苏北滨海盐土区河流入海口土壤盐分及养分分布特征

李二焕, 沈俊, 鞠靖, 胡海波†, 鲁小珍

(1.南京林业大学,南方现代林业协同创新中心，江苏省水土保持与生态修复重点实验室，210037，南京；2江苏省水利勘测设计研究院有限公司，225127，江苏扬州)



苏北滨海盐土区河流入海口土壤盐分及养分分布特征

李二焕1, 沈俊2, 鞠靖2, 胡海波1†, 鲁小珍1

(1.南京林业大学,南方现代林业协同创新中心，江苏省水土保持与生态修复重点实验室，210037，南京；2江苏省水利勘测设计研究院有限公司，225127，江苏扬州)

摘要：为系统了解淮河入海口两侧盐渍土养分及盐分分布状况，采用野外调查取样和室内分析相结合的方法，分析淮河入海口土壤养分(有机质、速效氮和速效磷)指标和盐分质量分数的空间分布特征。结果表明：1)研究区有机质和速效氮总体贫乏，随距入海口越来越远，呈缓慢上升趋势，速效磷总体适量。土壤养分有明显的表聚现象，与河漫滩相比较，对应堤防外侧土壤有机质、速效氮变异深度偏低，速效磷差异不明显。2)北堤河漫滩、南堤河漫滩、北堤外和南堤外临界脱盐位置分别在距入海口3 200 m、2 800 m、3 400 m和600 m处，土壤盐分剖面主要为表聚型、低聚型和平衡型，其分布较为集中，分别位于重度盐渍化区、中度盐渍化区、轻度盐渍化及脱盐区。3)有机质与速效氮呈极显著正相关，二者与土壤盐分呈显著性负相关，速效磷与其他3个指标相关性均不显著。该结果可为淮河入海口盐渍土的分区、改良和合理利用提供参考。

关键词：苏北； 滨海； 土壤盐分； 土壤养分； 分布特征

苏北沿海拥有全国1/4以上的滩涂面积，滩涂盐渍土中含有大量水溶性盐类，影响植物生长，易造成水土流失，严重制约该地区的生态环境和农业可持续发展[1-5]。为促进海涂土壤资源开发利用，不少学者积极开展了许多有关土壤盐渍化程度、类型、盐渍土分布以及其影响因素的研究，并取得显著成果[6-11]。目前，苏北一些重要骨干行洪排涝入海河道，均穿越滨海盐土区，形成独特的生境，亟待开发利用，而针对河流入海口土壤盐土分布规律的研究较少；因此，迫切需要认识和掌握河流入海口盐渍土分布规律，为保护生态环境，合理利用和配置土地资源提供科学依据。

1研究区概况

研究区地处北亚热带和暖温带过渡地带，(E120°25′30″～120°32′58″，N34°08′97″～34°11′56″)，位于江苏省射阳县与滨海县交界处，东临黄海、北接滨海县振东乡、南邻射阳县临海镇，与苏北灌溉总渠平行，紧靠其北侧，全长7 km。属海洋性季风气候区，四季分明；年平均气温为13.7 ℃，最高气温39 ℃，最低-17 ℃，降雨7月份最多，年平均降水量942.6 mm，平均封冻期为12 d，平均风速4.5 m/s，最大风速20 m/s。主要生长盐蒿(Artemisiahalodendron)、苔草(Carexdoisutepensis)、白茅(Imperatacylindrica)、茵陈蒿(Artemisiacapillaries)和芦竹(Arundodonax)等耐盐植被；河漫滩区受行洪排涝影响，土壤盐分质量分数较高，理化性质差，主要生长芦苇(Phragmitesaustralis)等浅水性耐盐植被。

2材料与方法

2.1试验设计

河堤内外各设2条样带(见图1)，样点设置在南、北河漫滩区和南、北堤防外侧土壤，堤防外采样区土壤是淮河入海河道施工时，河漫滩淤泥堆积形成，并长期处于自然恢复状态。

图1　样点分布图Fig.1　Distribution map of the sample sites

河堤漫滩，从入海口自东往西，由密至疏布点(≤1 km，100 m 1个点；1～2 km，200 m 1个点；2～4 km，400 m 1个点；4～7 km，500 m 1个点，共26个点)河床两边同时取样，共52个点；利用GPS对采样点定位，钻取深3.5 m、直径10 cm土柱，按0～10、10～20、20～50、50～100、100～150、150～200、200～250、250～300和300～350 cm分层取样。河堤外侧，自东往西，由密至疏与滩面相应位置布点，取土方法与河床取样一致。实验共计采样936个。

