艾比湖干涸湖底盐漠土壤环境特征分析

2013-08-17邓怀敏吉力力阿不都外力葛拥晓

水土保持研究 2013年6期

邓怀敏，吉力力·阿不都外力，葛拥晓，3

（1．新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046；2．中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐830011；3．中国科学院研究生院，北京100049）

干涸湖底是干旱、半干旱地区尾闾盐湖或积水洼地水面退缩后裸露出来的、曾被水面覆盖的部分及其滨岸地带，高矿化度浅层地下水蒸发聚盐形成的次生盐漠景观，其物质组成主要是湖相松散富盐细粒沉积物，当表层盐碱含量较高时，又称之为盐漠（salt pans或salt flats）［1］，干旱区干涸湖底在强烈的风蚀作用下成为盐碱尘暴的重要来源之一，大面积干涸湖底疏松富盐沉积物的风蚀扩散能形成严重的盐尘暴灾害。土壤风蚀、风蚀物的运移和沉积发生在超过1／3的地球陆地表面［2］，是引起土壤退化最广泛的形式和原因之一［3］。因此对干涸湖底的土壤环境进行研究具有重要意义。艾比湖在区域气候波动和人类活动的双重干预下，使得注入湖的水量减少，湖面萎缩，干涸湖底的面积超过了2 000km2，当风吹向这一片干涸湖底的盐漠时，大量的盐尘随风飘起，进入到下风向的天山北坡经济带，影响整个流域的生态安全。近年来，关于艾比湖的研究主要集中在盐尘暴的影响［4－6］、驱动因素及控制对策［7－10］和水资源和湿地植被研究［11－15］等方面，但对土壤的理化特征研究较少。由此，本文主要讨论艾比湖干涸湖底盐漠地带的土壤盐分、酸碱度、电导率、主要离子和有机物质的季节性变化和空间分布特征。

1 材料与方法

1．1 研究区概况

选择位于新疆准噶尔盆地西南缘的最低汇水中心，博尔塔拉蒙古自治州行政区域内的艾比湖历史干涸湖底为研究区，地理坐标为82．30°—83．50°E，44．37°—45．10°N。研究区三面环山，仅东北部与古尔班通古特大沙漠相连，湖滨地带由山前洪积—冲积—湖积平原组成，广泛分布有石漠、砾漠、沙漠、土漠、盐漠、沼泽和滩涂，南面是天山支脉婆罗科努山，西面是阿拉套山，北面是玛依力山，西北是著名的风区阿拉山口。该地区受西风环流以及蒙古高压和西伯利亚冷空气的影响，再加上特殊的地形条件，使得艾比湖流域表现为典型的中温带干旱大陆气候，以干旱降水稀少、蒸发强烈、常年多风、气温变化剧烈为特征。该区域多年平均气温8．6℃、多年平均降水量为100～150mm，多年平均蒸发量为2 000～3 000mm，发育着具有典型温带特征的戈壁荒漠植被，主要植被类型有胡杨（Populuseuphratica）；罗布麻（Apocynumvenetum）；柽柳（Tamarix）；琵琶柴（Reaumuria soongorica）；白刺（Nitrariaschoberi）；盐爪爪（Kalidiumfoliatum）；芦苇（Phragmitesaustralis，）；梭梭（Haloxylonammodendron）；骆驼刺（AlhagisparsifoliaShap）；盐节木（Halocnemumstroblecum）等。

1．2 实验方案与数据收集

在艾比湖东南部历史时期干涸湖底上选择一块长1 500m，宽1 000m的植被类型较丰富的采样带，该采样带的植被包括了胡杨林、乔木—草本过渡带、草本混合带、芦苇荒漠、梭梭荒漠和无植被覆盖等类型，于2011年5月和10月，采用GPS定位技术进行定点取样，取样时兼顾代表性和均匀性原则，按边长200m的网格取点，用土钻采集土壤样品（深度为0—30cm和30—60cm），5月份和10月份的54个采样点一一对应。

