新疆岳普湖县土壤盐分空间变异及其分布特征研究

阿布都热合曼·哈力克

（1.新疆大学 资源与环境科学学院，绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐 830046；2.中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 221008）

土壤作为历史自然体，受气候、生物、母质、地形、成土时间等诸多成土因素的影响，具有复杂性和高度的时空变异性，不论在大尺度上还是在小尺度上，土壤的空间变异性均存在［1－2］。由于土壤特性是一种区域化变量，同时具有地质结构的特性和统计学的随机特性，基于区变量理论的地统计学理论已被证明是分析土壤特性空间分布特征及其变异规律最为有效的方法之一［3－5］。地统计学不仅能够有效地揭示属性变量在空间上的分布、变异和相关特征，而且可以将空间格局与生态过程联系起来，有效地解释空间格局对生态过程与功能的影响［5］。近些年来GIS、GPS技术的发展，也为研究相对较大尺度上土壤特性的空间变异性提供了准确、便捷的工具。土壤盐分的分异状态在一定程度上反映了土壤耕作层内的盐渍化程度和状态，了解其分异对于指导人们根据土壤盐分空间分异规律和变化动态进行灌溉和排水及制订防治土壤盐渍化措施，保证土地质量，提高农业产量具有重要意义。本研究以岳普湖县为例，通过野外调查、采样及GIS和地统计分析相结合的方法，探讨在人为作用下绿洲土壤盐分的空间变异特征，为该地区盐渍化土壤的分区、改良和利用提供一定的理论基础。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究区岳普湖县位于新疆西南部，地处盖孜河下游，地理坐标76°23′－77°25′E，38°48′－39°20′N。总土地面积为3327 .1km2。研究区地势平坦，地面自南西向北东方向倾斜，坡降1‰～1.2‰，海拔1150 ～1250 m，年降水量约51.7mm，多年平均蒸发量为2651 mm，年均温度11.7℃，无霜期214d，≥10℃的年有效积温约为4354 ℃。土壤质地较轻，以壤土、沙壤土为主。植被类型主要有柽柳科植物、盐爪爪、骆驼刺、西伯利亚白刺、花花柴、芦苇、甘草、苦豆子、泡泡刺、芨芨草等。种植作物主要有小麦、玉米、大豆及棉花等。由于地处内陆干旱区，蒸发强烈，灌溉不当、排水不畅，加之土体母质含盐量较多，造成灌区土壤次生盐渍化严重。

1.2 样点布设及测定方法

1.2.1 样点布设 本研究采用GPS定位技术，以岳普湖县1∶100000 地形图和土地利用现状图为基础底图，对岳普湖县土壤进行定点取样，取样时兼顾代表性和均匀性，原则上每3km取一个点，样点分布见图1。每个样点挖2m×2m的土壤剖面，土壤取样层次为0－30cm、30－60cm、60－100cm和100－200cm，共取样点118个。采样时间为2005年7月至2005年8月。

土壤监测的采样点是整个土壤监测过程十分重要和困难的一环，如果采样不当，不能取得有代表性的土样，那么所得到的数据就没有意义。为提高以后根据土壤样点数据分析成图的精度，样点必须比较均匀地分布在全工作区域内，因此，基本上除了研究区的沙漠地区以外，其他区域采用了网格法，网格法具有样点分布比较均匀、相对快速及易于用计算机软件进行处理的优点。

岳普湖县地势平坦，东北部和西南部为戈壁沙漠，西北部和东南部为冲积平原。水资源有岳普湖河、铁热木河、达瓦昆湖等水系。

根据研究区的土地利用、地形和土壤性状差异等具体情况，土壤采样主要是已开发的、靠近河渠水源的农区为主、其次牧区、再次绿洲－沙漠之间的交错带及沙漠边缘。

1.2.2 样品处理与分析 对所采集的土壤样品进行风干，过l mm筛，然后以5∶1的水土比进行抽滤浸提，按常规方法进行土壤盐分及其组成的测定［6］。

1.2.3 数据处理方法 将GPS测得的带有坐标记录的采样点数据利用地理信息系统软件ArcGIS 9.0转为具有空间坐标的空间点，并进行投影转换，生成用于地统计学分析的样点分布图；半方差函数应用地统计学处理软件GS＋for windows 5.3b进行计算。利用ArcGIS软件并根据拟合的模型及其参数进行Kriging插值。