2.2土壤指标测定方法

土壤盐分质量分数采用DDS-307A型电导仪测定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法，土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提法，土壤速效氮采用碱解扩散法[12-13]。

2.3数据处理

文中数据采用SPSS 19.0、Origin 8.5和Microsoft Office Excel 2013软件，进行数据处理和制图，盐分剖面类型分析用聚类分析法，相关性分析用Pearson相关分析。

3结果与分析

3.1土壤养分的空间分布

3.1.1土壤养分随距入海口远近的分布特征土壤有机质是表征土壤质量最具代表性的指标，特别在新生土壤和盐碱地上更具指示意义[14-16]。从表1来看，研究区土壤养分的变异系数介于14%～84%，整体呈中等变异强度，其中，有机质的变异强度最小(13%～17%)，速效磷的变异强度最大(46%～84%)。从均值来看，有机质和速效氮质量分数偏低，速效磷质量分数适中，按照全国第2次土壤普查中的土壤养分标准，研究区有机质和速效氮总体贫乏，速效磷总体适量。与河漫滩相比较，堤防外的土壤有机质和速效氮质量分数相对较高。

表1　研究区土壤养分描述性统计特征值

注:以上有机质单位为g/kg，速效氮、速效磷为mg/kg。Note: SOC=Soil Organic Matter, AN=Available Nitrogen, AP=Available Phosphorous. Unit of SOC: g/kg, Unit of AN，Unit of AP: mg/kg.

图2详尽地反映了各样带土壤养分随距入海口远近的分布情况。土壤有机质和速效氮表现出较为相似的分布格局，即随距入海口越远，4个样带土壤有机质和速效氮质量分数越高，当距入海口大于某一特定距离，土壤有机质和速效氮质量分数有明显上升趋势(有机质在2 g/kg以上，速效氮在10 mg/kg以上)，把这个距离称为“受海水影响减弱临界距离”。其中：河漫滩区、北堤外区和南堤外区的土壤有机质和速效氮质量分数“受海水影响减弱临界距离”分别为3 000、2 000和600 m；与有机质和速效氮质量分数的分布相比，速效磷质量分数波动相对平缓，基本在5～10 mg/kg之间浮动，整体适量，在北堤河漫滩1 000～2 000 m，北堤外5 000～7 000 m处，速效磷丰富，超过10 mg/kg。

可见，河漫滩区土壤有机质和速效氮受海水影响范围要比堤防外土壤大，南堤外表现最为明显，在距入海口600 m处，土壤有机质和速效氮质量分数就有明显上升趋势，而北堤外受海水影响范围远大于南堤外，这可能与北堤外紧邻大面积人工开挖鱼塘有关，而研究区速效磷整体适量。

图2　土壤养分距入海闸口距离的分布Fig.2　Distribution of soil nutrients along distance from the estuary

图3　研究区土壤养分剖面分布Fig.3　Distribution of soil nutrients of study area in the soil profiles

3.1.2土壤养分的剖面分布特征成土母质、自然因素、土地利用方式和管理方式等，都会影响土壤养分在土壤剖面中的分布，不同土层，土壤养分的关键性影响因素及影响程度也不尽相同[17-20]。从图3来看，研究区不同样带土壤养分，均随土层深度的增加呈逐渐降低趋势，且有明显的表聚现象。有机质速效氮在各土层均属低水平，速效磷质量分数整体较高，表土层(0～20 cm)、心土层(20～50 cm)为中等水平，底土层(50～350 cm)为低水平。

进一步分析发现，从表层往下到某一特定层次，各层之间的养分差异显著(图3)，而这一特定层再往下，各层之间的养分无显著差异。本文将这一特定层称之为“变异临界层”[14]。河漫滩土壤有机质和速效氮的变异临界层较对应堤防外深：北堤河漫滩、北堤外、南堤河漫滩和南堤外，土壤有机质的变异临界层分别位于200、150、250和100 cm土层深度，速效氮的变异临界层分别位于250、200、200和100 cm土层深度。河漫滩与对应堤防外土壤速效磷变异深度差异不显著，“变异临界层”基本位于200 cm土层深度。

