玛纳斯河流域中下游地区不同土地利用类型的水盐特征

楚杨++刘韬韬

摘要：在4、5、6、7、8月末研究玛纳斯河流域中下游地区盐碱地的4种土地利用类型（荒地、林地、葡萄地、棉花地）土壤水盐含量及动态变化特征，旨在为该流域盐碱地的改良、合理灌溉和施肥提供科学依据。结果发现，在不同月份间，4种土地利用类型对盐碱地土壤水盐含量及其随时间变化的动态特征影响较大且复杂。棉花地、葡萄地、林地的土壤pH值在每个月间均显著低于荒地，而含水率显著高于荒地。玛纳斯河流域中下游地区土壤离子构成以Na+、Ca2+为主，HCO3-、CO32-普遍缺乏，总体为：Na+>Ca2+>Mg2+>K+>SO42->Cl->HCO3->CO32-。棉花地、葡萄地、林地的土壤Na+、K+、Cl-、CO32-显著低于荒地，并在不同月份间其含量变化较大。结果表明，不同土地利用类型对玛河流域中下游地区的盐碱土壤水盐含量和其随时间变化的动态特征影响较大，但均能不同程度地降低該地区盐碱土壤水盐含量。

关键词：玛纳斯河流域；土地利用类型；水盐特征；动态变化；盐碱地；含水率

中图分类号： S156.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）08-0245-04

新疆是我国重要的农垦区，占全疆土地总面积4.27%的绿洲承载着该区95%以上的人口，因此绿洲农业是新疆人赖以生存和发展的命脉[1]。玛纳斯河流域（简称玛河流域）作为新疆开垦面积最大的人工绿洲，是重要的粮、棉、糖生产基地，也是最典型的积盐区。受区域母质、气候、地形、水纹等因素的影响，玛河流域分布着不同类型的盐渍土[2]。据统计，玛河流域部分地区有38.1%的耕地面积深受盐碱危害，某些地区甚至高达65%。由于农业基础设施不完善并采用传统的灌溉方式，使各灌溉区地下水位不断上升，使土壤盐碱化程度加重，加之全球气候变暖等因素[3]，使较大的盐碱地面积储量又有增加的趋势，严重制约着自治区生态农业的可持续发展[4]。因此，研究玛河流域盐碱地的水盐含量和变化特征来指导该地区的农业发展尤为重要。

不同土地利用类型可影响土壤元素平衡和结构功能，与土壤质量紧密相关[5-6]，对田间土壤质量的准确评估有非常重要的指导意义[7]。目前，国内外有许多关于这方面的研究报道，主要有不同利用类型对土壤理化性质、酶活、盐碱特征的研究[8-11]，干旱荒漠区盐碱化土地修复与调控、生态重建[12-13]以及基于遥感数字模型等研究手段的耕地土壤盐渍化影响评价和模拟[14-18]。也有玛河流域不同土地利用类型对土壤物理性质和盐分的研究报道[19-20]，但大都选取某一特定月份的土壤，分析盐分的空间变化，而对耕作层土壤在不同月份的水盐含量和其随时间变化的动态特征研究不足。因此，本试验选择玛河流域中下游地区较为典型的植被类型（棉花地、葡萄地、林地、荒地）的耕作层土壤，研究并掌握该地区不同土地利用类型的土壤水盐含量及随时间变化的动态特征，为遏制该地区土壤退化和返盐，指导该地区盐碱地的改良和施肥，并为玛河流域人工绿洲的高效生态农业提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

玛纳斯河位于新疆维吾尔自治区准噶尔盆地南部地区，属于典型的大陆性气候。玛纳斯河流域年平均气温在4～7 ℃，极端最高气温为42～43 ℃，极端最低气温为-43.1～-39 ℃，年平均潜在蒸发量1 500～2 100 mm，年平均降水量100～200 mm，并且主要集中在夏季。该地区自然土壤类型十分丰富，有灰漠土、棕钙土、栗钙土、风沙土、沼泽土、草甸土、盐土等区域性土壤。