图1 岳普湖县土壤样点分布示意图

1.2.4 地统计学分析 采用半方差函数进行地统计学分析，其理论模型及参数的确定参考文献［4，7］。

为了更直观地反映土壤盐分的空间分布状况，根据所得到的半方差函数模型，利用Kriging最优内插法［8］，绘制土壤盐分分布特征图。

2 结果与分析

2.1 土壤盐分的统计特征分析

按经典统计方法，不同层次土壤盐分的统计特征值列于表1。全部采样点为118个，剔除其中的异常点后，0－30cm、30－60cm、60－100cm和100－200 cm土壤盐分的样本数分别为118，117，117和115个。由表1可以看出，研究区不同层次土壤的土壤含盐量普遍较高，根据有关新疆土壤盐碱化的分级［9］，0－30cm和30－60cm土壤盐分的均值分别为17.44 g／kg和11.67g／kg，属于重度盐化；60－100cm 和100－200cm 的均值分别为9.10g／kg和8.14g／kg，属于中度盐化。变异系数（Cv）反映的是相对变异，即随机变量的离散程度。根据相关研究，Cv≤0.1为弱变异性；0.1＜Cv＜1为中等变异性；Cv≥1为强变异性。研究区各层土壤盐分的变异系数虽然属于中等变异性，但变异性均比较高，接近于强变异性，分别为0.959，0.941，0.877，0.860，从表层向深层变异系数逐渐降低，这可能与人为灌排、耕作方式不当有关，使得表层土壤盐分的变异系数较大。土壤特性数据的正态分布性检验是使用地统计学Kriging方法进行土壤特性空间分析的前提，由于半方差函数的计算一般要求数据符合正态或近似正态分布，否则可能存在比例效应［5，10］。

根据K－S检验各层土壤盐分的原始数据均不属于标准正态分布（表1），经对数转换后，消除了可能存在的比例效应，经检验，4组数据均服从正态分布。

表1 岳普湖县不同层次土壤盐分统计特征值

2.2 土壤盐分空间变异特征分析

不同层次土壤的含盐量表现出了空间等方向性。其半方差模拟模型及其拟合参数见表2，地统计学分析的半变异函数图及其模型拟合结果见图2。从中可以看出土壤盐分的空间变程由土壤表层到深层逐渐变大，分别为56.40，91.10，114.10，160.00km，这是由于表土层受结构性因素影响相对较小，而受人为因素影响较大，随着土壤深度的增加，后者影响逐渐减小，前者影响加强，土壤含盐量的影响范围加大。表面三层土壤盐分的半变异函数符合指数模型，其决定系数为分别为0.855，0.676，0.864，100－200cm 符合球状模型，其决定系数为0.924。

图2 岳普湖县不同土层土壤含盐量的半方差图

从表2可见:各层的基台值均为正值，尤其是0－30cm土层，说明存在着由采样误差或最小距离内的变异或随机和固有变异引起的各种正基底效应。各层土壤含盐量的块基值比为34.6%～61.2%，具有中等空间相关性，但从表层到深层，块基值比逐渐降低，表明空间相关性逐渐增加，受结构性因子影响逐渐加大。研究区土壤盐分的空间变异性除了受结构性因子的影响外，人为的灌溉、施肥和管理水平等生产管理措施也起到了很大的作用。表层（0－30cm）土壤是人为因素影响较大的层次，致使该层土壤盐分在小的范围内表现出较大的差异；深层（100－200 cm）土壤的块金系数最小，结构方差较大，说明土壤受结构因素影响较大，在较大的范围内表现出变异性。

表2 不同层次土壤盐分变异函数理论模型及其拟合参数

2.3 土壤盐分的空间分布特征分析

通过对岳普湖县118个样点的取样分析，在GPS和GIS支持下，经过地统计学分析和Kriging插值，得到岳普湖县各层次土壤盐渍化现象相当严重，表层土壤盐渍化主要在分布在岳普湖镇、岳普湖乡、色也克乡、阿其克乡和铁热木乡，即农牧业开发活动最为强烈、靠近河渠水源和地势较为低洼的区域，其余三层土壤盐分高值区的分布趋势与表层类似。研究区土壤盐渍化由深及浅逐渐增大，特别是表层土壤盐含盐量＞20g／kg的面积占总面积的47.87%，这说明盐分由深层土壤向表层聚集。在垂直方向上总的趋势是表层土壤含盐量高于深层土壤。

3 结论

（1）岳普湖县土壤含盐量普遍较高，0－30，30－60cm土壤含盐量的均值分别为17.44g／kg和11.67g／kg，属于重度盐化；60－100cm和100－200 cm的均值分别为9.10g／kg和8.14g／kg，属于中度盐化。各层土壤盐分的变异系数为0.877～0.959，变异性均比较高，接近于强变异性。

（2）由半方差函数分析可知，0－30cm、30－60 cm、60－100cm土壤盐分符合指数模型，100－200 cm土壤盐分符合球状模型。土壤盐分的空间变异由土壤表层到深层逐渐变大，主要是由于表土层受区域因素影响相对较小，而受非区域因素影响较大，随着土壤深度的增加，地形、浅层地下水位和上游来水含盐量等区域性因素的影响加强，土壤含盐量的空间变异加大。

（3）岳普湖县土壤盐渍化及其严重，0－30cm土层，强度盐渍化面积占总面积的40.42%，盐土47.87%。水平方向上，主要在分布在岳普湖镇、岳普湖乡、色也克乡、阿其克乡和铁热木乡，即农牧业开发活动最为强烈区域、盐化草甸、河渠水源和地势较为低洼的沙漠区域。

（4）Kriging差值，可准确、直观地了解当地盐土分布，农田土壤质量状况，土壤含盐量空间分布等情况，并能分析土壤盐碱化的成因及变化趋势，可为该地区合理利用水土资源，防治土壤次生盐碱化提供理论依据。

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