不同土层深度，土壤养分在各样带的分布也存在差异：0～50和200～350 cm土层深度，南堤河漫滩有机质质量分数低于对应堤防外土壤，50～200 cm土层深度，南堤河漫滩有机质质量分数高于对应堤防外土壤，北堤河漫滩与北堤外土壤有机质质量分数在各土层差异均不显著；不同样带速效氮质量分数，以0～10 cm土层的差异最大，表现为南堤外>南堤河漫滩>北堤外>北堤河漫滩。0～50 cm土层深度，土壤速效氮质量分数以南堤外最高，整体上堤防外>对应河漫滩。50 cm土层以下，速效氮质量分数在各样带之间差异不显著；0～100 cm土层深度，北堤河漫滩速效磷质量分数显著大于北堤外；而在100～350 cm土层深度，北堤河漫滩速效磷质量分数低于北堤外，南河漫滩与南堤外各土层速效磷质量分数差异均不显著。

河漫滩与堤防外土壤养分剖面分布特征存在差异，这是多方面因素共同作用的结果。首先，与地下水埋深及土壤含水量有关，由有关文献[21-24]可知，靠近河道两侧的土壤其地下水埋深比较浅，且含水量较高。其次，与植被类型有关，河漫滩主要生长浅水性植被，堤防外土壤处于自然恢复状态，主要生长盐蒿、苔草等耐盐植被。

3.2土壤盐分的空间分布

3.2.1土壤盐分随距入海口远近分布特征随着土层深度变化，土壤盐分差异较大，特别是表层土壤，故把0～20和0～350 cm土层深度的土壤盐分质量分数平均值，随距入海闸口远近的分布分别作以分析。从图4中看出，各个样带0～20与0～350 cm土层深度的土壤盐分质量分数平均值，随距入海闸口远近的分布趋势基本一致；但在距入海闸口1 000 m范围内，0～20 cm深度土壤盐分质量分数均值明显高于0～350 cm深度均值，而在>1 000 m区段，两者接近重合。说明研究区距入海闸口1 000 m范围内，土壤表层盐分明显高于底层，且差异大，在>1 000 m区段，表层与底层土壤盐分差异不大，这与临近入海口土壤受海水浸渍，蒸发后盐分表聚有关。

图4　土壤盐分质量分数距入海闸口距离的分布Fig.4　Distribution of salt along distance from the estuary

南北河漫滩在距入海闸口700 m范围内，土壤盐分质量分数整体较高，且随距入海闸口越远，土壤盐分质量分数逐渐呈降低趋势，北堤外侧在距入海闸口600～1 400 m范围内，土壤盐分质量分数较高，其他区段较低，南堤外土壤盐分质量分数整体较低，均在3.5 g/kg以下；据我国不同地区土壤盐渍化程度分级指标[25]，以表层(0～20 cm)土壤盐分质量分数平均值为参照，把各个样带土壤盐分质量分数分级归纳如下(表2)。

可见，河漫滩区随距入海口由近至远，盐渍化程度基本呈降低趋势，临近入海口土壤受海水的浸渍侧渗作用较强烈，土壤盐分明显高于其他区段。北堤河漫滩、南堤河漫滩、北堤外和南堤外的脱盐临界位置分别在距入海口约3 200、2 800、3 400和600 m处，与河漫滩区相比；南堤防外土壤盐渍化程度相对较低，主要是轻度盐渍化和脱盐土壤，部分为中度盐渍化土壤，脱盐临界位置距入海口最近。这说明南堤防外土壤，通过自然恢复，有效降低了土壤盐分质量分数。而北堤防外，土壤在600～1 400 m区段为重度盐渍化土壤，临界脱盐位置距入海口远于河漫滩区土壤。可能是因为该区北侧紧邻大片鱼塘，鱼塘中大量地下水入渗到该部位，在旱季强烈地表蒸发作用下，浅地下水埋深以及局部的低地势条件，使这些部位受地下水返盐影响更为强烈，导致盐分明显高于其他部位。

表2　研究区土壤盐渍化程度分布

3.2.2土壤盐分剖面特征土壤盐分在剖面中的分布状况，称之为土壤盐分剖面，其特点综合反映了气候、地形和人为等因素，作用于盐分运移的结果，可预测盐碱地未来发展动向。为了解研究区不同部位的土壤盐分剖面特征与类型，本文以各土层盐分质量分数为变量，采用相似系数作距离标准[26-28]，对104个样点系统进行聚类分析。其中，1～26为北堤河漫滩土壤盐分剖面编号，27～52为南堤河漫滩土壤盐分剖面编号，53～78为北堤外侧土壤盐分剖面编号，79～104为南堤外侧土壤盐分剖面编号，分析结果见表3。根据相似系数，可将样品明显分为3大类。依据各类的典型剖面特征，可归纳为表聚型盐分剖面、平衡型盐分剖面和底聚型盐分剖面。

