劉韜韜，熊友才，楊巖，涂錦娜，王紹明

（1石河子大學(xué)理學(xué)院，石河子832003；2石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，石河子8320003；3蘭州大學(xué)干旱與草地生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000）

瑪納斯河下游綠洲荒漠交錯(cuò)帶土壤鹽堿化特征分析

劉韜韜1，2，熊友才3，楊巖2，涂錦娜2，王紹明2

（1石河子大學(xué)理學(xué)院，石河子832003；2石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，石河子8320003；3蘭州大學(xué)干旱與草地生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000）

為了解綠洲荒漠交錯(cuò)帶鹽漬化現(xiàn)狀及為鹽漬化防治提供基礎(chǔ)資料，研究以瑪納斯河下游綠洲荒漠交錯(cuò)帶為案例區(qū)，通過(guò)野外采樣和室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，分析了0～100cm土壤的鹽漬化特征及其類(lèi)型。結(jié)果表明：①研究區(qū)土壤各層pH值均＞9，屬堿性土壤；②土壤含鹽量總體不高，土壤中陰離子以SO42－和Cl－為主，陽(yáng)離子主要為Na＋＋K＋；各離子間關(guān)系復(fù)雜，且鹽分表現(xiàn)為上下部鹽分含量高，中部鹽分含量小的特點(diǎn)；③研究區(qū)鹽漬化程度不嚴(yán)重，鹽分類(lèi)型主要為氯化物－硫酸鹽鹽漬化土和硫酸鹽－氯化物鹽漬化土類(lèi)型。

瑪納斯河流域 綠洲荒漠交錯(cuò)帶 土壤 鹽堿化特征

鹽堿土是陸地上分布廣泛的一種土壤類(lèi)型，世界鹽堿化土壤面積約1．0×109hm2，約占世界土地總面積的10%。我國(guó)鹽堿土面積為3．5×107hm2，相當(dāng)于耕地面積的1／3，其中鹽土1．6×107hm2，堿土8．7×105hm2，各類(lèi)鹽堿化土壤1．8×107hm2；另外，約有6．7×106hm2的耕地發(fā)生次生鹽堿化［1］。

新疆是我國(guó)重要農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，也是我國(guó)鹽堿土重要分布區(qū)，鹽堿土種類(lèi)多。新疆各類(lèi)鹽堿土面積為2．18×107hm2，約占新疆土地面積的1／8，平原地區(qū)土地面積的1／4［2］，瑪納斯流域是北疆重要的鹽堿土分布區(qū)，也是人類(lèi)活動(dòng)最為頻繁的流域之一。該流域內(nèi)新疆兵團(tuán)的耕地占全流域耕地總面積的30%，其中，約70%是由重漬土開(kāi)墾而來(lái)［3］。

多年來(lái)，學(xué)界高度關(guān)注鹽堿化問(wèn)題。有關(guān)鹽堿土的研究，主要集中在鹽漬土和鹽漬化的發(fā)生與演變［4］、土壤水鹽運(yùn)移機(jī)理及其建模、鹽漬化的監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)測(cè)和預(yù)警［5－6］、土壤水鹽的優(yōu)化調(diào)控、鹽堿障礙治理與修復(fù)［7－8］、鹽漬土資源的可持續(xù)利用與優(yōu)化管理和土壤鹽漬化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)［9］等方面。近年來(lái)，隨著對(duì)鹽漬土極強(qiáng)吸收無(wú)機(jī)碳現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)［10］，學(xué)術(shù)界加強(qiáng)了對(duì)鹽堿化特征及其時(shí)空分異的研究［11－16］?，敿{斯河流域位于新疆天山北麓中段，準(zhǔn)格爾盆地南緣，東經(jīng)85°87′，北緯43°20′，流域總面積19800km2［17］。由于特殊的氣候條件和地理位置，其已成為干旱區(qū)典型綠洲區(qū)和鹽堿土典型分布區(qū)，是學(xué)界研究土地鹽堿化的主要案例區(qū)之一，已有研究多側(cè)重土地鹽漬化調(diào)查與評(píng)價(jià)［18］、土壤次生鹽漬化及其防治［19］等方面，對(duì)土壤鹽分特征和動(dòng)態(tài)變化的研究相對(duì)較少，目前，能檢索到的研究文獻(xiàn)較少［20－23］，主要研究了瑪納斯河中下游地區(qū)典型鹽土的鹽分特征，特定植被下鹽分的動(dòng)態(tài)變化，人為影響下鹽分的動(dòng)態(tài)變化等方面，這不足以代表瑪納斯河流域整體鹽分特征及動(dòng)態(tài)變化情況。

