玛纳斯河下游绿洲荒漠交错带土壤盐碱化特征分析

刘韬韬，熊友才，杨岩，涂锦娜，王绍明

（1石河子大学理学院，石河子832003；2石河子大学生命科学学院，石河子8320003；3兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室，兰州730000）

玛纳斯河下游绿洲荒漠交错带土壤盐碱化特征分析

刘韬韬1，2，熊友才3，杨岩2，涂锦娜2，王绍明2

（1石河子大学理学院，石河子832003；2石河子大学生命科学学院，石河子8320003；3兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室，兰州730000）

为了解绿洲荒漠交错带盐渍化现状及为盐渍化防治提供基础资料，研究以玛纳斯河下游绿洲荒漠交错带为案例区，通过野外采样和室内试验测定，分析了0～100cm土壤的盐渍化特征及其类型。结果表明：①研究区土壤各层pH值均＞9，属碱性土壤；②土壤含盐量总体不高，土壤中阴离子以SO42－和Cl－为主，阳离子主要为Na＋＋K＋；各离子间关系复杂，且盐分表现为上下部盐分含量高，中部盐分含量小的特点；③研究区盐渍化程度不严重，盐分类型主要为氯化物－硫酸盐盐渍化土和硫酸盐－氯化物盐渍化土类型。

玛纳斯河流域 绿洲荒漠交错带 土壤 盐碱化特征

盐碱土是陆地上分布广泛的一种土壤类型，世界盐碱化土壤面积约1．0×109hm2，约占世界土地总面积的10%。我国盐碱土面积为3．5×107hm2，相当于耕地面积的1／3，其中盐土1．6×107hm2，碱土8．7×105hm2，各类盐碱化土壤1．8×107hm2；另外，约有6．7×106hm2的耕地发生次生盐碱化［1］。

新疆是我国重要农业产区，也是我国盐碱土重要分布区，盐碱土种类多。新疆各类盐碱土面积为2．18×107hm2，约占新疆土地面积的1／8，平原地区土地面积的1／4［2］，玛纳斯流域是北疆重要的盐碱土分布区，也是人类活动最为频繁的流域之一。该流域内新疆兵团的耕地占全流域耕地总面积的30%，其中，约70%是由重渍土开垦而来［3］。

多年来，学界高度关注盐碱化问题。有关盐碱土的研究，主要集中在盐渍土和盐渍化的发生与演变［4］、土壤水盐运移机理及其建模、盐渍化的监测、评估、预测和预警［5－6］、土壤水盐的优化调控、盐碱障碍治理与修复［7－8］、盐渍土资源的可持续利用与优化管理和土壤盐渍化的生态环境效应［9］等方面。近年来，随着对盐渍土极强吸收无机碳现象的认识［10］，学术界加强了对盐碱化特征及其时空分异的研究［11－16］。玛纳斯河流域位于新疆天山北麓中段，准格尔盆地南缘，东经85°87′，北纬43°20′，流域总面积19800km2［17］。由于特殊的气候条件和地理位置，其已成为干旱区典型绿洲区和盐碱土典型分布区，是学界研究土地盐碱化的主要案例区之一，已有研究多侧重土地盐渍化调查与评价［18］、土壤次生盐渍化及其防治［19］等方面，对土壤盐分特征和动态变化的研究相对较少，目前，能检索到的研究文献较少［20－23］，主要研究了玛纳斯河中下游地区典型盐土的盐分特征，特定植被下盐分的动态变化，人为影响下盐分的动态变化等方面，这不足以代表玛纳斯河流域整体盐分特征及动态变化情况。

本研究通过野外调查和土壤采样，结合室内试验分析，研究案例区土壤盐碱化特征、盐碱化程度和盐碱土类型，以期为绿洲荒漠交错带盐渍化现状及盐渍化防治提供基础资料。

1 研究区与方法

1．1 研究区概况

研究区位于流域下游绿洲和荒漠交错带，在行政区划上属于新疆兵团农八师135团。其冬季严寒低温，持续时间长，夏季炎热干燥，昼夜温差大，降水稀少，蒸发强烈。多年平均气温为5．4～8．6℃，降水量152．20mm，蒸发量为1747．6mm［24］。研究区位于流域干三角洲，是重要的农业生产区，人类活动强烈，长期灌溉使土壤中盐分被淋洗而脱盐，另一方面使非盐渍化土壤转化为盐渍化土壤，造成次生盐渍化。因此其是研究在人为活动影响基础上盐分动态变化的理想区域。

1．2 研究方法

在室内基于《农八师土壤地形图》，将研究区划分5km×5km的网格，按照网格均匀选取采样点，共选择了40个采样网格（图1）。于2009年7月中旬，在每个采样网格内随机选取3个点，按照四分法分别在0～20、20～40、40～60和60～100cm 4个剖面层采集土样。将同一层的3个土样混合，共取的160份土样。在取样的同时，利用GPS定位系统，记录下每个样点采点的地理坐标值。

