新疆瑪納斯流域非農(nóng)業(yè)種植地鹽堿性空間變異特征

魏 陽,丁建麗,王 飛,鄒 杰,蔡亮紅

新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046

新疆瑪納斯流域非農(nóng)業(yè)種植地鹽堿性空間變異特征

魏 陽,丁建麗*,王 飛,鄒 杰,蔡亮紅

新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830046

土壤鹽漬化是導(dǎo)致干旱區(qū)土地退化的主要原因之一,也是影響干旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境改善的基本問題。充分挖掘不同分類體系下鹽漬土空間變異性可以為實(shí)施開墾或恢復(fù)生態(tài)措施提供科學(xué)依據(jù)。以干旱區(qū)開墾近50a的瑪納斯流域?yàn)檠芯繀^(qū),在不同分類體系下,以土壤鹽度,pH值,離子類型為指標(biāo),分析該區(qū)域非農(nóng)業(yè)種植地(棄耕地,鹽堿地,裸地,沙地)鹽漬土類型的空間分布特征。結(jié)果表明：(1)研究區(qū)68%的樣本屬于非鹽漬化,不同類型的鹽漬土主要以鏈狀分布于泉水溢出帶-沖積平原-干三角洲地帶,由南向北,區(qū)域整體鹽分大致遵循先升高后降低再升高趨勢,半方差函數(shù)分析土壤鹽分呈現(xiàn)弱變異,說明這種分布情況是受隨機(jī)(人為)因素的影響;而pH整體由南向北遞增,傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析結(jié)果都表明土壤堿化呈現(xiàn)中等變異,受結(jié)構(gòu)(自然)因素和隨機(jī)(人為)因素的共同影響。表層土壤除在溢出帶為氯化物型鹽漬土外,其他地區(qū)自南向北由硫酸-氯化物型逐漸變?yōu)槁然?硫酸鹽型和硫酸鹽土、蘇打鹽土,離子的半方差函數(shù)擬合模型結(jié)果均是弱變異和中等變異,與美國鹽度實(shí)驗(yàn)室分類體系的變異性結(jié)果相同,此類分布特征也是結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素共同作用的結(jié)果。(2)分析五種典型地貌的鹽漬土分布,方差分析結(jié)果表明,5種地貌類型均呈現(xiàn)鹽分表聚特征,堿化度則由南向北遞增;其中鹽堿特征最為顯著的是泉水溢出帶。泉水溢出帶的鹽土垂直方向的變化趨勢為由表層至深層,鹽土類型由硫酸-氯化物鹽土變?yōu)槁然}土;沖積平原和干三角洲樣點(diǎn)處全剖面為氯化物-硫酸鹽土,沖積洪積扇和沙漠地區(qū)則包含所有陰離子鹽土類型。對瑪納斯流域鹽漬土特性的空間異質(zhì)性進(jìn)行分析,可以為下一步有針對性地治理與改善土壤鹽漬化提供科學(xué)依據(jù)。

土壤鹽度;土壤堿性;鹽土類型;空間變異

大陸性干旱氣候的顯著特點(diǎn)(降雨稀少和蒸發(fā)強(qiáng)烈)使得干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境變得脆弱和敏感。隨著人類活動的加強(qiáng),土地退化、沙漠化、湖泊萎縮、濕地退化等生態(tài)惡化現(xiàn)象頻頻出現(xiàn),由此引起的環(huán)境演變得到廣泛關(guān)注。土壤鹽漬化是干旱區(qū)典型的環(huán)境問題,新疆地處中國西北干旱區(qū),地形封閉,母質(zhì)含鹽較高,已有31.1%的耕地呈現(xiàn)出鹽漬化特征[1],同時(shí)人為的重用輕養(yǎng),使得全區(qū)出現(xiàn)較多的中低產(chǎn)田和棄耕地[2],這種普遍的、嚴(yán)重的土壤退化現(xiàn)象制約了綠洲農(nóng)業(yè)的發(fā)展。20世紀(jì)50年代至今,土地資源和水資源的不合理利用導(dǎo)致的土壤鹽漬化問題一直是該區(qū)的研究熱點(diǎn)[3- 4]。