表3　研究区盐分剖面类型分布情况

表聚型盐分剖面主要特征见图5，是土壤表层(0～20 cm)盐分质量分数基本在4g/kg以上，属于重度盐渍化，其他层次的盐分含量少于该层，且随土层加深，基本呈降低趋势。表聚型盐分剖面占剖面总数的20%，主要分布在河漫滩区距入海口较近的800 m范围内，及北堤外600～1 000 m区段，其中河漫滩该剖面类型占剖面总数的14%，堤防外占6%(表3)。这类土壤脱盐过程进行不太明显，土壤盐分的运行处于上升状态或平衡状态，如果没有人为因素的强烈干扰，在近期内不会发生明显的脱盐过程。

图5　表聚型盐分剖面类型部分采样点土壤盐分的分布Fig.5　Distribution patterns of soil salinity at some sample 　　　sites for surface accumulative salinity profile types

图6　底聚型盐分剖面类型部分采样点土壤　　　盐分的分布Fig.6　Distribution patterns of soil salinity at some sample 　　　sites for bottom accumulative salinity profile types

底聚型盐分剖面主要特征见图6，是表层盐分质量分数低在2～3 g/kg之间，属于中度盐渍化，100 cm以下土层盐分高于表层，而0～100 cm深度土壤盐分质量分数的变化较为复杂，其盐分质量分数往往随深度呈“之”字型变化。底聚型盐分剖面占剖面总数的20%，主要分布在北堤河漫滩700～1 800 m区段、南堤河漫滩800～1 600 m区段、北堤外300～600 m区段、南堤外0～600 m区段，其中，河漫滩该类剖面占剖面总数的11%，堤防外占9%(表3)。该种特征的剖面中底层盐分质量分数较高时，土壤容易发生次生盐渍化，防治的关键在于控制地下水位，防止其抬升和土壤返盐[29-31]。

平衡型盐分剖面主要特征见图7，是0～350 cm土体土壤盐分质量分数差异不大，盐分状态总趋势是整体剖面盐分质量分数逐渐增加，且各层盐分质量分数都属低水平，属轻度盐渍化程度或脱盐土。平衡型盐分剖面占剖面总数的60%，主要分布在南、北堤防外和北堤河漫滩3 200～7 000 m区段及南堤河漫滩1 600～7 000 m区段，其中，河漫滩该类剖面占剖面总数的24%，堤防外占36%(表3)。这种剖面特征的土壤，其盐分总体平衡，且有脱盐的趋势，通过合理培肥管理，逐渐恢复土壤生产力[30]。

图7　平衡型盐分剖面类型部分采样点土壤　　　盐分的分布Fig.7　Distribution patterns of soil salinity at some sample 　　　sites for balanced salinity profile types

研究区盐分剖面类型分布具有明显聚集性，整体以有脱盐趋势的平衡型盐分剖面为主。河漫滩距入海口由近至远，由重度盐渍化到轻度或脱盐土，对应的土壤盐分剖面类型依次为表聚型、底聚型和平衡型，说明底聚型是重度盐渍化土壤向脱盐土转变的过渡型盐分剖面。堤防外土壤多处在脱盐过程中[29-31]。

3.3土壤养分与盐分的相关性分析

研究区土壤各指标的相关性分析结果显示(表4)，有机质和速效氮质量分数均与土壤盐分呈显著性负相关，有机质与速效氮呈极显著相关，而速效磷与其他3个指标的相关性都不明显。在盐分与养分分布规律中，盐分随距入海口呈下降趋势，有机质、速效氮质量分数随距入海口越远呈上升趋势，速效磷随距入海口远近分布规律不明显，且质量分数较高结论一致。说明研究区土壤中，磷质量分数较丰富，盐分多少制约土壤有机质和速效氮质量分数，在该地区土壤治理中，应考虑的主要因素是土壤有机质、速效氮及盐分，合理利用盐分与养分的相互制约关系，达到治理盐渍化土地的目的。

表4　研究区土壤养分与盐分的相关性

注：*P<0.05，**P<0.01。Note: SOM=Soil Organic Matter, AN=Available Nitrogen, AP=Available Phosphorous.