采样结束后，将样品进行风干，碾碎，过筛（2 mm孔径筛），并制备成5∶1的水土比浸出液进行土壤盐分的测定。其中，水溶性盐总量采用上海雷磁仪器厂生产的DJ－320型电导仪进行测定；CO32－、HCO3－采用双指示剂中和法测定；Cl－采用AgNO3滴定法测定；SO42－采用EDTA间接络合滴定法测定；Ca2＋和 Mg2＋采用 EDTA 滴定法测定；K＋和Na＋采用火焰光度计测定；土壤pH值采用上海雷磁仪器的PHS－3C型pH计进行测定。

图1 研究区和采样点分布Fig．1Study area and distribution of sampling sites

2 结果与分析

2．1 土壤盐离子含量分析

根据土壤酸碱度分级标准［25］，研究区土壤总体呈中度碱性，从上到下各层土壤pH值的均值分别为9．088、9．344、9．493、9．548（表1）。随着土层深度的增加，pH值均值呈增加态势。研究区的表层土壤盐离子含量高，0～20cm土壤含盐量平均为4．933g／kg，其余各层土壤含盐量的平均值为3．119～3．683g／kg。阴离子以SO42－和Cl－为主，从上到下各层SO42－占阴离子总量的百分比分别为48．28%、48．08%、26．12%、47．16%，Cl－分别为46．29%、44．12%、43．16%和43．15%，CO32－各层的含量均很少，一方面可能是因为研究区的土壤呈碱性，CO32－容易与Ca2＋、Mg2＋形成碳酸盐沉淀，另一方面是部分CO32－会水解成 HCO3－［20］。阳离子主要为Na＋＋K＋，从上到下各层Na＋＋K＋占阳离子总量的百分比分别为 92．98%，93．25%、96．04%、96．99%；Ca2＋占7%，Mg2＋占阳离子总量的0．67%。总盐、Cl－、SO42－、Na＋＋K＋随深度的增加而略有递减，但在60～100cm层含量又略有增加，显示在0～60 cm，研究区土壤盐分呈“V”型垂直变化特征，与其他研究区呈现的“T”型变化趋势［26－27］明显不同；此外，盐分表层和底层大，中间层小，这可能与人类对重盐碱地农田改造过程中，农田与荒漠交错带区域土壤盐分在垂直方向上表现为混合型有关［28］。由于灌溉和降水的入渗，盐分由地表向下运移聚积；同时，受土壤毛细作用及地下水蒸发影响，盐分又向地表运移，在土壤盐分剖面上表现为上部和下部盐分含量低，中部盐分含量高的特点。若排水系统完善，中部含量高的盐分被淋滤携带向下部运移，并有部分随毛细水上升到上部，在土壤剖面上就表现为上部和下部盐分含量高，中部盐分含量低的特点［29］。姚荣江等［30］的研究结果也说明了这点。

本研究通过各测点盐离子含量的变异系数（CV）值反映其水平方向上的变化趋势。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［15］。研究区pH值的变异系数为0．052～0．063，为弱变异性；CO32－、Cl－和Ca2＋为强变异性；HCO3－为中等变异性；SO42－在0～20cm和60～100cm呈现强变异性，在20～60cm是中等变异性；Mg2＋在0～20cm呈现强变异性，在20～100 cm呈中等变异性；Na＋＋K＋在0～60cm呈强变异性，在60～100cm呈中等变异性；盐分总量在0～60cm呈现出强变异性的特点，在60～100cm属于中等变异强度。这说明研究区土壤水溶性盐分离子在水平方向上的变化异常复杂。

表1 不同层次土壤盐分的统计特征参数 g／kgTab．1Statistical feature parameters of soil salinity in different layers

2．2 土壤盐渍化程度和盐渍化类型分析

目前，盐渍化程度分类的标准还不统一，本研究根据刘国华等人的研究结果进行盐渍化程度分类（表2）［28］。研究区土壤盐分为0．109～19．102g／kg，包括了从轻度盐渍化到重度盐渍化的类型。频数分布可以反应样本在总体中的分布情况，通过对土壤各层总盐的频数分析（图2）可以看出，研究区采样点盐分为0～5g／kg的占大多数，为非盐渍化土，只有0～20cm土层有一定的重度盐渍化土类，其他各层没有观测到重度盐渍化土；此外，通过统计采样点盐渍化程度百分比（表2）可见：0～20cm有67．5%的样点是非盐渍化土壤，20～40cm、60～100 cm是72．5%，40～60cm是80%。这说明总体看来，研究区盐碱化程度不严重。

图2 研究区土壤各层总盐的频数分布图Fig．2The frequency distribution of total salinity of soil layers in study area

表2 土壤各层各采样点盐渍化程度 %Tab．2Soil salinization degrees of soil layers in sampling points

文献［31－32］中根据新疆第二次土壤普查耕地土壤盐渍化类型划分指标，依据0～30cm土层内盐分阴离子成分含量的毫克当量比值对新疆灌区土壤盐渍化类型进行了划分。依据该划分类型，研究区内包括了各种类型的盐渍化土（表3），各层土壤中，20%～25%的采样点CO32－＋HCO3－