瑪納斯河流域作為新疆最大的綠洲農(nóng)耕區(qū),土壤鹽漬化研究對本地具有生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙重意義。諸多學(xué)者對瑪納斯河流域的土壤鹽分的空間變化進(jìn)行了研究,研究區(qū)集中于農(nóng)田[5],沙地[6],棄耕地[7],鹽堿地[8]等,研究內(nèi)容主要涉及不同地類的土壤鹽分含量、水鹽運(yùn)動及其空間變異特征,但這些研究多集中于田間尺度。據(jù)李均力等[9]的研究,瑪納斯流域耕地繼續(xù)擴(kuò)張的潛力已經(jīng)接近飽和,耕地?cái)U(kuò)張的重心逐漸由城市周邊轉(zhuǎn)向非農(nóng)業(yè)種植地(棄耕地,鹽堿地,裸地和沙地)。而這些區(qū)域鹽漬土類型及其空間變異性研究還較少,若任其發(fā)展,本地的生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會受到進(jìn)一步制約。

未來土地資源的開發(fā)與利用焦點(diǎn)均在未利用地的改良與治理方面。新疆是世界鹽漬土的博物館,由于獨(dú)特的自然地理位置和干旱的氣候條件,未利用地中鹽漬土比例最大,還有因開發(fā)治理不當(dāng)導(dǎo)致的土壤次生鹽漬化現(xiàn)象,根據(jù)國內(nèi)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策和現(xiàn)今已有的鹽漬土改良與治理研究成果,這些鹽漬土都是本區(qū)可利用的豐富后備土地資源。新時(shí)代“一帶一路”背景下的發(fā)展要求有足夠的后備土地空間以支持本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展,因此,選擇研究非農(nóng)用種植地鹽漬土類型分布格局可以為鹽漬化治理和預(yù)防提供參考依據(jù),為土地資源的儲備提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

世界各國鹽漬土的形成條件、主要類型和鹽堿特性具有地域性差異,因此分類標(biāo)準(zhǔn)也不完全一致。目前世界鹽漬土劃分研究普遍采用的是美國鹽度實(shí)驗(yàn)室(The USDA Soil Salinity Laboratory)[10]和俄羅斯學(xué)者Plyusnin和Sokolov[11]離子劃分標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分鹽漬土類型。這兩種分類體系因其分類依據(jù)不同,一個(gè)宏觀一個(gè)微觀,在干旱區(qū)內(nèi)陸河流域研究中復(fù)合使用可以起到信息互補(bǔ)的作用。本文在以上兩種分類標(biāo)準(zhǔn)下,以瑪納斯流域?yàn)檠芯繀^(qū),采用半方差函數(shù)模型和單因素方差分析的方法研究非農(nóng)業(yè)種植地典型地貌樣點(diǎn)剖面的鹽漬土空間變異特征,為后續(xù)因地制宜地進(jìn)行鹽漬土生物改良[8,12],提高墾區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水資源的利用率和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)及持續(xù)性發(fā)展提供開墾和管理依據(jù)。

1 研究區(qū)

研究區(qū)位于瑪納斯流域(44°23′21″—45°13′49″N,85°12′24″—86°33′43″E),此流域自20世紀(jì)50年代開發(fā)至今,新修建灌渠和水庫,綠洲面積不斷擴(kuò)張,現(xiàn)已成為新疆開墾面積最大的人工綠洲,同時(shí)也是中國第4大灌溉農(nóng)業(yè)區(qū),是自治區(qū)最為重要的糧、棉、糖生產(chǎn)基地之一[13]。瑪納斯流域位于新疆天山北麓,比鄰準(zhǔn)噶爾盆地南緣,地勢南高北低。該區(qū)域?yàn)榈湫偷纳脚杞Y(jié)構(gòu),由南向北,依次形成沖積洪積扇、沖積平原、泉水溢出帶、干三角洲、沙漠等地貌特征?，敿{斯河是干旱區(qū)內(nèi)陸河,本區(qū)是典型的大陸性干旱氣候,年平均氣溫6.8℃,年平均降水量和潛在蒸發(fā)量分別為170 mm和1800 mm,不同地貌區(qū)域氣候特征各有不同[14]。土壤受地貌、氣候、水文條件、植被及人為影響,類型多樣,空間分布不均勻。土壤質(zhì)地為沙土,沙壤土和中壤土。即自上游到下游,土壤質(zhì)地由粗變細(xì),地下水位由淺變深,礦化度由低變高,土壤鹽漬化程度也由輕變重。自然植被群落結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)為不連續(xù)的灌木層以及相對連續(xù)的草本層,形成典型的灌-草型二元結(jié)構(gòu)群落[8]。檉柳(Tamarixramosissima)、鹽穗木(Halostachyscaspica)及白刺(Nitrariasibirica)是該區(qū)的建群種,豬毛菜(Salsolaspp.)分布廣泛且為此區(qū)域的優(yōu)勢種,同時(shí)伴生蘆葦(Phragmitesaustralis)、琵琶柴(Reaumuriasoongonica)、梭梭(Haloxylonammodendron)等。

