荒漠綠洲農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤環(huán)境的演變過(guò)程

王燕，趙哈林，董治寶，趙學(xué)勇，潘成臣

1. 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州730000；2. 中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100049

荒漠綠洲農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤環(huán)境的演變過(guò)程

王燕1,2，趙哈林1，董治寶1，趙學(xué)勇1，潘成臣1,2

1. 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州730000；2. 中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100049

土壤環(huán)境的鹽漬化演變過(guò)程是鹽漬化其它過(guò)程研究的基礎(chǔ)。采用空間代替時(shí)間的方法，在干旱綠洲區(qū)選擇大麥（Hordeum vulgare L.）作物地不同鹽漬化階段農(nóng)田為研究對(duì)象，并以非鹽漬化農(nóng)田作為對(duì)照，探討農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤理化特性的演變過(guò)程。結(jié)果表明，（1）隨鹽漬化程度的加劇，土壤顆粒組成發(fā)生變化，沙粒含量趨于增加，黏粒含量趨于減少，粉粒含量在重度和極重度鹽漬化階段完全消失。表土層土壤容重呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05），但土壤溫度沒(méi)有顯著性變化（P＞0.05）。（2）土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和速效氮含量呈波動(dòng)式降低趨勢(shì)，而速效磷含量呈波動(dòng)式增加的趨勢(shì)。與未鹽漬化農(nóng)田相比，輕度、中度、重度和極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層有機(jī)碳和全氮含量分別減少了14.03%、26.26%、42.01%、48.03%；19.08%、35.63%、46.84%、56.88%。（3）隨鹽漬化程度的加劇，鹽分表聚現(xiàn)象明顯，除HCO3-外，Na+、Cl-、K+、Mg2+、SO42-、全鹽含量均顯著增加（P＜0.05），且隨著深度的增加逐漸下降。與未鹽漬化農(nóng)田相比，輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤電導(dǎo)率、全鹽，SO42-，Na+含量分別增加了31.42%、74.42%、203.95%、693.58%，6.56%、96.38%、86.36%、414.86%，5.23%、114.58%、104.00%、430.32%，31.46%、145.22%、345.11%、1797.70%；HCO3-下降了-11.31%、2.02%、3.75%、10.94%。（4）土壤電導(dǎo)率、全鹽、SO42-、Ca2+、Cl-、Mg2+、K+、Na+之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），但與土壤含水量沒(méi)有顯著正負(fù)相關(guān)性，與黏粉粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），但與土壤含水量沒(méi)有顯著正負(fù)相關(guān)性，與土壤電導(dǎo)率、全鹽、SO42-、Ca2+、Cl-、Mg2+、K+、Na+之間呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。這說(shuō)明，在農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中，隨鹽漬化程度的加劇，土壤逐漸粗化，結(jié)構(gòu)趨于惡化；土壤碳、氮養(yǎng)分儲(chǔ)存和供應(yīng)水平趨于降低但土壤磷的變化不同；隨鹽漬化程度的加劇，更多鹽分往土壤表層聚集，土壤上下層之間的各鹽離子含量差異逐漸增加；土壤機(jī)械組成和土壤養(yǎng)分含量與土壤電導(dǎo)率、各鹽離子含量密切相關(guān)。

農(nóng)田；鹽漬化；土壤理化性質(zhì)；演變過(guò)程；綠洲

土壤是植物生長(zhǎng)和植被發(fā)育的基礎(chǔ)，它是植物根系分布和植物體固著的基質(zhì)。土壤具有吸收和保持水分的巨大容量，同時(shí)也儲(chǔ)藏著大量的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)養(yǎng)料，是一切植物生長(zhǎng)和地表植被發(fā)育所需養(yǎng)分的來(lái)源。