1．3 数据处理与分析方法

土壤样品的处理与分析在中国科学院新疆生态与地理研究所土壤理化测试实验室完成。按水土比5∶1的比例测定样品中HCO3－、CO23－、Cl－、SO24－、Mg2＋、Ca2＋、K＋、Na＋等可溶性盐分离子含量、电导率、pH值、全盐量。CO23－和HCO3－的测定用双指示剂中和法；Mg2＋、Ca2＋的测定用EDTA络合滴定法；Cl－的测定用AgNO3滴定法；K＋、Na＋的测定用火焰光度法；SO24－的测定用EDTA间接滴定法；pH值用电位测定法。采用SPSS软件计算土壤样品盐分、有机质、有机碳含量的统计特征值，比较其时空分布状况和变异程度，利用Kolmogorov－Smirnov（KS）方法进行数据正态性检验。

2 结果与分析

2．1 土壤盐度

按照经典统计学方法分析不同时间和不同深度下土壤pH值、电导率、总盐和全盐量的统计特征值，将5月份和10月份的54个采样点的统计特征值分别列于表1。

艾比湖干涸湖底盐漠地的土壤盐分远高于一般地区，且时空分布变化很大，5月份表层土壤（0—30 cm）的总盐变化范围为10．5～168．5g／kg，平均值在47g／kg左右，深层土壤（30—60cm）的总盐变化范围在2．5～51．7g／kg之间，平均值在17．5g／kg左右。10月份表层土壤的总盐变化范围在12．5～218．5g／kg之间，平均值在60．2g／kg左右，深层土壤的总盐变化范围在2．3～77．7g／kg之间，平均值在20．3g／kg。5月份和10月份表层土壤总盐量平均值分别高出深层土壤总盐量平均值29．88g／kg和39．88g／kg，5月份表层土壤含盐量约占深层土壤含盐量的73．07%，10月份0—30cm层土壤含盐量约占0—60cm层沉积物含盐量的74．76%，沉积物盐分垂直剖面分布呈现出强表聚性。从5月份到10月份，土壤盐分明显增大，表层土壤总盐含量10月份是5月份的1．273倍，深层土壤总盐含量10月份是5月份的1．166倍。在5月份，地表电导率、总盐和全盐分布类型符合正态分布，而深层比表层更趋近标准正态分布。10月份统计值在0．05显著水平下已经不符合正态分布，在0．01显著水平下总盐也不符合正态分布，而深层更接近标准正态分布，这说明从5月份到10月份，土壤盐分的分布发生了很大的变化，而表层比深层变化更大，这也说明了在春季冰雪融化和土壤解冻后，土壤盐分随着水分向下移动和水平流动，使地表盐分含量下降，同时使地表盐分趋于均匀化，而在蒸发作用下使土壤盐分表聚并且部分区域受地形因素影响在水平剖面也向某一方向聚积。

2．2 土壤中主要离子变化

由变异系数可知土壤离子的空间分布特征，变异系数越小，表明研究区土壤离子的空间变异性小，各样点之间的差异小，土壤变化的波动越稳定。一般认为：CV≤0．1为弱变异性；0．1＜CV＜1．0为中等变异性；CV≥1．0为强变异性［2］。由表2中各离子的变异系数作图（图1）可知，研究区各层土壤离子空间变异性多数都属于中等变异性，其中CO23－的离子变异系数大是因为其含量较小，存在实验误差所造成的，故不考虑CO23－。由其它离子的统计变异系数可知，艾比湖干涸湖底离子时空间变异的一般规律是秋季大于春季，表层大于深层，除了一个比较特殊的Ca2＋离子表现为深层土壤变异性大于表层也就是Ca2＋在干涸湖底的表层分布比深层更均匀，深层表现出较大的变异性，其分布的离散规律不同于一般离子的原因有待进一步研究。10月份比5月份的统计变异系数大，也就是10月份土壤的离子不均匀性更大，说明蒸发作用对干涸湖底的土壤离子分布有很大的影响。

