTian-yuan,XIANGQiu-jie,etal.DistributioncharacteristicsandinfluencingfactorsofsoilsulphurinChongqingfarmlands[J].JournalofAgriculturalResourcesandEnvironment,2019,36（3）:287-297.DistributioncharacteristicsandinfluencingfactorsofsoilsulphurinChongqingfarmlandsLUOMan-lin1,2,DOUTian-yuan1,2,XIANGQiu-jie1,2,HUXiang-yu1,2,MUZhi-jian1,2,3*（1.CollegeofResource&Environment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China;2.ChongqingKeyLaboratoryofAgriculturalRe⁃sourcesandEnvironment,Chongqing400716,China;3.KeyLaboratoryofEco-environmentinThreeGorgesReservoirRegion,MinistryofEducation,Chongqing400715,China）Abstract：Exploringthedistributioncharacteristicsofsoilsulfurunderdifferentenvironmentsanditsrelationshipwithenvironmentalfac⁃torsisimportantforthecomprehensiveandaccurateassessmentofsoilsulfurstatusandthesoilsulfurcycleinChongqingfarmlands.Inthisstudy,wecharacterizedtherelationshipoftotalsulfurinChongqing′sfarmlandsoilswithsoildepth,soiltype,topography,landusepattern,soilpHandorganicmatterusingfieldinvestigationsandindooranalysis.Wefoundthatthetotalsulfurcontentofsurfacesoilwasanaverageof262mg·kg-1,whichwastheaveragelevelofsoilsulfurinChina.Itwashigherthanthecriticalvalueofcropsulfurdeficiencyof150mg·kg-1.Inahorizontaldirection,thetotalsulfurcontentofwestandnortheastChongqingwasgreaterthanthatofthesoutheastandthemiddleofChongqing.Inaverticaldirection,sulfurwasadecreasingfeaturefromtoptobottom.Thesulfurcontentreachedthehighestlevelsinyellowbrownsoilandthelowestlevelsintidalsoil.Underdifferentterrain,thetotalsulfurcontentwasthehighestinthemiddlemountains,andthelowestintheterraces.Intermsofdifferentlandusemodes,thetotalsulfurcontentwashighestinuncultivatedagricul⁃turallandandlowestindryland.Therewasasignificantnegativecorrelation（P0.01）betweentotalsoilsulfurcontentandthepHloga⁃rithm,andasignificantpositivecorrelation（P0.01）withthelogarithmoforganicmattercontent.AmultivariatelinearstepwiseregressionanalysisshowedthatsoiltypeandorganicmattercontentweretheprimaryfactorsaffectingthedistributionoftotalsulfurcontentinsoilwhilepH,topographyandlandusepatternswerethesecondaryfactors.Keywords：Chongqing；totalsulfur；distributioncharacteristics；profiledepth；soiltypes；topography；landusepatterns重庆农田土壤硫分布特征及其影响因素罗曼琳1，2，窦添元1，2，向秋洁1，2，胡翔宇1，2，木志坚1，2，3*（1.西南大学资源环境学院，重庆400716；2.重庆市农业资源与环境研究重点实验室，重庆400716；3.三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400715）收稿日期：2018-11-06录用日期：2019-02-20作者简介：罗曼琳（1993—），女，四川广元人，硕士研究生，研究方向为土壤环境保护。