土壤鹽分升高是土壤鹽漬化的主要表征。鹽漬化對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在土壤質(zhì)量變劣、污染環(huán)境和生物群落的衰退。研究表明，鹽漬化的發(fā)生和發(fā)展導(dǎo)致土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)特征發(fā)生變化以及肥力水平的降低，甚至導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和生態(tài)服務(wù)功能完全喪失（魯春霞等，2001）。因此，闡述土壤環(huán)境的鹽漬化演變過(guò)程是鹽漬化其它過(guò)程研究的基礎(chǔ)。目前，關(guān)于鹽漬化對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究很多，主要集中在鹽漬化土壤的水分物理特性（郭麗俊等，2011）、土壤的分散性（閻順國(guó)等，1990；王蘋等，1997）、微量元素（左東峰，1992；楊莉琳等，2001），以及養(yǎng)分元素（Carter等，1979；Carter和Webster，1990；牛靈安等，2003；李秋玲等，2010）的變化等方面，這些研究工作初步揭示了鹽漬化土地的理化性質(zhì)狀況，然而對(duì)鹽漬化過(guò)程中土壤理化性質(zhì)演變的定量化研究較少。本文主要對(duì)農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤鹽分組成、機(jī)械組成、肥力（包括有機(jī)碳、全氮、速效氮、速效磷含量）的變化等方面進(jìn)行研究，分析農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤質(zhì)地、物理特性和養(yǎng)分含量變化特征，以期揭示農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤環(huán)境的變化規(guī)律，進(jìn)而為農(nóng)田鹽漬化的其他研究和鹽漬化土地的防治提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于甘肅省河西走廊中部的臨澤縣草地生態(tài)試驗(yàn)站，海拔1390 m，地理位置為100°02′（E），39°15′（N），面積280 hm2，屬典型的大陸性荒漠氣候類型。年均溫7.6 ℃，最高溫39.1 ℃（7月），最低溫-28 ℃（1月），年均風(fēng)速2.9 m·s-1，大于8級(jí)的大風(fēng)日數(shù)21.7 d，年降水量121.51 mm，7─9月降水量占全年降水量的64.7%；年蒸發(fā)量2337.6 mm，是降水量的20多倍；干燥度5.08，無(wú)霜期179 d。地下水埋深1.5～2.0 m，2 m表層水礦化度為2.68 g·L-1，100 m深層水礦化度為0.37 g·L-1。地帶性土壤屬灰棕漠土，表層為風(fēng)沙土，部分地段為鹽漬土，分布面積為200 hm2。從鹽分成分看，以硫酸鹽為主，SO42-約占離子總量的33%以上，Mg2+占25%，Na+占16%，此外含微量的CO32-與HCO3-。鹽分表聚強(qiáng)烈，是河西鹽漬化土壤的代表類型。

在水文地質(zhì)條件上，臨澤縣地處祁連山與合黎山的山前傾斜盆地，形成沖積、洪積地帶。盆地內(nèi)基巖構(gòu)造與風(fēng)化裂隙發(fā)達(dá)，促使祁連山的冰雪融水和降水滲人裂隙，匯集于溝谷、河床，排泄到?jīng)_積平原，以地表徑流及地下潛流和沿途滲漏等形式匯集到盆地，形成埋深達(dá)5～200 m的較豐富的地下水，甚至溢出地表成泉，有的地區(qū)由于壓差造成自噴。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于大麥（Hordeum vulgare L.）是河西走廊鹽漬化農(nóng)田的主要種植作物，因此選取大麥作物地為研究對(duì)象。在大麥作物地，鹽漬化處理由4個(gè)鹽漬化梯度構(gòu)成：輕度（S1）、中度（S2）、重度（S3）和極重度鹽漬化農(nóng)田（S4）。土壤孔隙電導(dǎo)率（ECp）值分別為2～4、4～8、8～16 dS·m-1、＞16 dS·m-1。未鹽漬化農(nóng)田被設(shè)置為對(duì)照處理（CK）。在2011年4月各梯度樣地被選定，選擇標(biāo)準(zhǔn)為作物出苗情況結(jié)合0～10 cm土層土壤孔隙電導(dǎo)率（ECp）。各鹽漬化梯度樣地隨機(jī)排列，每個(gè)梯度3塊重復(fù)樣地，共計(jì)15塊樣地。

1.3 土壤采樣及分析方法

試驗(yàn)于2011年5─9月進(jìn)行。大麥的播種量為3.75 kg·hm-2，播種期為2011年3月12日，收獲期7月22日。各梯度播前施磷酸二銨[(NH4)2HPO4中N和P]375 kg·hm-2，尿素[CO(NH2)2中N]75 kg·hm-2，播后4～8周，追施尿素[CO(NH2)2中N]300 kg·hm-2。苜蓿的播種量為5.25 kg·hm-2，播種期為2010年9月20日，2011年6月22日、7月14日和9月16日刈割3茬。各梯度播前施磷酸二銨[(NH4)2HPO4中N和P]225 kg·hm-2，尿素[CO(NH2)2中N]75 kg·hm-2。田間管理：與大田一致。在2010年11月，大麥和苜蓿地各梯度灌冬水100 m3·hm-2。2011年生長(zhǎng)季，大麥整個(gè)生育期灌水1次，灌水時(shí)間為5月下旬─6月上旬。苜蓿地整個(gè)生育期灌水4次，灌水時(shí)間分別為5月下旬─6月上旬、6月下旬─7月上旬、7月下旬─8月上旬和8月下旬─9月上旬。每次灌水100 m3·hm-2。

