潍北平原土壤盐渍化特征及其影响因素

2018-12-28刘宏伟许静波胡云壮陈社明

中国农村水利水电 2018年12期

刘宏伟，许静波，胡云壮，郭旭，杜东，马震，陈社明

(1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2. 潍坊市国土资源局，山东潍坊 261000)

0 引言

气候变化和人类活动的强烈影响，使得土壤盐渍化成为干旱、半干旱及沿海地区最主要的生态环境和土地退化问题之一。目前全球盐碱土面积约为9.5×108hm2，其中我国盐碱化土壤面积高达3.4×107hm2，约占耕地面积的1/3，盐渍化灾害现状非常严峻[1,2]。土壤盐分积聚和淡水资源紧缺成为限制我国沿海地区开发的主要因素[3]，及时掌握土壤盐分的分布特征及其影响因素是实现盐渍化土地合理利用和科学开发的必要前提。

潍北平原年均降水较少、蒸发强烈，加之不合理的地下水资源开发利用活动，土壤盐渍化问题日趋严重。目前，关于潍北平原土壤盐渍化的研究已有大量成果，马恭博等[4]指出该区土壤以轻度盐渍化和中度盐渍化为主，且不同深度土层盐分呈现条带状和块状分布规律，自北向南土壤盐分含量呈现降低的趋势；陈广泉等[5]指出不同土层土壤盐分含量具有明显的空间变异性，其中60 ～ 100 cm等层段盐分具有较强空间相关性；李晶莹等[6]发现受海水入侵因素影响，该区盐渍化范围向内陆最远可至20 km处；陈铭达等[7]发现土壤盐分的组成受地下微咸水灌溉影响强烈；刘文全等[8]指出耕层(表层)土壤全盐和有机质含量的空间分布均呈现明显的条带状格局，且离海岸线距离越远盐分越低，认为海水入侵、土地利用及人为的耕地措施是形成该格局的重要因素。可以看出，已有研究对土壤盐渍化的分布特征进行了充分梳理，但其评价方法和服务对象重点针对农业种植和土壤改良，且未较全面分析土壤盐渍化的影响因素。

本次通过野外采样和室内测试获取土壤盐分离子数据，分析不同盐渍化指标的分布特征和规律，应用工程勘察规范和建筑规范评价土壤盐渍化程度，并分析土壤盐渍化与主要影响因素的相关关系，旨在有针对性的为沿海地区规划、新城镇建设和土壤环境改良提供基础依据。

1 研究区概况

研究区位于莱州湾南岸潍坊北部平原(图1)，属暖温带半湿润季风型气候区，地形南高北低，平均坡降0.047%。多年平均降水量为610 mm，多年平均蒸发量为1 020 mm。区内地貌层次清晰，由南部山前洪积、冲积平原向北过渡为冲积、海积平原，发育弥河、虞河、白浪河、潍河等多条河流。该区属于华北平原东缘，大地构造上属于胶莱地堑北段[9]，第四系沉积物由南向北增厚，岩性分布具有一定规律，由山前至冲洪积扇前缘依次为含砾砂、砂、砂质黏土和黏土，北部滨海沉积物岩性主要为粉细砂、黏质砂土、砂质黏土和黏土。区内地下水开采强度较大，形成了多个地下水降落漏斗，引发了北部咸-卤水南侵南部淡水含水层[10]。浅层土壤类型主要以潮土与盐化潮土为主，沉积相主要为冲洪积相、湖积浅平洼地相、三角洲平原相和潮间带相等[11]。

图1 研究区和取样点位置图Fig.1 Location of study area and sampling sites

2 材料和方法

2.1 样品采集与测试

2015年10月于水盐相对均衡期内[12]，近似垂直于地下水流向布设6条剖面，对盐分相对富集的50～60 cm土层进行了52组土壤样品的采集。采样位置根据研究区土壤岩性、微地貌特征和土地利用类型等因素确定，定位坐标采用差分GPS记录(图1)。

