瑪納斯河流域中下游花花柴覆蓋下土壤鹽分的動(dòng)態(tài)變化

楊巖，王紹明，王吉，涂錦娜，李邦，陳接華，朱麗潔，李娜

（石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，石河子832000）

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性的問(wèn)題，也是世界上解決土地退化問(wèn)題之中最大的難題之一［1］。鹽漬土的治理是包括中國(guó)在內(nèi)的大多數(shù)國(guó)家土壤資源管理中的重點(diǎn)問(wèn)題［2］。在我國(guó)的西北旱區(qū)，最典型的地貌特征是山盆系統(tǒng)，約占國(guó)土面積的22%。由于地貌上的垂直分布，形成了由山地森林草原帶、平原綠洲帶、綠洲沙漠交錯(cuò)帶和沙漠等不同地帶所組成的復(fù)雜立體式的地帶分布，其中綠洲是山盆系統(tǒng)中生產(chǎn)力最旺盛的地方。地理地貌上的差異、土壤物質(zhì)組成的不同及水土運(yùn)動(dòng)變化構(gòu)成了流域空間變異演化的基礎(chǔ)［3］?，敿{斯河流域是典型的山盆結(jié)構(gòu)，山區(qū)的河流流出山口后，在山前傾斜平原流速減慢，河流所攜帶的泥沙等逐級(jí)沉積，依次形成沖積洪積扇－泉水溢出帶－沖積平原－三角洲－湖濱平原－尾閭湖泊等地貌［4］。不同類型土壤的理化性質(zhì)和積鹽程度等均表現(xiàn)出明顯的差異，這些差異性決定了山盆系統(tǒng)不同地帶所分布的不同類型土壤及其相應(yīng)的自然生態(tài)特性［5］。土壤組合在沖積平原上多為荒漠森林土和草甸灰漠土；在河道兩岸的低洼地帶和流域下游的瑪納斯湖周圍由于積鹽作用強(qiáng)烈，分布著殘余鹽土、鹽化草甸土和沼澤土［6］。

本文以瑪納斯河流域中下游5種不同地貌花花柴群落下的土壤為研究對(duì)象，采用土壤常規(guī)離子測(cè)定和傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，對(duì)不同樣地各層土壤可溶性鹽離子的季節(jié)變化進(jìn)行分析，旨在探索不同地貌下土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律，為后期研究鹽漬化的成因和積聚原理提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

瑪納斯河流域位于新疆天山北麓中段，地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣。地理位置為東經(jīng)85°01′～86°32′，北緯43°27′～45°21′，流域總面積19800km2?，敿{斯河地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，氣候干燥，屬典型的大陸性干旱氣候區(qū)。發(fā)源于天山北麓依連哈比爾尕山，流向由南向北，河流全長(zhǎng)324km，多年平均徑流量為11．9億m3，是準(zhǔn)噶爾盆地南緣最大的一條融雪型山溪河流。流域多年平均氣溫為6℃～8℃，極端最高氣溫為42．8～43．1℃，極端最低氣溫為－43．1～－39．8℃；多年平均降水量為110～200 mm，主要集中在夏季，4～8月平均降水量占全年降水量55．5%～70．1%，年最小降水量為58．5～124．9mm；多年平均蒸發(fā)量為1600～2000mm，5～8月蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的65%～70%［7］。

1．2 樣地選擇與樣品的采集

從瑪納斯河的中游到下游按照不同的地貌位置，從南向北，依次選取5塊樣地，分別是位于泉水溢出帶的142團(tuán)，沖擊平原上部的141團(tuán)，沖擊平原下部的134團(tuán)，干三角的135團(tuán)，和位于河流下游荒漠地的136團(tuán)。樣地基本情況特征見(jiàn)表1。

表1 5塊樣地的生境概況Tab．1Habitats of five samples

土樣的采集：在2009年6月～9月生長(zhǎng)有花花柴的5塊樣地從地表往下按0～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm，80～100cm 5個(gè)層次用土鉆采集，每塊樣地梅花狀取土，重復(fù)5次，混合土樣300～400g，帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣自然風(fēng)干后分析各個(gè)土壤分層的特征指標(biāo)。

1．3 樣品分析

土壤樣品應(yīng)用烘干法測(cè)定含水量；采用電導(dǎo)率和PH儀測(cè)定土壤浸出液（是土壤和水份的比例，簡(jiǎn)寫為土水比）pH、電導(dǎo)率；土壤浸出液樣品中的陽(yáng)離子（Ca2＋、Mg2＋、Na＋、K＋）使用實(shí)驗(yàn)室美國(guó)熱電公司出品的Thermo iCAP6300電感耦合等離子體光譜儀測(cè)定。以上樣品理化性質(zhì)的測(cè)定均采用《土壤農(nóng)化分析》［8］中的有關(guān)方法。

1．4 數(shù)據(jù)處理

用Excel求平均值，方差等，利用SPSS17．0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)性和差異性。