／Cl－＋SO42－

的值为1～4，属于苏打盐渍化土；除在20～40cm有15%的采样点两者比值＞4，属于纯苏打盐土外，其他土层采样点所含的纯苏打盐土少，都为5%；若按照的毫克当量来看，主要为氯化物－硫酸盐盐渍化土和硫酸盐－氯化物盐渍化土类型，各层土壤采样点有78．95%～89．47%为这2种类型的盐渍化土。值得注意的是各采样点＞65%的的值＜1。这说明碳酸盐和重碳酸盐是土壤盐分的次要成分［12］。

表3 各盐分类型所占比例%Tab．3The ratio of different types of salt

2．3 盐离子间相关性分析

对各离子间的相关分析，可揭示盐分在土体中的存在形态，可在一定程度上反映出盐分的运动趋势［13］。pearson相关性分析的结果（表4）表明，土壤各层总盐量和呈显著正相关（P＜0．01），说明总盐含量随着Cl－、SO2－、Na＋＋K＋等4的含量增加而增加；Na＋＋K＋与Cl－、SO42－呈显著正相关，说明土壤中Na＋＋K＋的含量随着Cl－、SO42－含量的增加而增加。SO42－和Cl－呈显著正相关，表明SO42－的含量随着Cl－的增加而增加。在0～60cm，Ca2＋和SO42－呈极显著正相关，但在60～100cm，此二者间无相关性。在0～20cm，总盐和Ca2＋呈显著正相关性，Ca2＋和pH值呈显著负相关；在40～60cm，说明此层土壤溶液中的含量随HCO3－含量的增高而降低，这是因为土壤溶液中HCO3－浓度升高，土壤溶液酸性增强，H＋增多，CO32－与H＋结合生成导致含量降低［33］；在60～100cm，Ca2＋和Cl－极显著正相关；在土壤各层，电导率和Cl－、极显著正相关，和总盐极显著正相关，这和巴建文等［34］的研究结果一致，表明土壤浸出液电导率的数值能反应土壤含量的高低，当只需要了解盐分总量特征时，可以通过电导率建立回归方程计算水溶性盐总量，减少测定盐离子总量的工作量。在0～20、60～100cm，电导率和Ca2＋极显著正相关，表明在这2层除了受前面4种离子的影响，电导率受Ca2＋的影响较大。

表4 盐离子相关性分析Tab．4The correlation analysis of saltion

续表4

3 结论与讨论

研究区土壤各层pH值均＞9，属碱性土壤。土壤含盐量不高，平均值在3～5g／kg。土壤中阴离子以SO42－和Cl－为主，阳离子主要为Na＋＋K＋，这和同期取样的文献［20－21］中的结果一致。研究区盐渍化程度整体上不严重，个别采样点表层土壤盐渍化程度较重，这可能与采样方法有关，为了能更好的反应研究区盐渍化的整体状况，研究对整个研究区采用了随机采样的形式，这使有些样点可能处在典型盐碱土上，而有些点并未处在典型盐碱土上，这使研究区盐渍化程度有个别性。

土壤盐渍化类型主要为氯化物—硫酸盐和硫酸盐—氯化物，与卢磊等［32］在其他流域干三角洲的研究结果一致，这说明在大尺度盐分随水垂直运移的过程中，氯化物—硫酸盐和硫酸盐—氯化物等易溶性盐分主要分布在干三角洲。

土壤盐分在淋溶、蒸发等作用下，一般呈现出脱盐型、聚盐型和混合型三种特征，脱盐型盐渍化土壤盐分在垂直剖面上表现为上部盐分低，下部含盐量高的特点；聚盐型上部盐分含量高，下部盐分少；混合型上部和下部盐分含量低，中部盐分含量高［28］。而研究区盐分却表现为上下部盐分含量高，中部盐分含量小的特点，这是新疆兵团地区农田的灌排水系统比较完善，促使中部含量高的盐分被淋滤携带向下部运移，并有部分随毛细水上升到上部而造成的。这充分反映出人类活动可以改变盐分在垂直方向的运移过程。

从研究参数变异系数的大小，反映出pH值在研究区无论是从水平还是垂直方向上变化均不大；其他离子在各层变异性的不同，说明土壤离子在水平方向上的变化异常复杂。土壤各层总盐量和Cl－、SO42－、Na＋＋K＋呈显著正相关（P＜0．01）及Na＋＋K＋与Cl－、SO42－呈显著正相关，进一步验证了土壤中主要盐类为氯化物－硫酸盐和硫酸盐－氯化物盐。其他各类离子相关性的表现，表现出各种离子之间复杂的关系。这也说明，土壤盐分运移确实是受各种因素影响的复杂的自然现像［35］，通过一个区域一种简单的线性相关分析并不能完全反应出空间分布及运移的规律性，必须在更大范围内寻找更有效直观的技术手段进行进一步研究。

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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

国家重大基础研究计划（973）项目（2009CB825101）

刘韬韬（1979－），女，硕士生，讲师，研究方向为农业生物环境与能源工程；e－mail：ltt009＠yahoo．cn。

王绍明（1963－），男，博士生导师，从事干旱区植物生态学研究；e－mail：westwild＠vip．sina．com。