2.2 数据处理

本次对样品盐分数据的统计分析用SPSS软件进行，空间投影和克里格(Kriging)法插值分析用MAPGIS软件进行。

2.3 评价方法

(1)平均含盐量。平均含盐量是指示土壤盐渍化程度的直接指标，被广泛应用于盐渍化评价工作中。本次以岩土工程勘察规范(GB 50021- 2001)[13]和盐渍土地区建筑规范(SY/T 0317-2012)[14]为评价标准，根据土壤含盐量将盐渍土分为弱盐渍土、中盐渍土、强盐渍土和超强盐渍土四类(表1)。同时，根据土壤化学成分含量将盐渍土类型细分为氯盐渍土、亚氯盐渍土、亚硫酸盐渍土、硫酸盐渍土和碱性盐渍土五种(表2)。

表1 按含盐量盐渍土分类表 %

表2 按含盐化学成分盐渍土分类表Tab.2 Classification of the soil salinization according to the chemical content

注：表中Cl-为氯离子在100 g土中所含毫摩数。

(2)钠交换比(ESP)。钠交换比，又称碱化度，是通过计算土壤Na+交换Ca2+和Mg2+能力来指示土壤碱化程度的指标。通常有两种计算方法，一是常用的用交换性钠离子占阳离子交换量的百分比法，其中交换性钠需用乙酸铵-氢氧化铵-火焰光度法测得，阳离子交换量用氯化铵-乙酸铵交换法测得；另一种方法是用经验公式法(Seilsepour, 2009)[15]：

式中：离子浓度单位均为mmol/L。

鉴于前述“平均含盐量评价法”中设定了碱性盐碱土这一分类，故本次工作没有单独测试交换性钠和阳离子交换量，而采用经验公式法来计算相对ESP(1∶5土、水重量比溶解)来计算土壤相对碱化程度。

3 结果与分析

3.1 土壤盐分离子含量及相关性分析

表3 土壤盐分离子含量统计Tab.3 Statistics of the salts parameters in the soils

全盐量和ESP含量分布的强变异性以及Cl-、Na+含量分布的中强变异性，揭示这两项指标在区域分布上存在明显的浓度梯度，且NaCl是土壤中盐分存在的主要形态。

表4 土壤盐分参数相关性矩阵Tab.4 Correlation matrix of the salt parameters in the soil (n=52)

3.2 盐渍化指示指标的分布特征

图2 土壤全盐量平面分布图(单位：g/100 g)Fig. 2 Distributions of total salinity content in soils

图3 土壤Cl-含量平面分布图(单位：g/100 g)Fig.3 Distributions of Cl- content in soils

图4 土壤含量平面分布图(单位：g/100 g)Fig.4 Distributions of content in soils

图5 土壤ESP含量平面分布图(单位：g/100 g)Fig. 5 Distributions of ESP content in soils

3.3 评价结果

从盐渍化程度来看(图6)，52组土壤样品中有7组属于中盐渍土，4组属于弱盐渍土，样品点盐渍化比例为21.15%，区域上较大面积土壤处于未盐渍化状态。从盐化类型来看，属于氯盐渍土的有5组，属于亚氯盐渍土的有5组，属于亚硫酸盐渍土的有1组，其中氯盐和亚氯盐类型占到盐化类型的90.91%。

图6 土壤盐渍化类型和盐渍化程度图Fig.6 Soil classification and assessment results

从盐渍化分布来看，研究区北部靠近海岸地段和侯镇附近土壤盐渍化处于弱盐渍化至中盐渍化等级，南部等大部分地段处于未盐渍化状态。

从土壤沉积相来看(图6)，该区下三角洲平原沉积物为海相沉积，土壤固有的盐分含量较高；上三角洲平原浅表分布有陆相沉积物造成土壤含盐量相对偏低[11]。图6显示盐渍土的分布与研究区土壤沉积相有很好的对应关系，7组中盐渍化土样中有5组分布在下三角洲平原地段，1组分布在上三角洲平原地段，1组分布在上三角洲平原与湖积浅平洼地交界地段；4组弱盐渍化土样均分布在上三角洲平原地段；冲洪积平原地段分布的土样均未出现盐渍化。这说明土壤盐分的高低受沉积相控制，土壤成因决定了土壤盐渍化(含盐量)程度的背景值。