土壤采樣于2種作物成熟期（7月9─14日；9月14─19日（第三茬））進(jìn)行。在不同鹽漬化梯度的每塊樣地隨機(jī)設(shè)9個(gè)取樣點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)用土鉆分別取0～10，10～20，20～40 cm層土壤，分層混合在一起，在室內(nèi)將土壤樣品風(fēng)干，過(guò)2 mm篩，以待做土壤理化性狀的分析。在每個(gè)鹽漬化梯度上使用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，每個(gè)樣地5個(gè)重復(fù)；同時(shí)，用取土器分別取各層土壤，用高精度HH2Delta-T Devices Moisture Meter（英國(guó)）的WET Sensor土壤鹽分計(jì)采集各層土壤電導(dǎo)率和土壤溫度。土壤質(zhì)地的測(cè)定采用濕篩加吸管法。土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀及土壤中各層的全鹽、CaCO3、SO42-、Ca2+、Cl-、Mg2+、K+、Na+和HCO3-的測(cè)定方法為常規(guī)方法（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，1978）。

數(shù)據(jù)分析采樣SPSS 15.0分析軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽漬化階段農(nóng)田機(jī)械組成的變化

在農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中0～120 cm土層土壤機(jī)械組成的變化過(guò)程見表1。各樣地0.05～0.002 mm的土壤顆粒所占比重很大，均高于70%，即該區(qū)土壤機(jī)械組成以粉粒為主。隨著鹽漬化程度的加劇，土壤顆粒組成發(fā)生了明顯的變化。其中，沙粒含量趨于增多，黏粉粒含量減少。與未鹽漬化農(nóng)田相比，輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田的沙粒含量分別增加了2.76%、11.08%、18.91%、50.60%；粉粒含量分別減少了7.95%、1.36%、5.86%、6.78%，到重度鹽漬化階段黏粒完全消失。

表1 農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤機(jī)械組成的變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Table 1 Changes in soil texture in the process of farmland salinization(means ± standard error)

2.2 不同鹽漬化階段農(nóng)田土壤容重和土壤溫度的變化

從圖1中可知，隨鹽漬化程度的加劇，土壤表層0～10 cm土壤容重顯著增加。方差分析表明，未鹽漬化農(nóng)田、輕度分別與中度、極重度鹽漬化農(nóng)田，重度與極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層土壤容重之間差異顯著（P＜0.05）。從垂直方向看，極重度鹽漬化農(nóng)田土壤上下層之間土壤容重差異顯著（P＜0.05），而輕度、中度、重度鹽漬化農(nóng)田土壤上下層之間土壤容重差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 不同鹽漬化程度農(nóng)田土壤容重的變化Fig. 1 The change of soil bulk density in the process of farmland salinization

表2 農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤溫度的變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Table 2 Change in soil temperature in the process of farmland salinization(means ± standard error)

隨鹽漬化程度的加劇，土壤溫度呈波動(dòng)式變化（表2）。未鹽漬化農(nóng)田0～120 cm平均土壤溫度和表土層5 cm處土壤溫度分別為23.59 ℃、24.59 ℃。輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田0～120 cm平均土壤溫度分別比未鹽漬化農(nóng)田增加了-7.22%、8.02%、0.16%、-3.79%，輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田表土層5 cm處的土壤溫度分別比未鹽漬化農(nóng)田增加了-12.37%、0.58%、-2.75%、-1.33%。中度鹽漬化農(nóng)田階段土壤溫度增溫最高。方差分析表明，土壤各層不同鹽漬化程度農(nóng)田之間土壤溫度差異不顯著（P＞0.05）。從層間差異來(lái)看，極重度鹽漬化農(nóng)田土壤上下層土壤溫度差異最大，上層比下層高4.53%。但方差分析表明，不同鹽漬化階段土壤各層土壤溫度之間差異不顯著（P＞0.05）。

2.3 不同鹽漬化階段農(nóng)田土壤養(yǎng)分的變化

2.3.1 土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和全鉀

圖2 農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和全鉀的變化Fig. 2 Changes in soil organic carbon, total nitrogen, total phosphorus and total potassium in the process of farmland salinization

隨鹽漬化程度的加劇，各層土壤有機(jī)碳含量呈波動(dòng)式降低趨勢(shì)（圖2A）。未鹽漬化農(nóng)田土壤表層（0～10 cm）和亞表層（10～20 cm）的有機(jī)碳含量分別為15.84、10.45 g·kg-1。與未鹽漬化農(nóng)田相比，輕度、中度、重度和極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層有機(jī)碳含量分別減少了14.03%、26.26%、42.01%、48.03%；輕度、中度、重度和極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層有機(jī)質(zhì)含量分別減少了-55.57%、-3.88%、19.18%、30.44%。未鹽漬化農(nóng)田分別與重度、極重度鹽漬化農(nóng)田，輕度、極重度鹽漬化農(nóng)田之間土壤表層有機(jī)碳含量差異顯著（P＜0.05）。輕度分別與未鹽漬化農(nóng)田、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田之間土壤下層有機(jī)碳含量差異顯著（P＜0.05），其他階段之間土壤下層有機(jī)碳含量差異不顯著（P＞0.05）。從層間差異看，極重度鹽漬化農(nóng)田土壤上下層有機(jī)碳含量差異顯著（P＜0.05），其他階段土壤上下層有機(jī)碳含量差異不顯著（P＞0.05）。

