基于冗余分析的伊犁新垦绿洲不同农田土壤盐渍化特征研究

2019-04-09陈蜀江黄铁成陈孟禹徐世薇

西南农业学报 2019年2期

韩宁，陈蜀江*，朱选，黄铁成，陈孟禹，徐世薇

(1.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐 830054； 2.乌鲁木齐空间遥感应用研究所，新疆乌鲁木齐 830054；3.莫纳什大学，澳大利亚墨尔本 3800；4.北京林业大学，北京 100000；5.苏州科技大学外国语学院，江苏苏州 215000)

【研究意义】土壤是人类生产生活中必不可少的重要资源，随着对土壤的利用，土壤出现土壤污染、水土流失、土壤退化等一系列问题，其中土壤盐渍化是威胁全球人类生产生活最严重的问题[1]。目前，我国土壤盐渍化主要集中于干旱区和半干旱区，占全国盐渍化土壤的69 %，且有面积大、分布广、类型多的特点。尤其是生态环境脆弱的干旱区绿洲，土壤盐渍化问题日益严重，这主要是人类不合理的农业开发和灌溉方式加重了绿洲土壤盐渍化[2]。绿洲内的土壤盐渍化对农业生产力造成一定的影响[3-4]。【前人研究进展】诸多学者[5-20]对不同的绿洲土壤盐分特征采用不同的数学方法进行研究。刘迁迁[16-17]、麦麦提吐尔逊·艾则孜[18]、许尔琪[19]等学者运用传统的统计学及地统计学研究方法对伊犁新垦区盐分空间分布及特征进行分析。以上研究都是从分析单个盐渍化指标，很少分析盐渍化指标与可溶性盐离子之间的关系。【本研究切入点】本研究通过运用冗余分析与传统统计学相结合的方法来研究伊犁新垦绿洲不同农田的土壤全盐与可溶性盐离子之间的变化关系。冗余分析[20-24](Redundancy analysis RDA)是生态学中解释物种信息和多个环境因子之间的关系一种排序方法，传统的地统计学难以综合分析多个变量产生的影响。而RDA分析可以弥补地统计学的缺点来进行多个变量分析。通过冗余分析来解释土壤盐渍化指标与不同变量之间的关系。【拟解决问题】旨在完善不同农田土壤盐渍化特征研究，为改善该区域的盐渍化改良、提升农业生产力和农业合理灌溉提供理论支撑。

1 研究区概况

研究区(43°45′～43°57′N，80°31′～81°7′E)，位于伊犁河谷的乌孙山北麓冲积扇缘地带。地势有南向北逐级递减，由南向北趋于平坦，东部较为宽阔，西部窄小。地形主要以山区、丘陵、冲积平原为主。降水主要分布在南部，年平均降水量222 mm左右。全年有效光照时数达2800～3000 h，无霜期170～177 d，积温370～380 ℃，土壤大部分以灰钙土为主，局部区域为盐化灰钙土及草甸盐土为主。该区有两条河流穿过，为农业灌溉提供了丰富的水资源，是伊犁河谷有名的农业生产基地。

2 数据来源与分析

2.1 数据来源

2.2 数据分析方法

图1 研究区示意图Fig.1 Schematic diagram of the study area

非盐渍化Non-salinization轻度盐渍化Mild salinization中度盐渍化Moderate salinization重度盐渍化Severe salinization盐土Saline soil含盐量(g·kg-1)Salt <33～66～1010～20>20

表2 土壤全盐量

3 结果与分析

3.1 不同农田类型下土壤全盐量

由表2可知，研究区不同农田的全盐量均值在3 g·kg-1以上,说明不同农田均呈现盐化状态；结合表1可知，除小麦为轻度盐渍化外，剩余农田均属中度盐渍化，盐渍化由轻到重依次排序：小麦<油葵<水稻<玉米<苜蓿，说明新垦绿洲的农田盐渍化程度较严重；全盐含量最高值为玉米地，最低值为小麦地。变异系数(c.v.)是描述土壤特性参数空间变异性程度的指标，依据Nielsen分级标准，当c.v.≤10 %时为弱变异性，当10 %

