土壤盐碱化的空间变异性研究进展

张锦新　李慧　郑恺雯　陈小玲

[摘要]土壤盐碱化是制约农业生产的主要障碍之一，已经成为世界范围内的重要课题。不同地区的土壤盐碱化程度存在高度的空间变异性，这就加大了盐碱地治理与改良的难度。为了更好地服务于农业生产，本文初步探讨了在盐碱地的治理过程中，地统计学方法在土壤盐碱化的空间变异研究中的应用，研究结果表明，使用该方法既能降低土壤中硝酸根的含量、提高氮肥利用效率，又能改善土壤结构，进而从根本上解决土壤次生盐碱化问题。

[关键词]盐碱化；土壤；空间变异；地统计学

中图分类号：S156.4 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180827

据联合国教科文组织和联合国粮食及农业组织的不完全统计，全世界盐碱地面积已达9.55438亿公顷。中国科学院南京土壤研究所最新研究显示，我国各种类型的盐渍土总量为9913.3万公顷。

碱土和碱化土壤的形成与土壤中碳酸盐的累积有着密切的关系，植物在土壤盐碱化严重的地区几乎不能生存。据统计，我国每年因土壤盐碱化造成的直接经济损失高达25亿元。土壤盐碱化已成为重要的环境问题之一，是引起土地退化、土地荒漠化的主要诱导因素之一，也是土地资源利用和开发最主要的障碍。

盐碱地的出现受区域性因素的影响较大，其盐分组成及离子比例具有明显的地域特点，积盐、脱盐过程以及盐分组成随生物、气候、地带性土壤的不同存在较大差异。探讨盐碱土理化性质的空间分布特征，为进一步开展区域土壤治理及调整各项农业管理措施和物质提供支撑，是有效进行综合治理的前提和基础，其中地统计学方法在空间变异分析中发挥着重要的作用。本文综述了土壤盐碱化空间异质性研究的进展与相关理论，以期为盐碱土的研究提供科学参考。

1土壤盐碱化及其治理研究

土壤的盐碱化过程主要是因为土壤中大量的盐碱性离子累积造成土壤的盐碱化（盐渍化），分为pH值在7.1～8.5的轻度盐碱化、pH值在8.5～9.5的中度盐碱化和pH值为9.5以上的重度盐碱化。盐碱土的形成主要受自然和人类活动的影响，虽然自然因素（如气候、地形、土壤母质、水文等）是导致盐碱土形成的本质原因，但是人为因素（如农业过度开垦、不合理灌溉、植被破坏等）在极大程度上加快了其形成过程。

目前，围绕盐碱地改良与利用的研究较多，尤其是如何在盐碱地上实现农业的高效利用已成为研究热点。国内外学者主要从盐碱地的形成原因、分布特征、对植被的影响、改良措施等方面开展了大量的研究工作，反映了土壤与环境之间的相互关系。现阶段，有关滨海地区盐碱地的改良与治理技术通常可以根据改良措施的不同分为物理、化学、生物和综合改良方法等几个方面。不同的方法均有各自的优缺点，不同地区由于土壤盐碱化程度、性质等的不同，其具体适合的改良措施也不尽相同。然而，在盐碱地的治理与改良上由于存在盲目借鉴的问题，收效甚微，因此针对不同地区的盐碱地及其环境特点，研究适合当地的盐碱地治理与改良方法非常必要。

石膏、磷石膏、沸石等物质在改良盐碱地的研究中被广泛采用，其中石膏是利用Ca²⁺交换土壤中的Na⁺达到改良效果，并被认为是相对安全的材料，不过在福建滨海盐碱地治理中很少有相关报道。生物炭能改善土壤结构、过滤灌溉水中的盐基离子并激发土壤微生物群落的活性。杨东研究了秸秆还田模式对滨海盐渍地的改良效果，表明秸秆深埋可以破坏土壤毛细管的连续性，降低潜水的蒸发，减少深层土壤盐分向表层的运移，增加水分下渗，提高脱盐系数，保墒抑盐的效果显著，对消除盐碱障碍有明显的效果，秸秆还田还可以减少焚烧处理带来的环境污染。此外，许多企业研究生产了各种土壤改良剂，这些改良剂多由多种材料混合而成，经过实践证实具有不错的改良效果。符鲜等研究了盐渍化土壤优化磷配比下施氮水平对土壤水盐及产量的影响，通过田间试验研究了盐渍化灌区基于优化磷配比下不同的施氮水平（N0、N1、N2、N3）对套作小麦、玉米土壤水盐及产量的影响及其之间的关系。结果表明，在优化磷配比下，套作小麦、玉米土壤含水率、盐分都随施氮水平的提高呈先降低后增加的趋势，N2、P2处理时土壤含水率、盐分最低；套作小麦、玉米的产量随着施氮水平的提高而先增加后降低，并且N2、P2处理下的小麦、玉米产量最大，合理的氮磷配施（N2、P2）可以提高作物对水分和养分的利用率，增加作物的产量。施氮水平与土壤含水率之间呈显著负相关（P<0.05），与土壤盐分的相关性为极显著负相关（P<0.01），与产量之间存在极显著正相关关系（P<0.01）。這样的研究结果对合理地制定施肥方案，调控土壤水盐含量，实现作物高产稳产，减少环境污染及农业的可持续发展具有一定的指导作用。

可以根据改良措施的不同将治理方法分为物理、化学、生物和综合改良，不同地区由于土壤盐碱化程度、性质不同，其具体适合的改良措施也不尽相同。

2地统计学及其空间变异性研究

地统计又称地质统计，地质统计学是20世纪六七十年代发展起来的一门新兴的数学地质学科的分支。自从20世纪60年代G.Matheron创建了地统计学方法后，国内外开展的精准农业实践及土壤科学研究中便逐渐引入空间变异性理论及地统计学的区域化变量理论，尤其是在土壤物理性质、化学性质、水分特征、状态参数、重金属及其他元素的空间变异的实践与研究中。20世纪80年代后，T.M.Burgess等将区域化变量理论和Kriging估值方法引入了土壤科学的研究，成为土壤科学的重要研究内容。到目前为止，该研究内容一直是土壤科学的研究热点之一。地统计学已经被证实是分析土壤特性空间分布特征及其变异规律最有效的方法之一，主要探索空间分布特征及其变异规律。由于土壤盐碱化指标数据具有空间结构性和随机性的特点，因而地统计学是研究空间分异的有效方法。顾鑫等以东北松嫩平原盐碱化土壤为研究对象，基于地统计学分析了田块尺度盐碱土特性，结果表明土壤的电导率、pH值、容重、孔隙度、含水量及饱和持水量存在显著的空间分异，为盐碱地综合利用、土壤资源可持续利用及生态环境保护提供了更加科学的理论依据。

3结论

土壤盐碱化是制约农业生产的主要障碍之一，土壤盐碱度的随机性分布、高度空间变异性加大了农田土壤改良及培肥的难度。研究土壤盐碱化的空间变异性，有利于调整农业各项管理措施和物质投入。地统计学是研究空间异质性的良好方法。