2 研究方法

2.1 樣品采集與分析

圖1 瑪納斯流域采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of soil samples in Manas River Basin

以研究區(qū)土壤類型、灌區(qū)圖及實(shí)際考察作為參考,綜合考慮土壤質(zhì)地、植被類型、地貌特征和土地利用方式等因素,結(jié)合Google地圖和高分辨率衛(wèi)圖進(jìn)行規(guī)則布點(diǎn),保證樣點(diǎn)具有可達(dá)性,獲取采樣點(diǎn)坐標(biāo)輸入GPS進(jìn)行野外采樣導(dǎo)航。個(gè)別樣點(diǎn)根據(jù)采樣實(shí)地情況進(jìn)行了調(diào)整,采樣點(diǎn)分布如圖1所示。采樣時(shí)間為2012年7月20日至8月10日,共采集216個(gè)有效樣點(diǎn)的土壤樣品。在每個(gè)采樣點(diǎn)用土鉆進(jìn)行分層取樣,采樣垂直間隔為0—20、>20—40、>40—60 cm和>60—100 cm,每個(gè)土層連續(xù)取樣。同時(shí)記錄采樣點(diǎn)周圍的地形地貌、植被類型、植被覆蓋、灌溉方式、管理模型等信息。

2.2 鹽漬土分類標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理

關(guān)于土壤鹽漬化分類標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)外普遍采用的分類方法是美國農(nóng)業(yè)部土壤鹽度實(shí)驗(yàn)室[10]根據(jù)土壤飽和浸提液電導(dǎo)率(ECe)、堿化度(ESP)和pH值對土壤鹽漬化程度進(jìn)行劃分的分類方法。這種分類系統(tǒng)可以從宏觀上把握土壤鹽漬化的空間分布特征。俄羅斯學(xué)者Plyusnin和Sokolov[11]根據(jù)陰離子比值區(qū)分鹽土類型,能夠在不同土壤鹽漬化區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步識別土壤所含鹽離子對土壤環(huán)境是否有害。此分類體系根據(jù)陰(陽)離子毫克的當(dāng)量比和陰陽離子結(jié)合所形成的化合物來確定具體的土壤鹽分類型。目前,中國的部分研究學(xué)者采用此分類標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用綜合數(shù)值分析或者主組元聚類分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行土壤鹽漬化分級[15],也都取得了較好的效果。兩種分類體系見表1。

由于土壤存在于一個(gè)整體的自然環(huán)境中,考慮到土壤理化性質(zhì)地理空間位置的自相關(guān)性,需要結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來定量描述土壤屬性的區(qū)域分布和變化趨勢,故采用半方差函數(shù)擬合模型分析其空間變異性。數(shù)據(jù)計(jì)算分析均在SPSS 22軟件中進(jìn)行,半方差函數(shù)[16]計(jì)算在GS+9.0軟件中進(jìn)行,對所有參與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和對數(shù)變換使其符合正態(tài)分布,避免出現(xiàn)比例效應(yīng)。地貌類型土壤理化性質(zhì)分析采用單因素方差分析,數(shù)據(jù)通過顯著性檢驗(yàn)后再進(jìn)行多重比較分析。利用ArcGIS 9.3繪制樣點(diǎn)土壤鹽漬土類型空間分布圖。

表1 鹽漬土分類體系

ECe為電導(dǎo)率electrical conductivity of saturation extract,ESP為堿化度exchangeable sodium percentage;分類方法依據(jù)文獻(xiàn)[10- 11];本研究中鹽堿特性分類主要依據(jù)pH值和ECe數(shù)據(jù)

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤鹽漬化統(tǒng)計(jì)分析

瑪納斯流域不同深度pH值、電導(dǎo)率及離子含量統(tǒng)計(jì)特征值如表2所示。研究區(qū)不同剖面深度鹽堿度的特征參數(shù)均表現(xiàn)出明顯差異性。整個(gè)研究區(qū)剖面pH值域范圍6.12—10.76,平均值為8.91,表明研究區(qū)土壤偏堿性,堿性隨著土壤深度的增加而增強(qiáng)。電導(dǎo)率值最小值為0.003 ds/m,最大值為18.19 ds/m,剖面平均值為1.61 ds/m,土壤鹽度偏向非鹽漬化,0—20 cm和>40—60 cm土壤電導(dǎo)率呈輕度降低趨勢,而>60—100 cm土壤電導(dǎo)率值輕度回升,表明研究區(qū)土壤鹽分呈表聚和底聚并存態(tài)勢。

表2 瑪納斯流域不同深度pH值、電導(dǎo)率及離子含量統(tǒng)計(jì)特征值

Table 2 Descriptive statistic values of sampled soil of pH and electrical conductivity and anion content at different depths in Manas River Basin