对54个不同时期不同深度的土壤样品主要离子的平均值进行绘图（图2），可以清楚地看到土壤样品10月份的离子浓度在整个研究剖面的垂直分布都大于5月份，这主要是因为春季地面的积雪融化，水分下渗，引起土壤中离子向地下运动，土壤离子浓度下降，但夏季艾比湖流域降水稀少，在高温且强烈阳光照射下，加之艾比湖干涸湖底地下水位比较高，形成强烈的蒸发，使得土壤水分从地下向上运动，土壤离子浓度升高，表层比深层变化的幅度更大，土壤盐分表聚，尤其以SO2－4、Cl－和Na＋表现最明显。从图2还可知，10月份和5月份0－30cm层土壤的SO2－4、Cl－、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋等主要离子平均含量均高于30—60cm层。由此可得：艾比湖干涸湖底土壤盐分在垂直剖面上自下向上盐分增加，在水平剖面上秋季大于春季。

表2 不同时间和深度下土壤主要离子统计特征值

图1 不同月份不同采样深度主要离子变异系数对比

图2 土壤主要离子时空变化规律

2．3 土壤有机质

土壤的有机质指土壤中所有的有机物质，不同土壤中有机质的含量不一，组成成分比较复杂，但是，有机质未必都是含碳物质。腐殖质是土壤有机质中比较重要的组成部分，是由土壤中的有机物分解而成，土壤有机质还包含新鲜的有机物，部分分解的有机物。因此，土壤中的碳含量与有机质只是存在一定关系，土壤含碳量高说明土壤腐殖质一定多，但并不能说明土壤有机质多。土壤风蚀引起土壤退化使土壤生产力下降，相应地归还土壤的有机物质降低，POC形成量减少；与细颗粒结合的有机碳直接被吹蚀而移出系统是风蚀过程中有机碳损失的主要机制。这也是艾比湖干涸湖底土壤有机物质较低的原因之一［16］。

艾比湖干涸湖底的有机碳与有机质统计结果十分相似（表3），他们的变异系数、偏度和峰度都很接近，说明盐漠中有机质主要贡献物是有机碳，有机质水平比较低。干涸湖底土壤的有机碳和有机质含量10月份比5月份略有升高，但差别不大，有机质比有机碳升高的稍微明显一点。10月份和5月份相比，0—30cm有机质和有机碳分布的正态性变弱，这是由于盐漠植物对地表有机碳和有机质的调节作用，使干涸湖底的有机碳和有机质分布格局发生了一定的变化。

表3 不同采样时间和深度土壤有机碳和有机质统计特征值

3 结论

（1）艾比湖干涸湖底沉积物盐分离子含量大小在剖面中时间分布表现为秋季土壤盐分大于春季，空间分布呈自下而上增加的垂直分异特点；各阴离子在沉积物表层中的含量为SO24－＞Cl－＞HCO3－＞CO23－，各阳离子在沉积物表层中的含量为Na＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋。以硫酸盐最为活跃，氯化物次之，碳酸盐较稳定，沉积物表层中硫化物、氯化物占优势。

（2）艾比湖干涸湖底离子时空间变异的一般规律表现为秋季大于春季，表层大于深层，除了一个比较特殊的Ca2＋离子表现为深层土壤大于表层，也就是Ca2＋在干涸湖底的表层比深层分布较均匀，深层表现较大的变异性，其分布的离散规律不同于一般离子的原因有待进一步研究。

（3）从5月份到10月份，土壤盐分的分布发生了很大的变化，而表层分布比深层分布变化大，这说明了在春季冰雪融化和土壤解冻后土壤盐分随着水分向下移动和水平流动，使地表盐分含量下降，同时使地表盐分趋于均匀化，而在蒸发作用下使土壤盐分表聚并且部分区域受地形因素影响在水平剖面也向某一方向聚积，蒸发和冰雪融化作用对干涸湖底的土壤离子分布有很大的作用。

（4）有机碳与有机质分布十分相似，他们的变异系数、偏度和峰度都很接近，说明盐漠中有机质主要贡献物是有机碳，有机质水平比较低。盐漠植物对地表有机碳和有机质的调节作用，使干涸湖底的有机碳和有机质分布格局发生了一定的变化。

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