隨著鹽漬化程度的加劇，土壤全氮呈波動(dòng)式遞減趨勢(shì)（圖2B）。未鹽漬化農(nóng)田土壤表層（0～10 cm）的全氮含量為1.08 g·kg-1，亞表層（10～20 cm）為0.63 g·kg-1。輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層全氮含量分別比未鹽漬化農(nóng)田下降了19.08%、35.63%、46.84%、56.88%；輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層全氮含量分別比未鹽漬化農(nóng)田下降了-50.93%、-4.37%、10.34%、37.45%。方差分析表明，未鹽漬化農(nóng)田分別與重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層全氮含量差異顯著（P＜0.05）。輕度分別與未鹽漬化農(nóng)田、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層全氮含量差異顯著（P＜0.05）。從層間差異看，極重度化土壤上下層土壤氮含量差異顯著（P＜0.05），其他階段土壤上下層土壤氮含量差異不顯著（P＞0.05）。

隨著鹽漬化程度的加劇，土壤全磷、全鉀呈遞減趨勢(shì)（圖2C-D）。未鹽漬化農(nóng)田土壤表層（0～10 cm）的全磷和全鉀含量為1.45 g·kg-1、12.67 g·kg-1，土壤亞表層（10～20 cm）的全磷和全鉀含量為1.39 g·kg-1、13.00 g·kg-1。輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層的全磷和全鉀含量分別比未鹽漬化農(nóng)田土壤下降了-7.13%、11.72%、7.82%、1.84%，-2.63%、2.63%、5.27%、13.16%；輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層的全磷和全鉀含量分別比未鹽漬化農(nóng)田土壤下降了-15.34%、7.39%、5.01%、7.63%，0.00%、12.82%、5.13%、15.39%。輕度鹽漬化農(nóng)田土壤表層全磷、全鉀含量顯著高于中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤（P＜0.05）；未鹽漬化農(nóng)田、輕度，中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層全磷、全鉀含量差異不顯著（P＞0.05）。從層間差異來(lái)看，重度鹽漬化農(nóng)田階段土壤上下層全磷含量差異顯著（P＜0.05），而未鹽漬化農(nóng)田、輕度、中度、極重度鹽漬化農(nóng)田階段土壤上下層全磷含量差異不顯著（P＞0.05）。未鹽漬化農(nóng)田、輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田階段土壤上下層全鉀含量差異不顯著（P＞0.05）。

2.3.2 土壤速效養(yǎng)分

隨著鹽漬化程度的加劇，土壤速效氮呈波動(dòng)式遞減的趨勢(shì)（圖3A）。未鹽漬化農(nóng)田土壤表層（0～10 cm）的速效氮含量為63.76 g·kg-1，亞表層（10～20 cm）的速效氮含量為44.43 g·kg-1。輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層的速效氮含量分別比未鹽漬化農(nóng)田下降了9.67%、26.88%、40.74%、66.23%；輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層的速效氮含量分別比未鹽漬化農(nóng)田下降了-54.34%、15.51%、18.21%、55.77%。方差分析表明，未鹽漬化農(nóng)田、輕度、中度，輕度、中度、重度化及重度、極重度鹽漬化農(nóng)田之間土壤表層速效氮含量差異不顯著（P＞0.05），未鹽漬化農(nóng)田、中度、重度鹽漬化，中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田之間土壤亞表層速效氮含量差異不顯著（P＞0.05），其他階段間土壤亞表層速效氮含量差異均顯著（P＜0.05）。從層間差異來(lái)看，未鹽漬化農(nóng)田、重度鹽漬化農(nóng)田階段土壤上下層速效氮的差異顯著（P＜0.05）。

