松原灌区苏打盐碱土壤垂向剖面盐分定位监测研究

许永德，谭晓雪，乔 婷，杨瑞卓

（吉林省松原灌区工程建设有限公司，吉林松原138000）

松原灌区境内分布着大量的苏打盐碱土。苏打盐碱土的成因主要是该区域特殊的气候、地质、地貌、水文及水文地质等自然因素以及人类不合理的生产活动等综合作用的结果。准确监测和掌握土壤盐分在垂向剖面上的空间分布特征和随时间的变化不同季节的变异规律，对于松原灌区苏打盐碱地的改良治理具有指导意义。

传统的土壤盐分监测一般是用土钻钻取土壤样品进行室内分析，比较费时、费力，无法获取动态连续数据[1-2]。本研究通过野外在不同土壤层次设置盐分传感器来定位动态监测土壤盐分，获取连续的动态监测数据进行统计分析，研究土壤垂向剖面盐分的时空分布特征以及影响因素。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点位于松原灌区试验站内（45°10′11″N，124°04′44″E），海拔 129～131m，属于北温带半干旱大陆性季风气候，多年平均降雨量425．8 mm，集中在7～8月，蒸发量高达1800mm。2017年蒸发量为 1733．4mm，降雨量 480．72mm。浅层地下水阴离子以HCO3-和CO32-为主，阳离子以Na+为主，矿化 度 为 0．5～1．5g/L，pH 为 7．5～8．3， 埋 深 年 际 变 化 范 围 为0．5～2m，土壤耕层平均容重 1．69g/cm3，耕层土壤总孔隙度36%，土壤饱和含水量21%。

表1土壤非冻结期间盐分剖面分布描述统计特征

1.2 研究方法

为了掌握地区土壤盐分时空分布特征，必须进行土壤盐分及相关影响因素的动态监测。在监测区内选定点位布置地下水位测井、自动气象和土壤盐分监测仪，进行地下水位、降雨、蒸发和土壤盐分监测。

布置时间于2017年6月10日开始，在埋设传感器的地方挖一个土壤剖面，在土壤剖面 A （0～20cm）、B（20～40cm）、C（40～60cm）、D（60～80cm）层次处用取土钻水平挖出深约10～20cm的圆孔，将传感器水平插入直到孔底，再用土填实压紧，紧靠保证传感器的电极面与土壤紧密接触。传感器埋设好之后，将剖面坑按原土层次序和容重回填压实，保持和原来一样。由于土壤质地以及含水量的差异，在土壤里，刚埋设的传感器探头与土壤密实接触需要一个稳定时间，陶瓷孔隙中溶液的浓度与土壤溶液的浓度达到完全平衡一般需要18h左右。

地下水位用测盅测量，每旬测量1次。相对高程用水准仪测定，高程为131．362m。降雨量、蒸发量数据由自动气象监测仪下载获得。数据统计时间从2017年7月11日～2018年6月30日。

2 结果与分析

2.1 土壤盐分的剖面分布特征

土壤盐分在空间的分布以及随时间的变化受各种因素影响，主要受当地气候、地形、土壤、植被、水文地质和农业生产活动等因素综合作用影响。其中地形、土壤和水文地质影响土壤水盐的空间分布，气候因素则使土壤水盐状况呈现明显的季节变化，农业生产活动则既影响土壤水盐的空间分布又影响土壤水盐的季节变化[3]。

对监测数据进行描述性统计分析（见表1），结果表明：土壤盐分垂向剖面方向从表层依次向下表现高—低—低—高的分布特征，总体表现为表聚型积盐。冬季冻结期间，各剖面层盐分浓度接近于零。非冻结期间，剖面A（0～20cm）盐分数值范围为 0．50～0．90(g/L)，剖面 B （20～40cm） 盐分数值范围为0．38～0．57(g/L)，剖面 C（40～60cm）盐分数值范围为 0．16～0．25(g/L)，剖面 D（60～80cm）盐分数值范围为 0．27～0．39(g/L)。

2.2 土壤盐分时空变化受地下水埋深影响分析

盐碱地区地下水一般是指潜水，埋深较浅，加之气候干旱，降水少，蒸发量大，地下水的运动常呈蒸发垂直入渗蒸发型，强烈的蒸发使地下水向土壤表层不断运移，导致所携带盐分在土壤表层积聚。

在潜水蒸发强烈的干旱区,土壤盐分与地下水埋深有着密切的关系。通过对监测的土壤剖面含盐量和地下水埋深数据进行相关分析，结果表明：剖面A（0～20cm）盐分和地下水埋深随时间变化表现极显著负相关；剖面B（20～40cm）、剖面C（40～60cm）盐分和地下水埋深随时间变化表现显著负相关；剖面D（60～80cm）盐分和地下水埋深随时间变化表现不显著负相关。

2.3 土壤盐分时空变化受蒸发降雨影响分析

土壤剖面盐分垂向方面主要受蒸发和降雨的影响，表现为春秋干旱季节，强烈蒸发导致土壤积盐；夏雨季节降雨淋溶土壤脱盐。因此，利用蒸发降雨数据差值来综合分析其对土壤剖面盐分的影响。

根据监测的蒸发和降雨数据进行统计计算蒸降差，然后对蒸降差和土壤剖面盐分数据进行相关分析，结果表明：蒸降差和土壤剖面盐分具有一定的正相关性，但都不显著，相关性剖面A＞剖面B＞剖面C＞剖面D。

2.4 土壤各剖面层次冻融时间

由于冻结期间，各剖面层盐分浓度接近于零，由此可以得到土壤各剖面层次冻融时间顺序：土壤表层依次往下结冻时间顺序为2017年11月20日、11月25日、12月1日、12月13日；消融时间自土壤表层依次往下顺序为2018年3月14日、3月28日、4月3日、4月14日。而且土壤融通时，各层次盐分皆有一个明显上升的波峰。

3 结论

土壤盐分垂向剖面方向从表层依次向下表现高—低—低—高的分布特征，总体表现为表聚型积盐。冬季冻结期间，各剖面层盐分浓度接近于零。非冻结期间，剖面A（0～20cm）盐分数值范围为 0．50～0．90(g/L)，剖面 B（20～40cm）盐分数值范围为 0．38～0．57(g/L)，剖面 C （40～60cm） 盐分数值范围为0．16～0．25(g/L)，剖面 D（60～80cm）盐分数值范围为 0．27～0．39(g/L)。

剖面A（0～20cm）盐分和地下水埋深随时间变化表现极显著负相关；剖面 B（20～40cm）、剖面 C（40～60cm）盐分和地下水埋深随时间变化表现显著负相关；剖面D（60～80cm）盐分和地下水埋深随时间变化表现不显著负相关。

蒸降差和土壤剖面盐分具有一定的正相关性，但都不显著，相关性剖面A＞剖面B＞剖面C＞剖面D。

土壤表层依次往下结冻时间顺序为2017年11月20日、11月25日、12月1日、12月13日；消融时间自土壤表层依次往下顺序为 2018年 3月 14日、3月 28日、4月 3日、4月 14日。而且土壤融通时，各层次盐分皆有一个明显上升的波峰。