呼伦贝尔草原辉河湿地表层土壤盐分分布特征

靳三玲， 郑志荣， 刁兆岩， 王 旭,2， 马 普,3， 吕世海*

(1.中国环境科学研究院， 北京 100012； 2.兰州大学， 甘肃 兰州 730000； 3.北京林业大学， 北京 100083)

湿地是陆地与水体的过渡地带，兼具丰富的陆生和水生动植物资源，在应对气候变化、应对极端天气、净化水体环境、供应涵养水源等方面具有重要作用，是世界上最有价值的自然系统[1]，被誉为“地球之肾”。但近年来，在全球气候变化与人类活动的作用下，湿地盐渍化在全球范围内广泛发生，其速度远超盐碱度的自然变化，对湿地生态系统造成了深远影响。

湿地盐渍化机制随气候、地貌环境、人为干扰类型等影响因素的不同存在差异[2]。已有研究表明：湖泊及地下水水位的频繁升降是决定湖滨湿地土壤盐渍化范围及程度的主要诱因[3]；荒漠绿洲湿地的蒸散发作用是土壤表层积盐的主要驱动力，而地下水波动影响着湿地脱盐、洗盐过程[4]；滨海湿地土壤盐分的来源主要为海水，受周期性海水侵蚀的影响，土壤盐渍化程度较高[5]。湿地土壤盐渍化分布特征作为土壤盐渍化研究的重要内容[5]，众多学者针对滨海湿地[6-8]、湖泊湿地[9-11]、绿洲湿地[4,12]等湿地类型进行了研究，内容涉及空间及不同植被覆盖、季节、土地利用类型下的分布特征，而对于草原湿地盐渍化的研究相对较少。

草原湿地具有独特的水文、土壤、生物特征及功能，是流域中许多重要河流的发源地，在维系干旱地区生态安全方面起着重要作用[13-14]。作为草原湿地的重要类型，河流湿地受河流周期性的影响，其水文特征具有强烈的异质性，在年内、年际间存在显著差异[15]，使湿地盐分分布特征也随之受到影响。

辉河湿地地处呼伦贝尔草原南部半干旱气候区，是内蒙古东部草原区最大的一条带状草本湿地[16]，也是东北亚地区最重要的草原湿地生态系统。近年来，辉河湿地的生态环境呈现逐年恶化的趋势，湿地土壤与水体盐渍化现象逐年显现。目前，关于辉河湿地的研究报道多集中于土壤养分[15-16]、生物多样性[17]、生态系统健康[18]、景观格局[19]等方面，针对辉河湿地土壤盐渍化特征及其成因等研究尚未见报道。本研究以辉河湿地为研究区，通过测定河流上、中、下游不同淹水条件下表层土壤盐分种类及含量等指标，旨在揭示辉河湿地不同淹水状态下表层土壤盐分的分布特征，为草原湿地盐渍化治理与生态修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

辉河发源于大兴安岭南段霍玛拉胡尔敦山东北2 km处，沿西北向流至莫达木吉后再折转向北归入伊敏河，总体呈新月状，河道形状曲折，有大小支流61 条[22]；流域植被有森林、草原、湿地多种类型。辉河湿地坐标：48°05′10″～49°17′00″ N，118°30′47″～119°45′27″ E，行政区隶属内蒙古呼伦贝尔市鄂温克族自治旗，湿地面积约1.167×103km2。中温带大陆性季风气候，冬季寒冷漫长，夏秋季温润短促，降水集中，春季干旱多风，气温变化剧烈。全年平均降水量300～350 mm，其中约70%集中于6—8月。

1.2 试验取样设计

对辉河湿地实地踏查后，2020年7—8月，沿河流干道设置5个样区，分别为源头(S1)、上游(S2)、中游(S3)、下游(S4)、汇水口(S5)。在每个样区内，沿河中心向岸堤设置3块样地，分别为长期淹水样地(wetted plot，W)、干湿交替样地(wetting-drying plot，WD)、未淹水样地(dried plot，D)，如图1所示。每块样地内随机选取3个1 m×1 m的调查样方，进行植被学调查，并分层(0～10 cm，10～20 cm，20～30 cm，30～60 cm)采集土壤样品。本文仅针对表层土壤(0～10 cm)进行分析。

图1 研究区位置及采样点分布

1.3 测定方法

1.4 数据统计方法

采用Excel 2010，进行数据整理。使用R语言进行描述性统计特征分析，包括采样数、最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数。考虑不同淹水状态及河流不同区域间土壤理化性质的差异，进行单因素方差分析比较。采用Pearson相关分析法分析土壤理化性质间的相关性。利用主成分分析法得到土壤盐渍化的主要特征因子，并使用Origin 2018 Pro进行绘图。

2 结果与分析

2.1 辉河湿地土壤盐渍化总体特征

2.1.1土壤理化性质的描述性统计特征 对辉河湿地表层土壤(0～10 cm)理化性质及盐分进行描述性统计分析，结果见表1。辉河湿地表层土壤pH值变化范围为6.21～10.01，平均值为8.38，总体呈碱性。