隨鹽漬化程度的加劇，土壤速效磷呈波動(dòng)式增加的趨勢(shì)（圖3B）。未鹽漬化農(nóng)田土壤表層（0～10 cm）的速效磷含量為12.41 g·kg-1，亞表層（10～20 cm）的速效磷含量為3.02 g·kg-1。輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層的速效磷含量分別比未鹽漬化農(nóng)田增加了55.69%、-39.38%、-8.62%、194.77%；輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層的速效磷含量分別比未鹽漬化農(nóng)田增加了241.77%、8.86%、15.19%、440.51%。方差分析表明，未鹽漬化農(nóng)田、輕度、中度、重度鹽漬化，輕度、極重度鹽漬化農(nóng)田之間土壤表層速效磷含量差異不顯著（P＞0.05），輕度與未鹽漬化農(nóng)田、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田之間土壤亞表層速效磷含量差異顯著（P＜0.05）。從層間差異來(lái)看，未鹽漬化農(nóng)田、輕度鹽漬化農(nóng)田階段土壤上下層速效磷的差異不顯著（P＞0.05），而中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤上下層速效磷差異顯著（P＜0.05）。

隨鹽漬化程度的加劇，土壤速效鉀呈波動(dòng)式增加的趨勢(shì)（圖3C）。未鹽漬化農(nóng)田土壤表層（0～10 cm）的速效鉀含量為200.00 g·kg-1，亞表層（10～20 cm）的速效磷含量為246.67 g·kg-1。輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層的速效鉀含量分別比未鹽漬化農(nóng)田增加了13.33%、108.33%、123.33%、290.00%；輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層的速效磷含量分別比未鹽漬化農(nóng)田增加了-10.81%、52.70%、59.46%、101.35%。方差分析表明，未鹽漬化農(nóng)田、輕度鹽漬化，中度、重度鹽漬化農(nóng)田土壤表層速效鉀含量差異不顯著（P＞0.05）。未鹽漬化農(nóng)田、輕度、中度鹽漬化，未鹽漬化農(nóng)田、中度、重度鹽漬化，中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤亞表層速效鉀含量差異不顯著（P＞0.05）。從層間差異來(lái)看，未鹽漬化農(nóng)田、重度鹽漬化農(nóng)田階段土壤上下層速效鉀的差異顯著（P＜0.05），而輕度、中度、極重度鹽漬化農(nóng)田階段土壤上下層速效鉀含量沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。

2.4 不同鹽漬化階段農(nóng)田土壤離子組成的變化

如表3所示，不同鹽漬化程度農(nóng)田土壤陰離子均以SO42-含量最高，其次是Cl-、HCO3-，陽(yáng)離子以Na+含量最高，其次是Ca2+、Mg2+，K+含量最低。從垂直剖面看，各離子在0～120 cm土層隨著深度的增加而降低。隨鹽漬化程度的加劇，除HCO3-外，Na+、Cl-、K+、Mg2+、Ca2+、SO42-含量均顯著增加。土壤EC、TS含量的變化規(guī)律與主要離子的變化規(guī)律一致。

與未鹽漬化農(nóng)田相比，輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤0～120 cm土壤EC分別增加了31.42%、74.42%、203.95%、693.58%，TS含量分別增加了6.56%、96.38%、86.36%、414.86%。主要陰離子SO42-分別增加了5.23%、114.58%、104.00%、430.32%，主要陽(yáng)離子Na+分別增加了31.46%、145.22%、345.11%、1797.70%，Cl-、K+、Mg2+、Ca2+也表現(xiàn)出不同程度的增加。而HCO3-卻沒(méi)表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，與未鹽漬化農(nóng)田相比，輕度、中度、重度、極重度鹽漬化農(nóng)田土壤HCO3-分別下降了-11.31%、2.02%、3.75%、10.94%。

對(duì)比各鹽漬化階段農(nóng)田不同土層的土壤EC、TS含量以及各離子含量的變化可知，在未鹽漬化階段，上下層之間含量差異較小，隨著鹽漬化的加劇，這種層次之間的含量差異逐漸增加，更多鹽分往土壤表層聚集。

表3 農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中的離子組成(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Table 3 The main ion component of soil in different soil layers in the process of farmland salinization (means ± standard error)

2.5 土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

土壤電導(dǎo)率、全鹽、SO42-、Ca2+、Cl-、Mg2+、K+、Na+之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），但與土壤含水量沒(méi)有顯著正負(fù)相關(guān)性，與黏粉粒呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），但與土壤含水量沒(méi)有顯著正負(fù)相關(guān)性，與土壤容重、黏粉含量之間沒(méi)有顯著相關(guān)性，與土壤電導(dǎo)率、全鹽、SO42-、Ca2+、Cl-、Mg2+、K+、Na+之間呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）（表4）。