本研究通過(guò)野外調(diào)查和土壤采樣，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)分析，研究案例區(qū)土壤鹽堿化特征、鹽堿化程度和鹽堿土類(lèi)型，以期為綠洲荒漠交錯(cuò)帶鹽漬化現(xiàn)狀及鹽漬化防治提供基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)與方法

1．1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于流域下游綠洲和荒漠交錯(cuò)帶，在行政區(qū)劃上屬于新疆兵團(tuán)農(nóng)八師135團(tuán)。其冬季嚴(yán)寒低溫，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，夏季炎熱干燥，晝夜溫差大，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈。多年平均氣溫為5．4～8．6℃，降水量152．20mm，蒸發(fā)量為1747．6mm［24］。研究區(qū)位于流域干三角洲，是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈，長(zhǎng)期灌溉使土壤中鹽分被淋洗而脫鹽，另一方面使非鹽漬化土壤轉(zhuǎn)化為鹽漬化土壤，造成次生鹽漬化。因此其是研究在人為活動(dòng)影響基礎(chǔ)上鹽分動(dòng)態(tài)變化的理想?yún)^(qū)域。

1．2 研究方法

在室內(nèi)基于《農(nóng)八師土壤地形圖》，將研究區(qū)劃分5km×5km的網(wǎng)格，按照網(wǎng)格均勻選取采樣點(diǎn)，共選擇了40個(gè)采樣網(wǎng)格（圖1）。于2009年7月中旬，在每個(gè)采樣網(wǎng)格內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，按照四分法分別在0～20、20～40、40～60和60～100cm 4個(gè)剖面層采集土樣。將同一層的3個(gè)土樣混合，共取的160份土樣。在取樣的同時(shí)，利用GPS定位系統(tǒng)，記錄下每個(gè)樣點(diǎn)采點(diǎn)的地理坐標(biāo)值。

采樣結(jié)束后，將樣品進(jìn)行風(fēng)干，碾碎，過(guò)篩（2 mm孔徑篩），并制備成5∶1的水土比浸出液進(jìn)行土壤鹽分的測(cè)定。其中，水溶性鹽總量采用上海雷磁儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的DJ－320型電導(dǎo)儀進(jìn)行測(cè)定；CO32－、HCO3－采用雙指示劑中和法測(cè)定；Cl－采用AgNO3滴定法測(cè)定；SO42－采用EDTA間接絡(luò)合滴定法測(cè)定；Ca2＋和 Mg2＋采用 EDTA 滴定法測(cè)定；K＋和Na＋采用火焰光度計(jì)測(cè)定；土壤pH值采用上海雷磁儀器的PHS－3C型pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