4结论

研究区土壤有机质、速效氮质量分数属低水平，随距入海口距离增加，整体呈缓慢上升趋势。速效磷整体为中等水平，在北堤河漫滩1 000～2 000 m、北堤外5 000～7 000 m处，速效磷丰富，质量分数超过10 mg/kg。土壤养分变异深度最高可达250 cm，与河漫滩相较，堤防外侧土壤自然恢复过程的有机质和速效氮变异深度偏低，速效磷差异不大。

北堤河漫滩、南堤河漫滩、北堤外和南堤外临界脱盐位置分别在距入海口3 200、2 800、3 400和600 m处，盐分剖面类型主要为表聚型、平衡型和底聚型。表聚型集中分布在河漫滩重度盐渍化区，底聚型集中分布在河漫滩中度盐渍化区，平衡型集中分布在堤防外及河漫滩轻度盐渍化及脱盐区。

有机质与速效氮极呈显著正相关，二者与土壤盐分呈显著性负相关，速效磷与其他3个指标相关性均不显著。

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(责任编辑：程云郭雪芳)

Distribution characteristics of salinity and nutrient at the estuary in coastal saline soil of north Jiangsu

Li Erhuan1， Shen Jun2， Ju Jing2， Hu Haibo1， Lu Xiaozhen1

(1.Jiangsu Key Laboratory of Soil and Water Conservation and Ecological Restoration, Collaborative Innovation Center of Sustainable Forestry in Southern China of Jiangsu Province, Nanjing Forestry University, 210037, Nanjing, China;2.Jiangsu Surveying and Design Institute of Water Resources Co. Ltd, 225127,Yangzhou, Jiangsu, China)

Abstract:[Background] Systematically understanding the distribution of saline soil nutrients and salts on both sides of the mouth of Huai River is important in establishing strategies for soil salinity management.[ Methods] In this paper, the spatial distribution characteristics of soil nutrient indexes, i.e., soil organic matter (SOC), available nitrogen (AN) and available phosphorus (AP), and salinity mass fraction for various depth layers (0-10 cm, 10-20 cm, 20-50 cm, 50-100 cm, 100-150 cm, 150-200 cm, 200-250 cm, 50-300 cm and 300-350 cm) at the estuary of Huai River were analyzed by the application of Outdoor survey and sampling as well as indoor analysis, including cluster analysis and correlation analysis. [Results] 1) The research area was generally lacking in SOC and AN, the amounts of SOC and AN presented a slow increasing trend with the increasing distance from the estuary, while the amount of AP was appropriate in general. Soil nutrients showed an obvious surface aggregation phenomenon, compared with the floodplain, the variation depths of SOC and AN in the soil on the dike outer were low, while the difference of AP was not obvious. 2) The amounts of salinity in the research area presented a slow increasing trend with the increasing distance from the estuary. The critical desalinization positions of the north floodplain, south floodplain, north dike outer and south dike outer were respectively located at 3200 m, 2800 m, 3400 m and 600 m from the estuary. The salinity profile types were obviously classified into the types of surface accumulative, bottom accumulative and balanced, the distributions were concentrated and respectively located in the severe salinization zone, moderate salinization zone, mild salinization zone and desalinization zone. 3) SOC and AN presented highly significant positive correlation, and the two had significant negative correlation with the soil salinity, while AP was not significantly correlated with the other three indexes. [Conclusions] The research results can serve as a theoretical and practical reference to the partition, amelioration, management and rational utilization of saline soils in the estuary of Huaihe River.

Keywords:north Jiangsu; coastal; salt; nutrient; distribution characteristics

收稿日期：2015-05-04修回日期： 2016-01-08

第一作者简介：李二焕(1988—)，女，硕士研究生。主要研究方向:林业生态工程。E-mail:1326039936@qq.com †通信 胡海波(1964—)，男，博士，教授。主要研究方向：水土保持与荒漠化防治。E-mail：huhb2000@aliyun.com

中图分类号：S156.4

文献标志码：A

文章编号：1672-3007(2016)01-0079-10

DOI:10.16843/j.sswc.2016.01.010

项目名称： 江苏高校优势学科建设工程资助项目“淮河入海水道二期工程盐碱土分布与水土地保持方案研究”(PAPD)；国家林业局资助项目“长三角洲城市森林生态系统定位研究”(2001- 5)