1.2样品采集与处理

在玛纳斯河流域中下游地区按照不同土地利用类型（棉花地、葡萄地、林地、荒地）分别选取背景相似、外在条件相同的3块样地，设置3次重复，共12块样地。分别于2014年4、5、6、7、8月月末进行土样采集。在每一块样地中随机选择3个样点使用土钻采集其耕作层（0～40 cm）土壤。用铝盒收集采集的土样20 g左右，密封带回实验室，进行含水率的测定。其他指标的测定使用密封袋收集采集的土样200 g左右，带回实验室风干。

1.3测定方法

含水率的测定：烘干法。即将铝盒放置在105 ℃鼓风干燥箱中烘干至恒质量，测定烘干前后的质量差，并根据土壤含水率测定公式计算含水率。pH值和电导率的测定：使用MP521型实验室pH值/电导率测量仪。Cl-含量的测定用AgNO3滴定法；K+、Na+含量的测定用火焰原子吸收法；Ca2+、Mg2+含量的测定用EDTA滴定法；SO42-含量的测定用EDTA络合滴定法；CO32-、HCO3-含量的测定用酸标准溶液滴定法。

1.4数据处理

采用SPSS 16.0软件对试验数据进行单因素方差分析（one-way ANOVA）及多重比较（LSD），用Origin 8.5作图。

2结果与分析

2.1不同土地利用类型盐碱土pH值特征

不同土地利用类型对盐碱地土壤pH值的影响随月份的变化而差异显著，但其总体变化特征为：荒地>棉花地>葡萄地>林地。棉花地的土壤pH值在4—5月上升，5—6月下降，6—7月上升，7—8月下降，且5月末最高而8月末最低，变化趋势呈“M”字形；林地土壤的pH值变化趋势与棉花地相反，为“W”字形；荒地土壤的pH值先下降后上升且8月末最高，呈“V”字形（图1）。ANOVA分析表明，荒地土壤pH值在各个月都显著高于棉花地、葡萄地、林地。

2.2不同土地利用类型盐碱土水分特征

4种土地利用类型的含水率变化趋势有相似也有不同，但含水率变化的总体特征为：葡萄地>棉花地>林地>荒地。林地土壤含水率的变化趋势与荒地的基本相同，为“W”形，即4—5月含水率下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月又有上升趋势；棉花地土壤含水率变化趋势与荒地的恰好相反，为“M”形，即4—5月上升，5—6月下降，6—7月上升，7—8月下降；葡萄地土壤含水率变化趋势为先上升后下降，呈倒“V”字形（图2）。ANOVA分析表明，棉花地、葡萄地和林地的含水率在各个月都极显著高于荒地。

2.3不同土地利用类型土壤电导率特征

4种土地利用类型的土壤电导率在不同时间里变化较大，变化的总体特征为：林地>荒地>棉花地>葡萄地，说明种植棉花和葡萄能降低土壤电导率。棉花地、林地、荒地的土壤电导率变化趋势为“W”字形，即电导率在4月最高，4—5月下降，5—6月略有回升，6—7月下降，之后又上升；葡萄地的电导率在4—7月间持续降低，7月最小，8月略有升高；荒地的电导率在4—7月间显著高于棉花地，在5月时显著低于葡萄地、林地，在6—8月时又显著高于林地、葡萄地（图3）。

2.4不同土地利用类型土壤阳离子特征

2.4.1钙离子不同土地利用类型对盐碱地土壤Ca2+含量的影响复杂，但其总体变化特征为：林地>葡萄地>荒地>棉花地。荒地土壤Ca2+含量变化较大，呈“W”字形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升；在4月末林地的Ca2+含量最高為0.437 g/kg，显著高于棉花地、葡萄地、荒地；棉花地的Ca2+含量在4—7月间下降，7—8月上升。LSD分析表明，在5月末，不同土地利用类型的Ca2+含量均有显著差异，且棉花地、葡萄地、林地Ca2+的含量显著高于荒地（图4）。