圖1 研究區(qū)和采樣點(diǎn)分布Fig．1Study area and distribution of sampling sites

2 結(jié)果與分析

2．1 土壤鹽離子含量分析

根據(jù)土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［25］，研究區(qū)土壤總體呈中度堿性，從上到下各層土壤pH值的均值分別為9．088、9．344、9．493、9．548（表1）。隨著土層深度的增加，pH值均值呈增加態(tài)勢(shì)。研究區(qū)的表層土壤鹽離子含量高，0～20cm土壤含鹽量平均為4．933g／kg，其余各層土壤含鹽量的平均值為3．119～3．683g／kg。陰離子以SO42－和Cl－為主，從上到下各層SO42－占陰離子總量的百分比分別為48．28%、48．08%、26．12%、47．16%，Cl－分別為46．29%、44．12%、43．16%和43．15%，CO32－各層的含量均很少，一方面可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)的土壤呈堿性，CO32－容易與Ca2＋、Mg2＋形成碳酸鹽沉淀，另一方面是部分CO32－會(huì)水解成 HCO3－［20］。陽(yáng)離子主要為Na＋＋K＋，從上到下各層Na＋＋K＋占陽(yáng)離子總量的百分比分別為 92．98%，93．25%、96．04%、96．99%；Ca2＋占7%，Mg2＋占陽(yáng)離子總量的0．67%?？傷}、Cl－、SO42－、Na＋＋K＋隨深度的增加而略有遞減，但在60～100cm層含量又略有增加，顯示在0～60 cm，研究區(qū)土壤鹽分呈“V”型垂直變化特征，與其他研究區(qū)呈現(xiàn)的“T”型變化趨勢(shì)［26－27］明顯不同；此外，鹽分表層和底層大，中間層小，這可能與人類(lèi)對(duì)重鹽堿地農(nóng)田改造過(guò)程中，農(nóng)田與荒漠交錯(cuò)帶區(qū)域土壤鹽分在垂直方向上表現(xiàn)為混合型有關(guān)［28］。由于灌溉和降水的入滲，鹽分由地表向下運(yùn)移聚積；同時(shí)，受土壤毛細(xì)作用及地下水蒸發(fā)影響，鹽分又向地表運(yùn)移，在土壤鹽分剖面上表現(xiàn)為上部和下部鹽分含量低，中部鹽分含量高的特點(diǎn)。若排水系統(tǒng)完善，中部含量高的鹽分被淋濾攜帶向下部運(yùn)移，并有部分隨毛細(xì)水上升到上部，在土壤剖面上就表現(xiàn)為上部和下部鹽分含量高，中部鹽分含量低的特點(diǎn)［29］。姚榮江等［30］的研究結(jié)果也說(shuō)明了這點(diǎn)。

本研究通過(guò)各測(cè)點(diǎn)鹽離子含量的變異系數(shù)（CV）值反映其水平方向上的變化趨勢(shì)。CV＜0．1為弱變異性；0．1≤CV≤1為中等變異性；CV＞1為強(qiáng)變異性［15］。研究區(qū)pH值的變異系數(shù)為0．052～0．063，為弱變異性；CO32－、Cl－和Ca2＋為強(qiáng)變異性；HCO3－為中等變異性；SO42－在0～20cm和60～100cm呈現(xiàn)強(qiáng)變異性，在20～60cm是中等變異性；Mg2＋在0～20cm呈現(xiàn)強(qiáng)變異性，在20～100 cm呈中等變異性；Na＋＋K＋在0～60cm呈強(qiáng)變異性，在60～100cm呈中等變異性；鹽分總量在0～60cm呈現(xiàn)出強(qiáng)變異性的特點(diǎn)，在60～100cm屬于中等變異強(qiáng)度。這說(shuō)明研究區(qū)土壤水溶性鹽分離子在水平方向上的變化異常復(fù)雜。

表1 不同層次土壤鹽分的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù) g／kgTab．1Statistical feature parameters of soil salinity in different layers

2．2 土壤鹽漬化程度和鹽漬化類(lèi)型分析

目前，鹽漬化程度分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)還不統(tǒng)一，本研究根據(jù)劉國(guó)華等人的研究結(jié)果進(jìn)行鹽漬化程度分類(lèi)（表2）［28］。研究區(qū)土壤鹽分為0．109～19．102g／kg，包括了從輕度鹽漬化到重度鹽漬化的類(lèi)型。頻數(shù)分布可以反應(yīng)樣本在總體中的分布情況，通過(guò)對(duì)土壤各層總鹽的頻數(shù)分析（圖2）可以看出，研究區(qū)采樣點(diǎn)鹽分為0～5g／kg的占大多數(shù)，為非鹽漬化土，只有0～20cm土層有一定的重度鹽漬化土類(lèi)，其他各層沒(méi)有觀測(cè)到重度鹽漬化土；此外，通過(guò)統(tǒng)計(jì)采樣點(diǎn)鹽漬化程度百分比（表2）可見(jiàn)：0～20cm有67．5%的樣點(diǎn)是非鹽漬化土壤，20～40cm、60～100 cm是72．5%，40～60cm是80%。這說(shuō)明總體看來(lái)，研究區(qū)鹽堿化程度不嚴(yán)重。

圖2 研究區(qū)土壤各層總鹽的頻數(shù)分布圖Fig．2The frequency distribution of total salinity of soil layers in study area

表2 土壤各層各采樣點(diǎn)鹽漬化程度 %Tab．2Soil salinization degrees of soil layers in sampling points