深度Depth/cmpH電導(dǎo)率Electricalconductivity/(ds/m)CO2-3含量CO2-3content/(g/kg)范圍Range平均值±標(biāo)準(zhǔn)差Mean±Standarddeviation.變異系數(shù)Coefficientofvariation范圍Range平均值±標(biāo)準(zhǔn)差Mean±Standarddeviation.變異系數(shù)Coefficientofvariation范圍Range平均值±標(biāo)準(zhǔn)差Mean±Standarddeviation.變異系數(shù)Coefficientofvariation0—206.98—10.688.83±0.760.580.0041—18.191.71±2.476.140—0.00860.0007±0.00150>20—406.12—0.68.91±0.810.660.003—16.221.54±2.054.190—0.010.0008±0.00190>40—607.04—10.768.95±0.820.670.0038—16.41.53±2.054.20—0.020.0009±0.00220>60—1006.98—10.648.96±0.820.670.0039—16.821.69±2.415.820—0.010.0009±0.0020深度Depth/cmHCO-3含量HCO-3content/(g/kg)Cl-含量Cl-content/(g/kg)SO2-4含量SO2-4content/(g/kg)范圍平均值±標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)范圍平均值±標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)范圍平均值±標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)0—200—0.550.05±0.070.010.0005—24.770.85±2.556.520.0012—5.360.51±1.071.15>20—400—0.550.05±0.070.010.0009—10.220.64±1.722.950.0006—8.330.46±1.111.24>40—600—0.550.05±0.070.010.0004—19.080.66±2.024.090.0032—13.850.47±1.261.59>60—1000—0.340.05±0.060.010.0004—23.640.94±2.888.270.002—7.350.5±1.131.27深度Depth/cmCa2+含量Ca2+content/(g/kg)Mg+含量Mg2+content/(g/kg)K+含量K+content/(g/kg)Na+含量Na+content/(g/kg)范圍平均值±標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)范圍平均值±標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)范圍平均值±標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)范圍平均值±標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)0—200.01—4.60.51±0.560.310.0037—2.450.11—0.220.050.0007—1.340.09±0.110.010.03—49.53.99±4.7322.41>20—400.0021—2.820.47±0.550.290.0011—2.090.11—0.190.040.002—0.40.07±0.070.010.05—12.753.03±2.948.63>40—600.01—2.540.44—0.520.270.0008—1.180.1—0.160.030.001—1.370.06±0.110.010.02—12.93.27±2.998.97>60—1000.0067—2.840.43—0.520.270.0041—1.090.13—0.180.030.0003—0.350.06±0.070.010.05—12.453.5±2.938.58

3.2 鹽漬土空間分布特征及分析

根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部土壤鹽漬化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的鹽度分級體系,以表層0—20 cm土壤樣本為例,如圖2a中所示,基于土壤的全鹽量,68%的樣點(diǎn)為非鹽漬化類型,輕度鹽漬化占12.5%,13.4%的樣點(diǎn)為中度鹽漬化,重度鹽漬化和極度鹽漬化各占5%和1.1%。非鹽漬化土和輕度鹽漬化土在全區(qū)多以面狀分布,中度鹽漬化土以鏈狀形式分布于沖積平原末端及干三角洲,而重度及極度鹽漬化土以點(diǎn)狀形式分布于沖積平原末端交錯帶處?；谕寥赖柠}堿特性,區(qū)域內(nèi)58%的樣點(diǎn)屬于偏堿性,32%的樣點(diǎn)為非鹽非堿性土壤,6%的樣點(diǎn)為鹽堿土類型,4%為鹽土類型。根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果得知,區(qū)內(nèi)土壤偏堿性,整體鹽漬化程度不高,空間分布如圖2b所示,非鹽堿土主要分布沖積平原農(nóng)業(yè)灌溉區(qū),鹽土以點(diǎn)狀分布于沖積平原末端,堿土主要分布于研究區(qū)北部,干三角洲和沙漠區(qū)域,而鹽堿土以點(diǎn)狀分布于水庫周圍和沙漠地區(qū)。

