地中海气候条件下干旱型盐渍土壤空间分布特征及改良对策

王 斌 ，黄高鉴 ，樊修武 ，聂 督 ，孙 捷 ，张 强

（1.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030031；2.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801；3.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031；4.山西农业大学，山西太原030031）

盐渍土在世界范围内广泛存在，全球面积约为9.5 亿hm2，主要分布在澳大利亚、前苏联和我国[1]。地中海沿岸国家约分布有1 000 万hm2盐碱地，约占全球总面积的1%[2]，其中，西班牙有340 万hm2、土耳其有200 万hm2、阿尔及利亚有100 万hm2[3]。地中海气候的主要特点是雨热不同期，高温时期少雨、低温时期多雨，即夏季炎热干燥、冬季温和多雨，因其主要影响区域在地中海沿岸国家而得名[4]。

进行盐渍土壤空间变异特征研究是对盐渍土进行科学改良利用的前提和基础[5]，利用GIS 技术结合土壤盐分分布数据进行盐渍土壤空间分布的描述，是目前最为有效的技术措施[6]。地中海气候条件下干旱型盐碱区与我国内陆干旱盐碱区气候特征完全不同，直接影响着土壤水盐运动规律，进而影响着盐分的空间分布[7-10]。因此，不能将我国内陆干旱型盐碱区的改良措施直接套用在地中海地区，必须摸清地中海气候条件下土壤空间变异特征[11-13]，才能确定适合当地盐碱地改良利用的途径和技术体系[14-17]。目前，地中海气候条件下干旱盐渍土壤的空间分布特征研究还未见报道。

本研究以GIS 为平台，对地中海气候条件下干旱型盐碱土壤的平面和垂直分布特征进行了空间分析，并对试验区土壤盐渍化的成因进行了研究，还提出了相应的改良措施，最后展示了实际的改良效果，旨在为北非地中海条件下干旱型盐渍土改良提供一定的科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

2012—2015 年我国政府开展了援助阿尔及利亚盐渍土壤改良与利用项目，山西省农业科学院环境与资源研究所作为商务部指定的技术支持单位，赴阿尔及利亚进行为期3 a 的盐碱地改良，并取得了良好的田间效果和社会反响。阿尔及利亚位于非洲西北部，北临地中海，国土面积238 万km2，2013 年总人口3 790 万，北部沿海地区属地中海气候。

如图1 所示，试验地设在阿尔及利亚西北部赫立赞省阿国家农业科学院哈马德纳试验站内（东经0°47′00″，北纬 35°54′00″），海拔为 48 m；年平均降雨量150～350 mm，年平均蒸发量1 000～1 400 mm，蒸降比为5∶1 左右；属典型的地中海气候，属典型的内陆干旱型盐碱区。

1.2 试验方法

对试验区16 hm2盐渍土表层土采用网格取样法进行取样，30 m×30 m 一个网格，共取样108 个，每个样点取土深度为0～20 cm，混合后采用四分法留样500 g 左右，具体采样点分布如图2 所示。另外，在试验地典型土壤区域，分4 层进行1.2 m 土壤剖面的取样，取样时间均为2012 年9 月。

1.3 测定项目及方法

土样经自然风干、粉碎机研磨、过2 mm 筛后待测。EC（5∶1）采用电导法进行测定（电导仪型号为SGT-ELR742）；pH 采用土壤活性酸进行测定；土壤全盐量和含水率采用重量法进行测定；SO42-、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+、K+采用离子色谱仪进行测定；HCO3-采用滴定法进行测定；阳离子交换量（CEC）采用乙酸铵交换法进行测定；交换性钠含量采用原子发射光度法进行测定；ESP（碱化度）由阳离子交换量和交换性钠计算获得；土壤容重采用环刀法进行测定。

1.4 数据分析

本试验数据采用Microsoft Excel 2007 进行整理和分析；采用Surfer 9.0 软件制图；采用Kriging法进行空间插值。

2 结果与分析

2.1 试验区土壤盐渍化基本特征分析

表1 试验区盐渍土基本特性（n＝36）

从表1 可以看出，耕层土壤pH 值平均为8.25左右，EC 值平均为2.42 mS/cm 左右。

如表2 所示，试验区盐渍土水溶性阴离子以氯化物为主（占阴离子总量的70%以上），阳离子以钠离子为主（占阳离子总量的80%以上），属中重度氯化物盐化土。

表2 试验区盐渍土水溶性离子含量（1∶5 水土比）（n＝36） cmol/kg

从表3 可以看出，耕层土壤容重为1.4 g/cm3左右，属于坚实土壤，且随着土层深度的增加，土壤容重也在增加，其最高达1.77 g/cm3；表层土壤含水率整体偏低，属中等偏干性土壤，随着土层深度的增加土壤含水率逐渐增加。据当地土壤资料，土壤中黏土成分占总成分的65.5%，淤泥含量为26.99%，沙质含量约占总含量的7.51%，土体结构差，非常黏重。