文獻(xiàn)［31－32］中根據(jù)新疆第二次土壤普查耕地土壤鹽漬化類(lèi)型劃分指標(biāo)，依據(jù)0～30cm土層內(nèi)鹽分陰離子成分含量的毫克當(dāng)量比值對(duì)新疆灌區(qū)土壤鹽漬化類(lèi)型進(jìn)行了劃分。依據(jù)該劃分類(lèi)型，研究區(qū)內(nèi)包括了各種類(lèi)型的鹽漬化土（表3），各層土壤中，20%～25%的采樣點(diǎn)CO32－＋HCO3－

／Cl－＋SO42－

的值為1～4，屬于蘇打鹽漬化土；除在20～40cm有15%的采樣點(diǎn)兩者比值＞4，屬于純蘇打鹽土外，其他土層采樣點(diǎn)所含的純蘇打鹽土少，都為5%；若按照的毫克當(dāng)量來(lái)看，主要為氯化物－硫酸鹽鹽漬化土和硫酸鹽－氯化物鹽漬化土類(lèi)型，各層土壤采樣點(diǎn)有78．95%～89．47%為這2種類(lèi)型的鹽漬化土。值得注意的是各采樣點(diǎn)＞65%的的值＜1。這說(shuō)明碳酸鹽和重碳酸鹽是土壤鹽分的次要成分［12］。

表3 各鹽分類(lèi)型所占比例%Tab．3The ratio of different types of salt

2．3 鹽離子間相關(guān)性分析

對(duì)各離子間的相關(guān)分析，可揭示鹽分在土體中的存在形態(tài)，可在一定程度上反映出鹽分的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)［13］。pearson相關(guān)性分析的結(jié)果（表4）表明，土壤各層總鹽量和呈顯著正相關(guān)（P＜0．01），說(shuō)明總鹽含量隨著Cl－、SO2－、Na＋＋K＋等4的含量增加而增加；Na＋＋K＋與Cl－、SO42－呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤中Na＋＋K＋的含量隨著Cl－、SO42－含量的增加而增加。SO42－和Cl－呈顯著正相關(guān)，表明SO42－的含量隨著Cl－的增加而增加。在0～60cm，Ca2＋和SO42－呈極顯著正相關(guān)，但在60～100cm，此二者間無(wú)相關(guān)性。在0～20cm，總鹽和Ca2＋呈顯著正相關(guān)性，Ca2＋和pH值呈顯著負(fù)相關(guān)；在40～60cm，說(shuō)明此層土壤溶液中的含量隨HCO3－含量的增高而降低，這是因?yàn)橥寥廊芤褐蠬CO3－濃度升高，土壤溶液酸性增強(qiáng)，H＋增多，CO32－與H＋結(jié)合生成導(dǎo)致含量降低［33］；在60～100cm，Ca2＋和Cl－極顯著正相關(guān)；在土壤各層，電導(dǎo)率和Cl－、極顯著正相關(guān)，和總鹽極顯著正相關(guān)，這和巴建文等［34］的研究結(jié)果一致，表明土壤浸出液電導(dǎo)率的數(shù)值能反應(yīng)土壤含量的高低，當(dāng)只需要了解鹽分總量特征時(shí)，可以通過(guò)電導(dǎo)率建立回歸方程計(jì)算水溶性鹽總量，減少測(cè)定鹽離子總量的工作量。在0～20、60～100cm，電導(dǎo)率和Ca2＋極顯著正相關(guān)，表明在這2層除了受前面4種離子的影響，電導(dǎo)率受Ca2＋的影響較大。

表4 鹽離子相關(guān)性分析Tab．4The correlation analysis of saltion

續(xù)表4

3 結(jié)論與討論

研究區(qū)土壤各層pH值均＞9，屬堿性土壤。土壤含鹽量不高，平均值在3～5g／kg。土壤中陰離子以SO42－和Cl－為主，陽(yáng)離子主要為Na＋＋K＋，這和同期取樣的文獻(xiàn)［20－21］中的結(jié)果一致。研究區(qū)鹽漬化程度整體上不嚴(yán)重，個(gè)別采樣點(diǎn)表層土壤鹽漬化程度較重，這可能與采樣方法有關(guān)，為了能更好的反應(yīng)研究區(qū)鹽漬化的整體狀況，研究對(duì)整個(gè)研究區(qū)采用了隨機(jī)采樣的形式，這使有些樣點(diǎn)可能處在典型鹽堿土上，而有些點(diǎn)并未處在典型鹽堿土上，這使研究區(qū)鹽漬化程度有個(gè)別性。