表1 辉河湿地表层土壤理化性质的描述性统计特征

2.1.2土壤盐渍化程度 参照土壤盐化分级标准[26]，辉河湿地有62.5%的土壤处于盐化状态，其中盐化土、强度盐化土、中度盐化土、轻度盐化土所占比例分别为8.33%，8.33%，29.17%，16.67%，且盐渍化程度由源头至汇水口不断加深(图2a)；而碱化土壤所占比例较低，仅有4.17%为弱碱化土壤，集中分布于汇水口(图2b)。

参照草甸盐土的土属划分标准[26]，辉河湿地土壤盐化类型主要为硫酸盐盐土，所占比例高达70.83%，其次为氯化物-硫酸盐盐土，仅占23.61%(表2)。

图2 辉河湿地表层土壤盐土与碱土占比

表2 辉河湿地表层土壤土属类型

2.2 辉河湿地不同淹水状态下理化性质分析

2.2.1不同淹水状态下土壤理化性质 如图3所示，土壤SBD在上游(S2)最高，达1.6～1.8 g·cm-3；土壤SMC以上游(S2)最低，仅有10%～20%；土壤EC自上而下沿源头至汇水口呈递增趋势，在汇水口(S5)D淹水状态下达最高，为16.653 g·kg-1；而土壤pH沿河流区域呈较大波动。

不同淹水状态下土壤SMC在源头(S1)、上游(S2)区域表现为WD>W>D，在中游(S3)表现为D>WD>W，在下游(S4)及汇水口(S5)则表现为W>WD>D；土壤SBD由于受多方面因素的影响，在3种淹水状态下变化不规律；土壤pH值除上游(S2)W，WD淹水状态与D淹水状态两两差异显著(P<0.05)外，在其余区域3种淹水状态下均差异显著(P<0.05)；各区域土壤EC在3种淹水状态下均差异显著(P<0.05)；随淹水状态的改变，土壤EC与pH的变化趋势基本一致，在源头(S1)、上游(S2)及下游(S4)区域呈先增大后减小的趋势，在中游(S3)及汇水口(S5)则表现为急剧增加。

图3 辉河湿地表层土壤理化性质对淹水状态的响应

2.2.2不同淹水状态下土壤盐分分布特征 由表3可知，土壤TS沿源头至汇水口呈增加趋势，可见辉河湿地下游的盐渍化程度明显高于上游区，这与图2分析结果一致。差异显著性检验结果表明，除上游(S2)外，其余区域土壤TS在不同淹水程度(W，WD)下差异显著(P<0.05)。淹水土壤TS显著低于未淹水土壤TS；在盐化最严重的汇水口(S5)，W，WD淹水状态土壤TS较D淹水状态分别减少37.28%，69.22%，表明淹水对表层土壤盐分具有强烈的淋洗作用。

表3 辉河湿地表层土壤盐分含量对淹水状态的响应

2.2.3不同淹水状态下土壤盐离子迁移特征 辉河湿地土壤中阳离子浓度由高到低的顺序为Na+>Mg2+>K+>Ca2+(表1)，因此分析阳离子占比时将(K++Ca2+)作为整体比较；同时为了更好的研究不同淹水状态下离子组成的变化规律，选取盐化较为严重的中游(S3)至汇水口(S5)进行分析，如图4所示。

图4 土壤盐离子占比图

2.3 土壤盐分离子主成分分析

对土壤总盐、盐分离子与理化性质进行主成分分析，获取具有代表性和限制性的土壤盐渍化因子，分别计算3种淹水状态下的主成分，结果如表4所示。

表4 不同淹水状态主成分方差矩阵和载荷矩阵

在W淹水状态下，第一主成分中除SBD为负载荷外，其余均为正载荷，表明该成分可综合反映辉河湿地的土壤盐渍化状况；第一主成分与SMC为正载荷，说明盐分处于不断积聚状态；同时，载荷最大的阳离子分别为Na+，K+，而阴离子为Cl-，反映出该区域土壤盐渍化的盐分主要为氯化物。第二主成分与pH，SAR，ESP因子载荷较大，分别为0.324，0.228，0.141，表明这3个指标在一定程度上也影响着该区域土壤的盐渍化程度，代表土壤的碱度。

3 讨论

受环境本底(包括河流断面、地表水与地下水矿化度等)和淹水状态的共同影响，辉河湿地62.5%的土壤处于盐化状态，土壤盐化类型以硫酸盐盐土为主，且盐渍化程度由源头至汇水口逐渐加深。河流中所携带的可溶性盐受山地母质和地形的影响，在河流不同区域间差异显著(P<0.05)。而水流对土壤盐分的聚集以及分布起到了至关重要的作用。本研究发现淹水后土壤TS显著降低；与周斌[28]、徐海量[29]等研究结果相一致，是因为淹水实质为对盐分的淋溶。但若土壤长期处于淹水状态，加之气候干旱、蒸发强烈，土壤盐分虽有淋溶过程，但随地下水的不断抬升，伴有返盐现象，造成部分断面土壤TS表现为W>WD。淹水状态的改变导致土壤中水分的运动方向由水平运动改为上行运动为主，造成“盐随水来，水走盐存”的局面[30]，且淹水程度会对盐分的积聚作用产生影响，最终不同程度地加剧了辉河湿地土壤的盐渍化。

4 结论