E-mail：[e-mail]*通信作者：木志坚E-mail：[e-mail]基金项目：国家自然科学基金项目（41371211）Projectsupported：TheNationalNaturalScienceFoundationofChina（41371211）摘要：为研究不同环境要素作用下重庆农田土壤硫分布特征及其与环境因素的关系，结合野外调查和室内分析，研究了重庆农田土壤全硫的分布特征及其与土壤剖面深度、土壤类型、地形、土地利用方式、土壤pH和有机质之间的关系。结果表明，表层土壤全硫的平均值为262mg·kg-1，处于我国土壤硫平均水平，高于作物缺硫临界值150mg·kg-1。全硫含量空间分布在水平方向上呈现渝西、渝东北大于渝东南、渝中的趋势；在垂直方向上，呈现出自上而下逐渐降低的分布特征。全硫含量在不同土壤类型中表现为黄棕壤土最高、潮土最低，在不同地形条件下表现为中山最高、台地最低，在不同土地利用方式下则表现为未开垦农地最高、旱地最低。土壤全硫含量与pH对数呈显著负相关（P0.01），与有机质含量对数呈显著正相关（P0.01）。多元线性逐步回归分析表明，土壤类型和有机质含量是影响土壤全硫含量分布的主要因素，pH、地形、土地利用方式是次要因素。关键词：重庆市；全硫；分布特征；剖面深度；土壤类型；地形；土地利用方式中图分类号：S153文献标志码：A文章编号：2095-6819（2019）03-0287-11doi:10.13254/j.jare.2018.0306——287农业资源与环境学报·第36卷·第3期硫作为植物继氮、磷、钾之后的第四位营养元素，在其生长发育和代谢过程中具有重要的作用，如参与蛋白质和叶绿素形成、控制光合作用中碳水化合物代谢、影响植物呼吸作用等[1-2]。硫也对维持植物生态系统健康发展有着重要意义，如缺硫会导致代谢紊乱，生长发育受阻等[3]。硫通过酸沉降、母质同化、含硫化肥输入等途径进入土壤[4]，但近年来随着大气硫污染减少、单位面积产量及复种指数提高和低硫化肥的应用，投入土壤的硫素逐渐减少[5]，这导致我国许多省份土壤出现了缺硫现象[6]。水稻缺硫时植株矮小，返青慢，玉米缺硫时全株呈黄绿色，土豆缺硫时生长缓慢，叶片黄化。硫也是生物地球化学循环的重要元素之一，其生物地球化学过程在土壤生态系统中起着重要作用[7]，如硫酸盐的还原作用是土壤环境中最重要的有机质降解途径，含硫化合物和硫酸盐在厌氧条件下通过同化有机物获得能量，同时产生CO2、H2S[8]，H2S与土壤重金属作用生成金属硫化物，降低重金属对土壤环境的损害[9]。重庆是重要的工业基地，工业能源消耗巨大，且能源消耗以高硫煤为主，高硫煤的使用导致以SO2为主的硫化物大量排入空气。重庆境内地貌类型以山地为主，且具有风速小、气温高、雾日多等气候特征，使大气污染物难以向外扩散。重庆由于特殊的能源结构、地理及气象条件，成为我国酸雨重灾区之一[10]。酸雨进入土壤环境，使土壤pH值和盐基饱和度降低，SO2-4会携带土壤中一定量的阳离子，导致土壤养分以及盐基离子的淋失[11]，SO2-4也会促进土壤释放重金属，增加土壤重金属污染的风险[12]，但酸雨同时也能够增加土壤硫素含量。近年来随着大气污染防治措施的实施，酸雨现象得到遏制，大气质量也得到明显改善，但对重庆农田土壤硫素现状的相关研究鲜见报道。目前，国内外有关硫在土壤中的分布特征的研究主要集中于水稻田[13-15]、湿地[16-18]、红树林[19]、三江平原沼泽[20-21]和闽江河口[22]。针对土壤硫分布的主要影响因素的研究较少，有限的研究集中于土壤质地[7]、有机质[23-25]、pH值[22，26]、盐度[19，27]、植被[23，28]、人类活动[7]对土壤硫分布的影响。为了便于比较，研究者往往选取单一的环境因素作为研究对象，而在多种环境因素共存条件下开展的研究较少。本文以重庆渝西、渝东北、渝东南和渝中地区为研究对象，研究区域内土壤类型多样，地形复杂，土地利用方式多变，pH值和有机质含量变异性较大，这些因素共同影响着土壤全硫的分布。因此，要对该区土壤全硫状况进行全面准确的评估，必须研究不同环境因素共同作用下的土壤全硫的分布特征。本文在研究区域内选择了不同土壤类型、地形和土地利用方式，分析了农田土壤全硫与这些环境因素的关系，以期为重庆农田土壤硫素的系统研究提供基础资料。1材料与方法1.1研究区概况采样区域包括渝西地区（北碚、合川、璧山、潼南、铜梁、大足、荣昌、永川、江津、綦江、南川）、渝东北地区（垫江、忠县、梁平、万州、开县、奉节、巫山、巫溪、城口）、渝东南地区（丰都、石柱、武隆、彭水、秀山、酉阳）和渝中地区（沙坪坝、九龙坡、渝北、巴南、长寿、涪陵）。采样地区位于105°21′25″~109°53′33″E，20°44′28″~31°59′03″N，海拔170~2410m。采样点土壤类型包括潮土、黄壤土、黄棕壤土、石灰岩土、水稻土和紫色土，地貌类型以中山（海拔1000~3500m）、低山（海拔500~1000m）、丘陵（海拔200~500m）和台地（海拔≤200m）为主[29]，土地利用方式有林地、旱地、水田和未开垦农地，研究区土壤pH值范围为3.8~8.3，有机质含量范围为2.72~53.50g·kg-1。1.2样品采集与分析采样点的确定主要是利用地形图和土壤图作为底图，参考全国第二次土壤普查的资料，既兼顾土壤类型，又充分考虑地貌类型、土地利用方式的差异，力求使采集的样本具有较好的代表性。采样原则按照“随机、等量、多点混合”进行，采用S形布点法。共选择182个采样点，各点分别采集表层（0~2