土壤鹽漬化類(lèi)型主要為氯化物—硫酸鹽和硫酸鹽—氯化物，與盧磊等［32］在其他流域干三角洲的研究結(jié)果一致，這說(shuō)明在大尺度鹽分隨水垂直運(yùn)移的過(guò)程中，氯化物—硫酸鹽和硫酸鹽—氯化物等易溶性鹽分主要分布在干三角洲。

土壤鹽分在淋溶、蒸發(fā)等作用下，一般呈現(xiàn)出脫鹽型、聚鹽型和混合型三種特征，脫鹽型鹽漬化土壤鹽分在垂直剖面上表現(xiàn)為上部鹽分低，下部含鹽量高的特點(diǎn)；聚鹽型上部鹽分含量高，下部鹽分少；混合型上部和下部鹽分含量低，中部鹽分含量高［28］。而研究區(qū)鹽分卻表現(xiàn)為上下部鹽分含量高，中部鹽分含量小的特點(diǎn)，這是新疆兵團(tuán)地區(qū)農(nóng)田的灌排水系統(tǒng)比較完善，促使中部含量高的鹽分被淋濾攜帶向下部運(yùn)移，并有部分隨毛細(xì)水上升到上部而造成的。這充分反映出人類(lèi)活動(dòng)可以改變鹽分在垂直方向的運(yùn)移過(guò)程。

從研究參數(shù)變異系數(shù)的大小，反映出pH值在研究區(qū)無(wú)論是從水平還是垂直方向上變化均不大；其他離子在各層變異性的不同，說(shuō)明土壤離子在水平方向上的變化異常復(fù)雜。土壤各層總鹽量和Cl－、SO42－、Na＋＋K＋呈顯著正相關(guān)（P＜0．01）及Na＋＋K＋與Cl－、SO42－呈顯著正相關(guān)，進(jìn)一步驗(yàn)證了土壤中主要鹽類(lèi)為氯化物－硫酸鹽和硫酸鹽－氯化物鹽。其他各類(lèi)離子相關(guān)性的表現(xiàn)，表現(xiàn)出各種離子之間復(fù)雜的關(guān)系。這也說(shuō)明，土壤鹽分運(yùn)移確實(shí)是受各種因素影響的復(fù)雜的自然現(xiàn)像［35］，通過(guò)一個(gè)區(qū)域一種簡(jiǎn)單的線(xiàn)性相關(guān)分析并不能完全反應(yīng)出空間分布及運(yùn)移的規(guī)律性，必須在更大范圍內(nèi)尋找更有效直觀的技術(shù)手段進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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The Characteristics of Soil Salinization in Oasis－Desert Ecotone of the Lower Reaches of Manas River

LIU Taotao1，2，XIONG Youcai3，YANG Yan2，TU Jinna2，WANG Shaoming2
（1College of Sciences，Shihezi University，Shihezi 832003，China；2College of Life Science，Shihezi University，Shihezi 832003，China；3MOE Key Laboratory of Arid and Grassland Ecology，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China）

In order to study the current situation of soil salinization in oasis－desert ecotone so as to provide basic information for salinization prevention，this paper took the oasis－desert ecotone of the lower reaches of Manas River as the study field．After field sampling and laboratory testing，the characteristics and types of soil salinization of 0－100cm layers were analyzed．The results showed that 1）pH values of each layer were above 9，alkaline soil；2）salt content was not high overall，the predominant anions in the soil were SO42－and Cl－，while the predominant cation were Na＋and K＋，with complex interrelationship among them，and the salt contents in the upper and lower layers were higher than the middle layer；3）the degree of salinization was not severe in the study area，and the main soil types were chloride－sulfate soil and sulfate－chloride salinization soil．

Manas River；oasis－desert ecotone；soil；characteristics of salinization

S153；S714

A

2011－12－19

國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2009CB825101）

劉韜韜（1979－），女，碩士生，講師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程；e－mail：ltt009＠yahoo．cn。

王紹明（1963－），男，博士生導(dǎo)師，從事干旱區(qū)植物生態(tài)學(xué)研究；e－mail：westwild＠vip．sina．com。