2.4.2镁离子荒地土壤Mg2+含量在4—8月间的变化趋势呈“W”字形，即4—5月间Mg2+含量下降，5—6月升高，6—7月下降，7—8月升高；葡萄地土壤Mg2+含量变化趋势恰好与荒地相反；棉花地和林地土壤Mg2+含量呈“N”字形，即4—5月上升，5—6月下降，6—8月上升。4月末，荒地土壤Mg2+含量显著高于棉花地、葡萄地、林地；5月末，棉花地土壤Mg2+含量最高而荒地最小；6月末，棉花地的土壤Mg2+含量显著高于荒地，而葡萄地的Mg2+含量显著低于荒地（图5）。结果表明，不同土地利用类型下土壤Mg2+含量变化的总体特征为：棉花地>荒地>林地>葡萄地。由此可见，不同土地利用类型对盐碱地土壤Mg2+含量影响较大。

2.4.3钠离子不同土壤利用类型盐碱地土壤Na+含量存在差异，其总体变化特征为：荒地>林地>棉花地>葡萄地。荒地土壤Na+含量在每月月末都显著高于棉花地、葡萄地、林地；葡萄地、棉花地土壤Na+含量变化趋势基本相同，在4—5月间土壤Na+含量下降，6—7月间上升，7—8月间下降，除6月末外，其余每月月末的棉花地土壤Na+含量显著高于葡萄地；林地土壤Na+含量变化趋势与棉花地的恰好相反。但不同土地利用类型均能显著降低盐碱地Na+含量，对土壤钠盐的控制有重要意义（图6）。

2.4.4钾离子土地利用类型对土壤K+含量影响较大，不同土地利用类型下土壤K+含量变化的总体特征为：荒地>棉花地>葡萄地>林地。荒地土壤K+含量在5月末最小，且只小于棉花地，但没有显著性差异，其余4个月月末的荒地土壤K+含量均显著高于棉花地、葡萄地、林地。葡萄地与林地土壤K+含量变化趋势基本相同，为“N”字形，4月末林地土壤K+含量略高于葡萄地，5月末林地与葡萄地土壤K+含量相同，6—8月间的葡萄地土壤K+含量显著高于林地（图7）。

2.5不同土地利用类型下土壤阴离子的特征

2.5.1氯离子土地利用类型对土壤Cl-含量有明显影响，不同土地利用类型下土壤Cl-含量变化的总体特征为：荒地>棉花地>林地>葡萄地。棉花地与林地的土壤Cl-含量变化趋势基本相同，为“W”形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升。除6月末荒地土壤Cl-含量显著低于棉花地外，其余4个月月末的土壤Cl-含量均显著高于棉花地、葡萄地、林地（图8）。

2.5.2硫酸根离子土地利用类型对土壤SO42-的含量影响复杂，不同土地利用类型下土壤SO42-含量变化的总体特

征为：林地>荒地>棉花地>葡萄地。荒地土壤SO42-含量变化趋势为“W”字形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升；葡萄地土壤SO42-含量变化趋势与荒地相反，为“M”字形；棉花地土壤SO42-含量的变化趋势为“N”形，即4—5月上升，5—6月下降，6—8月上升。在6月末，荒地土壤SO42-含量显著高于棉花地、葡萄地、林地。LSD分析表明，相同土地利用类型在不同月份间，其土壤SO42-含量差异显著（图9）。