4 主要影响因素

除受土壤沉积相(土壤成因)背景影响外，土壤盐分变化规律还受气候(降水与蒸发)、地形、土壤岩性、地下水埋深及地下水盐度、灌溉条件等因素的影响和制约。根据野外调查结果，结合实际情况选择地面高程、微地貌、潜水埋深、地下水盐度、土壤全盐量、灌溉情况、与排水情况、土壤岩性8个因子进行相关性分析。其中，全盐量、地面高程、潜水埋深、地下水盐度为实测数据，灌溉情况、排水情况、微地貌根据地面调查结果进行定量数值化[11](表5)。

表5 土壤盐渍化影响因素相关性Tab.5 Correlation matrix of the affecting factors for soil salinization (n=52)

可以看出，土壤全盐量与地面高程、微地貌、灌溉情况、岩性、潜水埋深呈负相关关系，与排水情况、地下水盐度呈现正相关关系。土壤全盐量与地下水盐度极强正相关(相关系数为0.92)，反映了土壤盐分的累积和地下水含盐量关系密切。地面高程分别与潜水埋深和微地貌具有较大的正相关关系，反映了土壤环境因素之间的相关性。排水情况与微地貌、地面高程呈显著正相关，说明淋滤作用对盐分淡化具有重要意义。

从相关系数来看，地面高程、微地貌、灌溉情况、潜水埋深和地下水盐度5个主要因子影响着盐分的分布和迁移转化关系。从单因素影响来看，地面高程越高、微地貌属高地的地段，受雨水淋滤等作用影响土壤盐分含量相对越低；用微咸水灌溉频率越低、土壤排水情况越好的地段，受水体盐分快速排泄的影响土壤盐分含量相对较低；土壤颗粒越粗、水位埋深较深的地段，土壤盐分积累得越慢；土壤全盐量与地下水盐度显著正相关，表明地下水咸化对土壤盐分含量有直接而明显的影响，是土壤盐分积聚的最主要影响因素。

5 结论

研究区土壤盐渍化程度总体处于低-中等水平，仅21.15%的样品点出现盐渍化现象，盐渍化等级为弱至中等。中等盐渍化土壤主要分布在研究区北部的下三角洲平原地段，弱盐渍化土壤主要分布在上三角洲平原。土壤盐分含量存在明显的分布规律，整体呈现出由东北向西南含量逐渐降低的近条带状分布特征；其中在地下水漏斗区和河流两侧分别呈现出盐分含量偏高和偏低的特点；这与前人研究成果[5]较为一致。

NaCl是土壤中盐分存在的主要形态，Cl-、Na+含量具有中强变异性的分布特征。土壤盐化类型为氯盐渍化、亚氯盐渍化和亚硫酸盐渍化，其中氯盐渍化和亚氯盐渍化类型占比达到90.91%。不同类型盐渍化土的分布可以指导研究区工程桩基防腐措施的制定。

土壤盐分含量受土壤成因(沉积相)、地面高程、微地貌、水位埋深、地下水盐度、灌溉情况、排水情况和岩性等多种因素的影响。其中，土壤固有盐分的高低受沉积相控制，土壤成因决定了土壤盐渍化(含盐量)程度的背景值；地下水咸化(地下水盐度)是土壤盐分积聚的最主要影响因素。

6 防治盐渍化建议

6.1 建设生态防护林

在靠近海岸线的大家洼镇、央子镇、下营镇等下三角洲沉积地段，土壤颗粒相对较细，地下水位相对较浅，土壤含盐量较高。建议种植耐盐性速生乔木和灌木，组成乔、灌、草相结合的生态防护林带，针对地下水咸化是土壤盐分积聚的最重要影响因素，可利用防护林增加蒸腾减少地面蒸发，降低地下水位，减缓土壤盐渍化程度。同时，防护林根系可疏松土壤提高通透性，增强雨水的垂向滤盐作用。

此外，应考虑和潍坊市第二平原水库、引黄济青渠等水利工程相配套，从而达到排、灌结合的合理布局。