2 結(jié)果與分析

2．1 土壤可溶性鹽中陽(yáng)離子含量及動(dòng)態(tài)變化

不同地貌部位的地形、土壤質(zhì)地、地下水位高度等明顯不同，與此相對(duì)應(yīng)的土壤含鹽量等差異也較大。對(duì)142、141、134、135、136共5種不同地貌花花柴群落下土壤陽(yáng)離子濃度進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果表明，5塊樣地各層土壤中陽(yáng)離子主要為Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋，5塊樣地土壤不同土層中陽(yáng)離子含量隨著季節(jié)出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果見(jiàn)圖1、2、3、4所示。

圖1 花花柴生長(zhǎng)期土壤中Na＋的含量變化Fig．1Contents of Na element change in growth period

圖2 花花柴生長(zhǎng)期土壤中K＋的含量變化Fig．2Contents of K element change in growth period

圖3 花花柴生長(zhǎng)期土壤中Ca2＋的含量變化Fig．3Contents of Ca element change in growth period

圖4 花花柴生長(zhǎng)期土壤中Mg2＋的含量變化Fig．4Contents of Mg2＋ element change in growth period

由圖1能夠看出142團(tuán)鈉離子含量在0～20 cm土層含量表現(xiàn)為先增高后減少的趨勢(shì)，20～100 cm含量在各月間變化幅度較?。?41團(tuán)鈉離子含量處于較低水平；134團(tuán)鈉離子在各土層中變化幅度最高，從地表0～20cm到地下80～100cm鈉離子含量有明顯降幅。但從月份變化上來(lái)看134樣地各層鈉離子含量表現(xiàn)為先增高后降低；135樣地鈉離子含量從地表往下逐層降低，80～100cm含量最低，變化較顯著；136樣地中鈉離子含量在五塊樣地中最低。

從圖2可以看出5塊樣地鉀離子含量在20～40cm深度均比0～20cm有明顯的降幅，然后隨著深度的加深鉀離子含量逐層降低。141團(tuán)和142團(tuán)各層鉀離子有相似變化，表聚現(xiàn)象明顯。

如圖3所示，136團(tuán)的Ca2＋含量最低。除136團(tuán)外，各塊樣地不同深度Ca2＋含量都變化較大。泉水溢出帶142團(tuán)的土壤Ca2＋含量明顯低于134團(tuán)。134團(tuán)鈣離子含量在6月份最高，隨著時(shí)間推移季節(jié)變化出現(xiàn)降低，在9月份有小幅回升。

由圖4可見(jiàn)，134團(tuán)6，7月份土壤Mg2＋含量顯著的高于其他四塊樣地，136團(tuán)最低。142團(tuán)土壤Mg2＋含量很少，僅比136稍高，隨時(shí)間無(wú)明顯變化。

2．2 土壤中陰離子含量及動(dòng)態(tài)變化

測(cè)定5塊樣地土壤陰離子濃度，結(jié)果如圖5、6、7所示，樣地各層土壤中均無(wú)CO32－，陰離子主要為與陽(yáng)離子相似不同土層中陰離子的含量也呈現(xiàn)出季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化。

圖5 花花柴生長(zhǎng)期土壤中HCO3－的含量變化Fig．5Contents of HC?eement change in growth period

圖6 花花柴生長(zhǎng)期土壤中Cl－的含量變化Fig．6Contents ofelement change in growth period

圖7 花花柴生長(zhǎng)期土壤中SO的含量變化Fig．7Contents of SOelement change in growth period

從圖5可以看出，HCO3－含量在5塊樣地中波動(dòng)性較大，但在各樣地中總含量均處于0．0181～0．0442g／kg之間。142團(tuán)表層 HCO3－含量較高，并出現(xiàn)明顯的鹽霜。134團(tuán)隨時(shí)間變化各土層無(wú)明顯變化。135團(tuán)8，9月份的底層80～100cm處HCO3－含量明顯升高，141，136各月份均為先升高后降低的趨勢(shì)。

由圖6可知，134團(tuán)Cl－含量顯著的高于其他4塊樣地，說(shuō)明位于沖擊平原的134團(tuán)是一個(gè)典型的氯鹽聚集區(qū)，141和135團(tuán)Cl－季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律基本一致，總體上表現(xiàn)為141團(tuán)Cl－含量大于135。142團(tuán)Cl－含量6、7、8，3個(gè)月在季節(jié)性和土壤分層上無(wú)明顯變化，136團(tuán)Cl－含量最低。

圖7可以看出，瑪納斯河流域中下游除尾閭荒漠沙丘外，都具有較高的SO含量。136團(tuán)SO含量最低，其他4塊樣地在6月份含量無(wú)明顯差異，7月份141和135團(tuán)SO含量變化平穩(wěn)，8月份134團(tuán)0～20cm土壤SO42－含量明顯升高，下層土壤趨于不變。9月份各樣地土壤SO含量變化最劇烈，樣地各土層含量表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)性。