3.2 不同农田类型下可溶性盐离子特征分析

表3 可溶性盐离子统计特征值

续表3 Continued table 3

样地Sample area可溶性盐离子Soluble salt ions最大值Max.最小值Min.均值Mean标准差SD方差 VAR变异系数( %)c.v.油葵Oil sun flowerCa2+1.55330.32670.79330.42130.177553.11Mg2+0.13010.04880.08610.02960.000934.38K++Na+5.65681.75293.89911.64112.693142.09HCO-30.03810.02140.03050.00720.000123.45Cl-0.62130.10650.38460.18020.032546.86SO2-44.16000.99202.30931.05731.118045.79小麦WheatCa2+0.34670.20670.26670.04900.002418.37Mg2+0.04880.00410.02170.01620.000374.69K++Na+2.89910.04651.01491.01511.0304100.02HCO-30.11740.07780.09400.01490.000215.81Cl-0.19530.07100.12720.04110.001732.32SO2-41.08800.64000.76270.16980.028822.27玉米CornCa2+1.99330.30671.31110.58820.346044.86Mg2+0.20330.04070.16540.06220.003937.64K++Na+2.90990.33491.73261.06711.138761.59HCO-30.05950.00460.03990.02020.000450.55Cl-1.33130.08880.55910.54160.293496.87SO2-45.60000.92803.82931.63442.671342.68苜蓿CloverCa2+0.20000.08670.12000.04150.001734.61Mg2+0.05690.00410.03050.02000.000465.73K++Na+14.07372.39328.01434.637821.509257.87HCO-30.09910.00610.04960.03720.001475.11Cl-0.10650.05330.07990.02450.000630.63SO2-40.76800.25600.43730.18620.034742.58

3.3 不同农田类型下pH及碱化度

图2 不同类型农田pH和碱化度分布Fig.2 Distribution of pH and exchangeable sodium percentage

因子Factor水稻Rice油葵Oil sun flower小麦Wheat玉米Corn苜蓿CloverSPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2特征值0.900.100.820.180.930.070.990.110.9010.145物种累积百分数(%)90.069.582.181.392.667.399.380.690.181.9物种-环境相关性0.970.820.930.880.960.810.990.920.9630.867相关性累积百分数(%)85.196.186.597.791.291.392.496.185.197.7

3.4 不同农田类型下盐渍化指标与可溶性盐离子冗余分析

通过趋势对应分析研究盐渍化指标与可溶性盐离子之间的关系，玉米、苜蓿、水稻、小麦、油葵第一排序轴均小于3，因此采用RDA分析能直观反映土壤盐渍化指标与可溶性盐离子之间的相互关系。从表4可知，环境因子前两轴相关性均为0，说明2个轴互相垂直；相关性最小的前两轴数值分别为0.923(油葵)、0.812(小麦)，说明土壤盐渍化指标与可溶性盐离子的RDA分析可信度较高，能够反映出研究对象与环境变量之间的线性关系；依据前两轴得出第1轴至少解释了90.0 %，第2轴解释了67.3 %；说明排序轴解释出大部分盐渍化指标与可溶性盐离子之间的关系。

4 讨论

伊犁新垦绿洲位于乌孙山前冲一洪积倾斜平原区的冲洪积扇扇缘地带，微地形的变化对土壤盐渍化有明显的相关关系[15]。地势高的区域发生盐渍化的可能性小于地势低的区域，在局部区域盐渍化程度与海拔呈反比，盐渍化越高，海拔越低[16]。研究区的地势为东南高，西北低且有阶梯状上升态势，高程范围为562～832 m，高差为270 m。油葵、水稻基本符合高程值越大，含盐量越少的规律，但小麦、玉米、苜蓿的全盐含量与高程值并未呈相关趋势；不同农田耐盐碱程度由高到低依次为水稻>油葵>苜蓿>玉米>小麦[27]说明小麦不适宜高盐碱化的土壤种植，苜蓿和油葵较耐盐，可以作为提高土壤肥力和巩固洗盐成果的作物进行种植。同时通过实地调查发现，5种农田的灌溉方式不同，小麦、玉米、油葵为滴灌，苜蓿为漫灌，水稻为小畦串灌方式；综上所述地形、农田种植类型和灌溉方式的不同可能是影响该区含盐量分布的主要因素。

本研究通过冗余分析探讨研究区不同农田盐渍化的主要特征但对影响盐渍化的空间格局缺乏研究，对盐渍化空间格局使用相关空间分析方法深入挖掘该区盐渍化空间信息因素，进行一步为该区盐渍化治理与农业经济发展，提供有力科学依据。