3 討論

3.1 農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤物理性質(zhì)的變化

農(nóng)田鹽漬化影響土地生產(chǎn)力的一個(gè)很重要的因素就是物理性質(zhì)差。在農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中發(fā)生變化的一個(gè)重要土壤物理性質(zhì)就是土壤質(zhì)地。土壤質(zhì)地又稱土壤機(jī)械組成或顆粒組成，是指土壤不同粒徑土壤顆粒的構(gòu)成關(guān)系。土壤質(zhì)地是決定土壤黏結(jié)性、容重、孔隙度等特性的重要因素，對(duì)于維系土壤的穩(wěn)定性、肥力大小和有效性都有重要作用。本研究結(jié)果表明，隨著鹽漬化的加劇，作物覆蓋降低，使地表裸露增加，在風(fēng)蝕水蝕的共同作用下，粘粒減少，砂粒增加，導(dǎo)致土壤的粗化。土壤粗化以后，土壤的蓄水保肥能力下降。土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)是土壤容重、孔隙度的決定性因素。有研究表明當(dāng)土壤發(fā)生粗化時(shí)，土壤容重一般會(huì)增加(紅梅等，2004；張芳等，2009；趙哈林等，2012)，這與本研究的結(jié)果一致。

3.2 農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤肥力的變化

農(nóng)田鹽漬化導(dǎo)致土壤肥力的變化。土壤碳、氮和磷是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組分。它們的變化對(duì)土壤肥力以及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的指示作用，而且土壤碳、氮的變化與大氣CO2、N2O的變化以及全球變暖密切相關(guān)(Feng等，2002)。然而隨著農(nóng)田鹽漬化的加劇，碳、氮和磷的變化規(guī)律卻不相同。

土壤有機(jī)碳是陸地生物生物地球化學(xué)循環(huán)的主要成分之一，也是影響土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子之一，是指示土壤健康的關(guān)鍵指標(biāo)(王東波和陳麗，2006)。土壤有機(jī)碳是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組分，而土壤有機(jī)質(zhì)在改善土壤的理化性狀，促進(jìn)土壤生物活動(dòng)，提高土壤的保肥力和緩沖性方面發(fā)揮重要作用（Tejada等，2006）。土壤有機(jī)質(zhì)又是土壤養(yǎng)分的源與庫(kù)，具有活化土壤礦質(zhì)元素的作用（楊明等，2013）。對(duì)鹽漬土而言，有機(jī)質(zhì)又是其改良的一種基礎(chǔ)物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量高，既有利于鹽分的下淋，又可以堵住鹽分的上升（田忠孝和曹季江，1993；牛靈安等，2003）。氮是植物生殖的重要營(yíng)養(yǎng)元素之一，是影響植物生長(zhǎng)和生產(chǎn)力的首要素。土壤氮大部分（＞95%）存在于土壤有機(jī)質(zhì)中，僅有1%～2%以無(wú)機(jī)形態(tài)存在，而這部分容易被植物吸收利用。在自然植被下，土壤中的氮素主要來(lái)源于土壤有機(jī)質(zhì)，因此隨著鹽漬化過(guò)程中土壤有機(jī)質(zhì)的丟失土壤氮素也會(huì)受到影響。

表4 農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中表層(0～40 cm)土壤理化因子之間的相關(guān)分析Table 4 Relationship between soil physic-chemical properties in the process of farmland salinization

隨著鹽漬化的加劇，農(nóng)田作物覆蓋降低，地表裸露，凋落物的輸入減少，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量的減少（Jobbagy和Jackson，2000；Carrera等，2009）。土壤碳和氮是緊密聯(lián)系在一起的（Macedo等，2006），其中之一發(fā)生變化必然引起另一個(gè)的變化，因此，農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤氮素的變化與土壤有機(jī)碳的變化是相似的。

磷作為植物生長(zhǎng)的必需元素之一，對(duì)植物的健康生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝都有重要的作用，但在土壤中易被固定，所以，利用率低。因此，土壤磷素的供應(yīng)直接影響植物生長(zhǎng)，然而，土壤速效磷含量一直是判斷土壤磷素豐缺的主要依據(jù)，土壤PH值和CaCO3是影響速效磷最主要的因素。有研究表明大多數(shù)鹽堿地對(duì)磷的供應(yīng)是足量的（Chhabra，1985），本研究對(duì)全磷的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著鹽漬化的加劇，土壤全磷沒(méi)有顯著性變化，因此，全磷對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響較小。土壤速效磷卻隨著鹽漬化的加劇呈增加的趨勢(shì)，這與Gupta等（1990）的研究結(jié)果一致。土壤速效磷與土壤電導(dǎo)率呈正相關(guān)的原因主要有：（1）土壤中較高的Na+容易形成更多的可溶性Na3PO4，從而使速效磷含量增加。本文的研究結(jié)果表明，隨著鹽漬化的加劇，土壤中Na+含量顯著增加（表3），因此，可以形成更多的Na3PO4，從而增加速效磷的含量；（2）土壤中CaCO3含量的增加可以大大降低速效磷的含量。本文的研究結(jié)果表明土壤中CaCO3含量隨著鹽漬化的加劇逐漸降低。可能是這兩方面的綜合主要導(dǎo)致土壤速效磷含量的增加。