2.5.3碳酸氢根离子荒地土壤HCO3-含量变化趋势为倒“V”字形，即4—6月上升，6—8月下降；林地土壤HCO3-含量变化趋势为“N”字形，即2—5月上升，5—6月下降，6—8月上升；棉花地与葡萄地土壤HCO3-含量变化趋势基本相同，为“W”字形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升。5、6、7月月末的荒地土壤HCO3-含量显著高于棉花地、葡萄地、林地，而在8月末又显著高于荒地。不同土地利用类型下土壤HCO3-含量变化总体特征为：荒地>棉花地>林地>葡萄地（图10）。

2.5.4碳酸根离子4种土地利用类型下的土壤CO32-含量普遍较低，与棉花地、林地、葡萄地的土壤CO32-含量相比，荒地土壤CO32-含量相对较高。在葡萄地土壤中未检测到CO32-，林地和棉花地土壤CO32-变化趋势完全重合，在5、7、8月月末均未检测到CO32-，荒地土壤CO32-含量变化较大，但其含量很少（图11）。

3讨论与结论

玛河流域中下游地区不同土地利用类型对盐碱地土壤水盐含量影响较大，且其随时间的动态变化特征颇为复杂。在4—8月间，棉花地、葡萄地、林地的土壤pH值显著低于荒地而含水率显著高于荒地，4种土壤利用类型的土壤pH值变化趋势不一致。葡萄地土壤含水率在6月末最高。棉花地、林地、荒地的土壤电导率变化趋势相同，但总体以林地土壤电导率最高，葡萄地的最小。在不同的月份中，不同土地利用类型的土壤pH值、含水率、电导率变化较大。其原因可能与植物的根系发达程度和根系呼吸强度有关，不同植物在相同的时间中其根系发达程度和根系呼吸强度有差异，而根系越发达、根系呼吸强度越强，其产生的CO2的含量就越多，对土壤pH值降低幅度也就越大[21]。而棉花地、葡萄地、林地的遮阴度较高，土壤蒸发量较小，因此这3种土地利用类型的土壤含水量显著高于荒地。

玛河流域中下游地区不同土地利用类型对盐碱地土壤八大离子含量影响较大，且在不同月份间，其含量动态变化特征也颇为复杂。土壤Na+、Cl-、HCO3-的总体含量以荒地最大，葡萄地最小；土壤K+的总体含量以荒地最大，林地最小；土壤Ca2+、SO42-的总体含量以林地最高，但棉花地土壤Ca2+总体含量最小，而葡萄地土壤SO42-总体含量最小；土壤Mg2+的总体含量以棉花地的最高，葡萄地的最小。玛河流域中下游地区不同土地利用类型下土壤八大离子含量在不同月份间变化较大，但葡萄地、林地、棉花地的离子含量均不同程度地小于荒地，这对该流域盐碱地的改良有积极作用。其原因可能与植物根系分泌物有关。有研究表明，不同植物的根系分泌物种类和数量差异很大，且在不同的生长发育阶段，其根系分泌物的种类和数量也不同[22-25]，植物为了适应不断变化的外部环境，其根系分泌物也在不断的发生变化[26]，其在缓解植物因矿物质营养胁迫方面有重要作用[23，27]。不同土地利用类型下的八大离子含量及其复杂的变化特征，可能与葡萄树、棉花、林地中不同植物在不同生长时期的根系分泌物的种类和数量有关，也可能与玛纳斯河流域中下游地区区域母质、水纹、土壤蒸发、蒸腾作用等有关。

本研究表明，玛河流域中下游地区不同土地利用类型下的土壤离子构成以Na+、Ca2+为主，HCO3-、CO32-普遍缺乏，其总体含量依次为：Na+>Ca2+>Mg2+>K+>SO42->Cl->HCO3->CO32-。通过田间农作物和林地植物对土壤的长期影响，棉花地、葡萄地、林地的土壤pH值显著低于荒地而含水率显著高于荒地，其土壤八大离子含量也均不同程度地低于荒地，这对该流域盐碱地的改良、合理灌溉、科学施肥以及绿洲生态农业高效发展均有非常重要的意义。

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