2．3 不同地貌土壤中鹽離子濃度的差異性分析

為了解花花柴生長(zhǎng)的不同地貌土壤鹽分存在的差異性，對(duì)5塊樣地各層土壤相同月份離子濃度和相同離子不同月份內(nèi)濃度進(jìn)行差異顯著性分析，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 5塊樣地各層土壤對(duì)應(yīng)月份離子濃度的差異性分析Tab．2The difference test of every month of five plots

表3 5塊樣地不同土層土壤各可溶性離子間的差異性分析Tab．3The difference test of ions in five plots

由表2可知，在0～100cm土層中，6月到9月5塊樣地鹽離子含量都表現(xiàn)出極顯著差異，這是因?yàn)樵绱和寥赖姆e鹽使得瑪納斯河泉水溢出帶到干三角都有了明顯的鹽分積累，到了7、8月花花柴生長(zhǎng)期樣地植被覆蓋率低，土壤的蒸散使得下層鹽分向地表積聚，土壤含鹽量不斷增大。而136下游荒漠由于特殊的地理位置，土壤整體呈沙質(zhì)，蓄鹽能力差，鹽分下沉到地下底層，土壤含鹽量長(zhǎng)期穩(wěn)定，從而與其他樣地含鹽量相比，有了其極顯著的差異。

綜合分析表3可知，不同樣地各層土壤中K＋和HCO3－差異不顯著，Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42－的差異性極顯著，這是由不同地貌特殊的土壤構(gòu)成決定的。

3 討論

由于選取的樣地位于瑪納斯河流域中下游，從位于沖積扇扇緣泉水溢出帶的142團(tuán)到下游荒漠地136團(tuán)的地下水水位明顯降低。自然排水條件極差，在氣候干燥、強(qiáng)烈蒸發(fā)的環(huán)境條件下，土壤的水鹽動(dòng)態(tài)主要表現(xiàn)為顯著的垂直方向的運(yùn)動(dòng)特征。從不同樣地的總鹽含量來(lái)看，鈉離子和鉀離子含量占總鹽含量的絕大部分，陰離子主要是氯離子和硫酸根離子，這說(shuō)明荒漠土壤以一價(jià)的鈉、鉀離子循環(huán)為主，一價(jià)鈉和鉀離子在鹽分中占主導(dǎo)地位。與李玉義［9］等的研究結(jié)果一致。

干旱區(qū)土壤受自然地帶性分布規(guī)律的影響，由于地形的變化引起了地表水文狀況的重新分配，從而影響了土壤的形成和發(fā)育，這在瑪納斯河流域表現(xiàn)十分明顯［10］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步證明了瑪納斯河流域中下游不同地貌的土壤中含有不同種類的鹽份組成［11］，各鹽分組成之間離子的相互作用加之差異的氣候和地下水等影響表現(xiàn)出了不同樣地鹽離子含量的動(dòng)態(tài)變化。

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)合前期其他有關(guān)植物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)在土壤植被系統(tǒng)中，土壤和植被之間具有互動(dòng)效應(yīng)［12］，土壤為其上生長(zhǎng)的植物提供水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，其含量不僅影響植物的個(gè)體發(fā)育，更進(jìn)一步?jīng)Q定著植物群落的類型、分布和動(dòng)態(tài)，特別是在鹽漬化環(huán)境下，因其特殊的鹽分含量情況和地貌特征等原因，土壤含鹽量大、PH值高，進(jìn)而形成了鹽堿土上特殊的一類植被類型和群落分布，這與宋娟麗［13－14］等在其他類型土壤中所得結(jié)果相似。

無(wú)論是142團(tuán)還是135團(tuán)，各月份土層中鈉離子含量是最高。鉀鈣次之，鎂離子含量最少。其中142團(tuán)陽(yáng)離子的季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化幅度較大，且含量高于其他樣地。這說(shuō)明從瑪納斯河的泉水溢出帶到下游尾閭，越靠近尾閭土壤中陽(yáng)離子的變化幅度逐漸減小，陽(yáng)離子含量也在各土層中逐漸減小。比如136團(tuán)樣地中鈉鉀鈣鎂離子的含量都非常少。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，沿瑪河流域中游到下游，從北至南，即從沖積扇扇緣、沖積平原、干三角洲到盆地荒漠區(qū)，土壤鹽分表現(xiàn)為由高到低，其中鈉含量呈現(xiàn)典型下降趨勢(shì)，到沙漠區(qū)含量極低。鉀鈣鎂依次出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但在不同樣地的不同土層上有一定的波動(dòng)，具有空間異質(zhì)性特點(diǎn)。

從土壤分層來(lái)看，各個(gè)月份的土壤分層從上到下，隨著深度的逐漸加深鹽分隨之逐漸降低，說(shuō)明在自然狀況下土壤鹽分隨著水分的向上蒸發(fā)而逐漸向地表集聚，形成從下到上逐漸增高的趨勢(shì)，而136團(tuán)下游荒地的土壤鹽分極低，變化也同是從上到下逐漸減少，但減少的趨勢(shì)極為緩慢。

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