4 結(jié)論

（1）隨著農(nóng)田鹽漬化程度的加劇，土壤顆粒組成發(fā)生變化，沙粒含量趨于增加，黏粒含量趨于減少，粉粒含量在重度和極重度鹽漬化階段完全消失。

（2）隨著農(nóng)田鹽漬化程度的加劇，表土層土壤容重顯著增加，但在這一過(guò)程中，土壤溫度沒(méi)有顯著性變化。

（3）隨著農(nóng)田鹽漬化程度的加劇，土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮含量下降，全磷沒(méi)有顯著性變化，而速效磷含量顯著增加。

（4）隨農(nóng)田鹽漬化程度的加劇，鹽分表聚現(xiàn)象明顯，除HCO3-外，Na+、Cl-、K+、Mg2+、SO42-、全鹽含量均顯著增加。各離子含量隨深度的增加逐漸下降，在未鹽漬化階段，上下層之間含量差異較小，隨著鹽漬化的加劇，這種層次之間的含量差異逐漸增加，更多鹽分往土壤表層聚集。

（5）分析表明，在農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中，土壤黏粉粒和土壤養(yǎng)分含量與土壤電導(dǎo)率、各鹽離子含量密切相關(guān)。

CARRERA A L, MAZZARINO M J, BERTILLER M B, et al. 2009. Plant impacts on nitrogen and carbon cycling in the Monte Phytogeographical Province, Argentina[J]. Journal of Arid Environments, 72: 192-201.

CARTER M R, WEBSTER G R. 1990. Use of calcium-to-total cation ratio as an index of plant-available calcium[J]. Soil Science, 149: 212-217.

CARTER M R, WEBSTER G R, CAIMS R R. 1979. Calcium deficiency in some solonetzic soils of Alberta[J]. Journal of Soil Science, 30: 161-174.

CHHABRA R. 1985. Crop response to phosphorus and potassium fertilization of a sodic soil[J]. Agronomy Journal, 77(5): 699-702.

FENG Q, ENDO K N, CHENG G D. 2002. Soil carbon in desertified land in relation to site characteristics[J]. Geoderma, 106: 21-43.

GUPTA R K, ABROL I P, 1990. Salt-affected soils: their reclamation and management for crop production[J]. Advances in Soil Science, 11: 223-288.

JOBBAGY E G, JACKSON R B. 2000. The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation[J]. Ecological Applications, 10: 423-436.

TEJADA M, GARCIA C, GONZALEZ J L, HERNANDEZ M T. 2006. Use of organic amendment as a strategy for saline soil remediation: influence on the physical, chemical and biological properties of soil [J]. Soil Biology and Biochemistry, 38: 1413-1421.

MACEDO M O, SABY N, WALER C, et al. 2006. Changes in soil C and N stocks and nutrient dymatics 13 years after recovery of degraded land using leguminous nitrogen-fixing trees[J]. Forest Ecology and Management, 255(5-6): 1516-1524.

郭麗俊, 李毅, 李敏, 等. 2011. 鹽漬化農(nóng)田土壤斥水性與理化性質(zhì)的空間變異性[J]. 土壤學(xué)報(bào), 48(2): 277-284.

紅梅, 韓國(guó)棟, 趙萌莉, 等. 2004. 放牧強(qiáng)度對(duì)渾善達(dá)克沙地土壤物理性質(zhì)的影響[J]. 草業(yè)科學(xué), 21(12): 108-111.

李秋玲, 姚文超, 郭孝. 2010. 混合堿茅在河南省中度鹽漬土土壤中改良效果的研究[J]. 家畜生態(tài)學(xué)報(bào), 31(3): 66-68.

魯春霞, 于云江, 關(guān)有志. 2001. 甘肅省土壤鹽漬化及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的損害評(píng)估[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 10(1): 99-102.

牛靈安, 赫晉珉, 張寶忠, 等. 2003. 鹽漬化改造區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)變化與培肥系統(tǒng)研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 8(增刊): 26-30.

田忠孝, 曹季江. 1993. 有機(jī)質(zhì)改良鹽堿土的初步研究[J]. 土壤肥料, (1): 16-19.

王東波, 陳麗. 2006. 放牧對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 科技與經(jīng)濟(jì), (10): 105-106.

王蘋, 李建東, 歐勇玲. 1997. 松嫩平原鹽堿化草地星星草的適應(yīng)性及耐鹽生理特性研究[J]. 草地學(xué)報(bào), 5(2): 80-84.

閻順國(guó), 郭樹林, 朱興運(yùn). 1990. 堿茅草對(duì)河西鹽漬化土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 草業(yè)科學(xué), 7(3): 26-29.