表3 试验区土壤剖面各层含水率和容重

2.2 试验区盐碱土壤EC、pH 空间分布分析

试验区0～20 cm 土壤EC 值为0.21～11.96 mS/cm，平均为 2.42 mS/cm，变异系数（CV）为 79%，属强变异性，85%的EC 值分布在1.0～2.2 mS/cm，总体来看，属于中重度盐化土。从图3 可以看出，试验地0～20 cm 盐渍土壤EC 值呈东北—西南向分布，西北区域EC 值大于4 mS/cm，属重度盐化土；中间区域EC 值大于2 mS/cm 而小于4 mS/cm，属中重度盐化土；东南区域EC 值小于2 mS/cm，属中轻度盐化土。

0～20 cm 土壤 pH 值为 7.76～8.90，平均为8.25，变异系数（CV）为2%，属弱变异性，80%的pH值分布在8.0～8.5，总体来看，属于轻度碱化土。从图4 可以看出，试验地0～20 cm 盐渍土壤pH 和EC 值空间分布大致相同，也呈东北—西南向分布，西北区域pH 值大于8.5，属中度碱化土；中间区域pH 值大于8 而小于8.5，属中轻度碱化土；东南区域pH 值小于8，属轻度碱化土。

从空间分布来看，盐化和碱化最重的区域位于试验区的西北角，这一区域EC＞4 mS/cm，pH＞8.5，属重度盐碱地，约占试验区总面积的25%；东南角属于盐碱最轻的区域，EC＜1 mS/cm，pH＜8，约占试验区总面积的23%；而中间区域盐碱程度为中度，EC 和pH 位于中值，约占试验区总面积的52%。该空间分布与试验区的地形地貌和地下水埋深等因素有关，了解了EC 和pH 的空间分布状况，有利于实施更精准的改良措施。

2.3 试验区盐碱土壤垂直分布特征分析

从表4 试验区土壤剖面的EC 值可以看出，土壤表层并未产生盐分聚集，在20 cm 土层以下土壤盐分明显高于上层，土体自上而下盐分显著增加，这是由于在地中海气候条件下，雨热不同期，地表蒸发强烈，水分耗损的速度大于毛管水补给的速度，使得在毛管中运移的盐分未运移到地表即出现毛管断裂现象，盐分很难聚集到地表；再加上试验区土壤过于黏重，黏土的毛管孔隙直径较小，地下水藉土壤毛管上升运行的速度较慢。这种盐渍土壤盐分垂直分布状况有利于耕层淡化，在耕作层的作物种子也因此免受生理干旱的胁迫，容易发芽出苗，从而形成地表绿色覆盖、减少土壤表面蒸发和抑制盐分表聚。土壤表层Cl-、Na+这2 个最重要的盐基离子也未产生表聚现象，这与EC 值的垂直分布特征一致。

表4 试验区土壤剖面盐分分布特征

2.4 试验区盐碱土形成原因分析

内陆干旱型盐碱地形成的原因主要有气候、地形、母质、地下水和人类活动等[18-20]。气候干旱会导致蒸降比增大，地势低洼使得盐分聚集，且排水不良，成土母质本身盐分含量较高，地下水埋深较浅，矿化度高，人类不合理地灌溉等都会造成内陆干旱区土壤盐渍化[21-23]。

2.4.1 气候原因 由图5 可知，在地中海气候条件下，夏季5 月下旬作物成熟后至9 月下旬为旱季，5 月作物成熟时已将耕层（0～20 cm）内可移动的水分消耗殆尽，土壤毛管中运移的盐分未来得及运移到地表土层已出现断裂，阻止了“盐随水来”的土壤水分条件，这一时期蒸降比虽然快速上升，且达到高峰后下降，但不会造成表层积盐。9 月开始降水增多，一直到第2 年4 月，属于雨季，这一期间蒸发量经历了逐渐降低至最低值一段时间后又逐渐升高的过程，积盐过程主要集中在9—10 月和3—5 月；而11 月至第2 年2 月由于降水量大，蒸发量小，土壤处于排盐过程。总之，在地中海气候条件下，干旱型盐碱地积盐时期为3～4 个月，排盐时间为3～4 个月，其余时间为稳定期，积盐时期与我国干旱型盐碱区大致相同，但排盐期和稳定期不同。

2.4.2 地下水、地形和其他原因 试验区地处谢利夫平原（Chéliff），当地的地下水资源水质较差，含盐量较高（表5）。且试验区由于地势洼陷，排水系统不完善，再加上土壤黏重，排水不畅，容易形成土壤通体积盐，而非表聚；当地种植习惯也无地膜覆盖、秸秆覆盖等保水压盐措施，很少施有机肥，土壤结构性较差，这些也是当地土壤盐渍化的重要影响因素。