楊莉琳, 李金海. 2001. 我國(guó)鹽漬化土壤的營(yíng)養(yǎng)與施肥效應(yīng)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)報(bào), 9(2): 79-81.

楊明, 孫毅, 高玉山, 等. 2013. 有機(jī)肥對(duì)蘇打鹽堿土的改良效果研究[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué), 38(3): 43-46.

張芳, 王濤, 薛嫻, 等. 2009. 不同沙漠化程度高寒草甸的土壤理化性質(zhì)特征[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 23(8): 155-159.

趙哈林, 周瑞蓮, 趙學(xué)勇, 等. 2012. 呼倫貝爾沙質(zhì)草地土壤理化特性的沙漠化演變規(guī)律及機(jī)制[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 21(2): 1-7.

中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所. 1978. 土壤理化分析[M]. 上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版社: 25-29.

左東峰. 1992. 鹽漬土冬小麥葉面噴施硼鋅鐵肥優(yōu)化配比及增產(chǎn)效應(yīng)研究[J]. 北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 18(3): 293-297.

Change of Soil Physico-chemical Characteristics in Farmland Salinization in Arid Oasis

WANG Yan1,2, ZHAO Halin1, DONG Zhibao1, ZHAO Xueyong1, PAN Chengchen1,2

1. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 2. Graduate University, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

The study on development process of soil environment salinization is a basis for studies of other processes in salinization. In this paper, by using the method of replacing time with space, soil physico-chemical characteristics in the process of farmland salinization (from non-saline (CK), to lightly, moderately, heavily and to severely salinized Hordeum vulgare L. grown field) were investigated in an arid oasis in northern China. The results showed that: (1) With an increase in salinity, the content of clay decreased, but soil bulk density in surface layer presented a increasing trend (P＜0.05). As for soil temperature, no significant change was found among the five stages (P＞0.05). (2) Soil organic carbon (C), total nitrogen (N), total phosphorus (P) and available N concentrations decreased significantly with an increase in salinity, while available phosphorus (P) concentration increased significantly. Compared to the non-saline field, soil organic C and total N in lightly, moderately, heavily, severely salinized field decreased by 14.02%, 26.26%, 41.98%, 48.04% and 19.08%, 35.63%, 46.84%, 56.88%. (3) With an increase in salinity, more and more salts accumulated in surface layer. Except HCO3-, all the salt ions increased significantly with an increase in salinity (P＜0.05), and decreased significantly with an increase in depth. Compared to the non-saline field, soil EC, total salts, SO42-, Na+in lightly, moderately, heavily, severely salinized field increased by 31.42%, 74.42%, 203.95%, 693.58%; 6.56%, 96.38%, 86.36%, 414.86%; 5.23%, 114.58%, 104.00%, 430.32%; 31.46%, 145.22%, 345.11%, 1797.70%; HCO3-decreased by -11.31%、2.02%、3.75%、10.94%. (4) Analysis showed that there were very significant positive correlation among soil EC, TS, SO42-, Ca2+, Cl-, Mg2+, K+and Na+(P＜0.01), but they were significantly negatively correlated with fine particle content (P＜0.05). Analysis also showed that there were very significant positive correlation among soil organic C, total N and available N (P＜0.01), but they were very significantly negatively correlated with soil EC, TS, SO42-, Ca2+, Cl-, Mg2+and K+as well as Na+(P＜0.01). As a whole, in the process of farmland salinization, soil particle composition presented a coarsening trend, soil structure became deteriorating with an increase in salinity; the storage and supply of soil organic C, total N and available N decreased gradually, but the change of soil phosphorus (P) was different; with an increase in salinity, more and more salts accumulated in surface layer, the difference of the salt ions concentrations between the upper and lower layers increased gradually; soil particle composition and soil nutrient content had significant correlation with soil EC and salt ions concentrations.

farmland; salinization; soil physico-chemical characteristic; change process; oasis

S156.4

A

1674-5906（2014）11-1744-08

王燕，趙哈林，董治寶，趙學(xué)勇，潘成臣. 荒漠綠洲農(nóng)田鹽漬化過(guò)程中土壤環(huán)境的演變過(guò)程[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(11): 1744-1751.

WANG Yan, ZHAO Halin, DONG Zhibao, ZHAO Xueyong, PAN Chengchen. Change of Soil Physico-chemical Characteristics in Farmland Salinization in Arid Oasis [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(11): 1744-1751.

國(guó)家“973”項(xiàng)目（2009CB421303）；國(guó)家自然科學(xué)基礎(chǔ)項(xiàng)目（30972422）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAC07B02-06）

王燕（1983年生），女，博士，主要從事生態(tài)恢復(fù)和土壤鹽漬化等研究。E-mail: gaotian1978@163.com

2014-05-16