表5 谢利夫平原地区27 个钻井水样生物化学分析

2.5 相对应改良对策

2.5.1 节水灌溉 节水灌溉有利于土壤盐碱化的防治[7]。针对当地干旱、可利用水资源匮乏的现状，试验区盐碱地治理不适合使用我国普遍使用的漫灌洗盐方式，而应以节水灌溉为主。节水灌溉既可减少灌溉用水量，又可以减少由灌溉水带入土体中的盐分，也可防止因过量灌溉而引起地下水位的抬高，从而抑制地下水位和下层土体中的盐分向上运移。

2.5.2 保护性耕作 由于当地土壤黏重，宜采用保护性耕作措施。保护性耕作采用免耕、少耕、秸秆地表覆盖、土壤深松等技术，具有保护表层土壤结构、减少地表蒸发、增加表层土壤有机质、降低出苗风险的特点[24-26]。保护性耕作技术在当地盐渍土壤上的应用主要是基于作物残茬覆盖和掺混，抑制土壤水分蒸发，阻止土壤盐分上移，增加土壤有机质，以肥抑盐。再者，当地土壤通体积盐，实施保护性耕作不会将土壤下层的盐分翻到表层。

2.5.3 施用改良剂 当地土壤含氯离子和钠离子较高，可通过添加石膏等含钙改良剂，直接与土壤胶体进行钠离子交换[27]，或使用酸性物质，加速土体中的钙离子溶解，进而与钠离子交换，同时硫酸根离子的添加也改变了表层土壤氯离子含量过高的比例关系[28-29]，降低了氯盐危害。

2.5.4 综合改良技术 盐渍土单靠一种改良技术难以治理，各项技术体系的集成耦合可以增加改良成功的概率[15-16]。除上述改良措施以外，修建适宜的排水系统和土地平整是进行盐碱改良的前提和基础；在当地气候条件下，如适期早播可使地表尽早形成绿色覆盖，有效减少土壤蒸发[30-31]，可降低积盐程度；小麦收获后复播C4 作物如玉米等，既可增加农田产出，又可培肥土壤，有利于盐碱治理，也可种植绿肥进行翻压，增加地面覆盖和土壤有机质[32-33]。

2.6 改良效果

在摸清试验区土壤盐渍化基本特征、盐分空间分布和垂直分布的基础上，分析了当地土壤盐碱化的原因，可以有针对性地应用综合改良措施。

从图 6～8 可以看出，改良 3 a 后，0～20 cm 盐渍土壤碱化度（ESP）逐年下降，由16.7%降至12.1%，降低了 4.6 百分点；0～20 cm 盐渍土壤 EC 值由2.5 mS/cm 降至1.3 mS/cm，降低了48%；0～20 cm盐渍土壤容重由1.402 g/cm3降至1.234 g/cm3，降低了12%。

3 结论与讨论

在地中海气候条件下，盐渍土壤耕层EC、Cl-、Na+等重要盐基成分未呈现表聚特点，与国内盐碱区气候条件相比，更有利于改良与利用。但当地土壤由于受地下水质、地形、土壤质地等因素的影响，盐分呈现通体分布，属中重度氯化物盐化土，土壤理化性状恶化，加重了改良和利用的难度。

本研究结果表明，空间分布上，土壤pH 和EC呈东北—西南向分布，盐化和碱化最重的区域位于试验区的西北角，这一区域EC＞4 mS/cm，pH＞8.5，约占试验区总面积的25%；盐碱最轻的区域位于东南角，约占试验区总面积的23%，EC＜1 mS/cm，pH＜8；而中间区域盐碱程度为中度，EC 和pH 位于中值附近，约占试验区总面积的52%。

当地盐碱土的主要成因是蒸降比大、地下水质较差、地形低洼、排水不畅、土壤黏重、不合理的灌溉和耕作措施等。相应的改良措施应包括节水灌溉、保护性耕作、施用改良剂、修建排水系统、增加地表覆盖和有机质投入等措施，且各种措施应该综合使用。

地中海气候条件下的干旱型盐碱土与其他气候区域的干旱型盐碱土相比，尽管盐分表聚较少，但土壤通体盐分含量较高，且理化性状差，改良难度较大。国内干旱型盐碱区为雨热同期，积盐期为3—5 月、9—10 月，脱盐期为 6—8 月，11 月至第 2 年2 月为相对稳定期；而研究地干旱型盐碱区雨热不同期，积盐期为 3—5 月、9—10 月，脱盐期为 11 月至第2 年2 月，6—8 月为相对稳定期。二者相比，积盐期基本相同，脱盐期和相对稳定期正好相反，主要是由降水期不同而造成的。下一步将土壤盐分时间变化因素进行研究，以确定地中海气候条件下水盐运动规律，为更精准地改良当地盐渍土提供理论依据。