對研究區(qū)土壤鹽堿屬性進(jìn)行變異性分析結(jié)果見表3,EC和pH值的擬合模型為球狀模型和高斯模型,R2為0.51和0.98,殘差較小,說明模型擬合效果較好可以用來解釋空間變異。二者空間結(jié)構(gòu)比分別為94%和63%,其中EC呈弱空間自相關(guān)性,說明區(qū)域內(nèi)土壤鹽度的變異主要是人為因素(如耕作、管理方式等)導(dǎo)致的;pH呈中等程度的空間自相關(guān)性,說明其變異是由人為因素和結(jié)構(gòu)因素(成土母質(zhì)、地形、氣候等自然因素)共同作用的結(jié)果,并且兩者的作用近乎等價(jià),因此可以得出區(qū)域內(nèi)土壤呈現(xiàn)的鹽堿累積空間特征大多是人類活動引起的。EC和pH空間變程為33.50 m和66.51 m,表示EC在短距離內(nèi)具有相似性,而pH在中等距離范圍內(nèi)具有相似性,超過此范圍則不存在相關(guān)性。因此在相似范圍之內(nèi)需要結(jié)合不同尺度、地形地貌和土壤鹽離子沉積運(yùn)動遷移特點(diǎn)來進(jìn)一步分析鹽堿分布特征。

表3 土壤屬性半方差函數(shù)模型及相關(guān)參數(shù)

Gaussian為高斯模型,Spherical為球狀模型,Exponential為指數(shù)模型

整個(gè)研究區(qū)的地勢是南高北低,山脈河流走向均依地勢和地形變化,南部地區(qū)多為山區(qū)地貌,水源補(bǔ)給來自于高山冰雪融水和山地降水,處于河流源發(fā)區(qū),水資源充足。由于地殼構(gòu)造運(yùn)動,由南向北,依次形成了復(fù)雜的沖積扇、平緩的沖積平原和溢出帶、干三角洲和沙漠5種地貌單元,因此影響到流域土壤水分的整體布局。南部和中部地區(qū)水資源來源于山區(qū)儲量豐富,導(dǎo)致土壤整體上含水量高;加上土壤質(zhì)地粗,植被類型豐富,地下水位較淺礦化度低,因此土壤鹽離子之間互相吸附、交換活動頻繁,區(qū)域內(nèi)土壤鹽分累積程度不高,鹽漬化程度以非、輕度鹽漬化為主。此外,20世紀(jì)80年代末期開始進(jìn)行大規(guī)模綠洲水土開發(fā)活動,實(shí)行井灌井排、合理利用地下水資源,提高灌水利用率及控制地下水位,從而降低了土壤次生鹽漬化的危害[9]。因此,中部和南部地區(qū)僅少數(shù)局部地區(qū)因地質(zhì)原因,出現(xiàn)中重度鹽漬化。研究區(qū)北部降水量少,蒸發(fā)量高,且處于河流下游,水儲量少;粘土和沙土分布廣泛,結(jié)構(gòu)疏松,土壤水分不易貯存;同時(shí)受中上游排灌、脫鹽活動的影響,部分地區(qū)尤其沙漠邊緣積鹽強(qiáng)烈,進(jìn)一步抬升此地的鹽堿度[18],因此北部整體鹽漬化程度比南部高。

圖2 不同鹽土類型空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of different saline soil types

圖3 不同土壤深度鹽土類型比例統(tǒng)計(jì)Fig.3 Ratio statistics of saline soil types at differennt soil depths

3.3 典型地貌土壤剖面鹽堿特征分析

依照南高北低的山盆結(jié)構(gòu)和河流走向,結(jié)合實(shí)地考察和研究資料,選取沖積洪積扇、平原中部、溢出帶、干三角洲、沙地5種具有代表性的典型地貌分析其剖面鹽堿特征?，敿{斯流域典型地貌位置土壤理化性質(zhì)如表4所示。

表4 瑪納斯流域典型地貌剖面土壤特性

同行不同小寫字母表示不同地貌類型下各項(xiàng)指標(biāo)差異顯著(P<0.05)

從表4可以得知,沖積洪積扇處剖面pH值從表層到底層逐漸增高。該處地下水位3—5 m,礦化度為1 g/L[18],水位高。同時(shí),采樣點(diǎn)位于出山口,高礦化度的高山雪融水,進(jìn)一步推高該地的土壤pH值。剖面>40—60 cm處EC達(dá)到最大值,原因是鹽穗木和豬毛菜為此地優(yōu)勢種,兩者為積鹽植物,在生長過程中根部吸收大量的鹽離子(例如Na+)并貯藏在體內(nèi)[20]。據(jù)曹國棟等[8]的研究,>0—60 cm處根部鹽分在植物生長期內(nèi)逐漸增加,到植物凋敗期達(dá)到最大積鹽,底層>60—100 cm土壤含鹽量則較低,且隨植物生長有脫鹽趨勢,等到二者死亡或凋落物降落到地表時(shí),體內(nèi)鹽分釋放,導(dǎo)致其覆蓋下的土壤無論pH值還是全鹽量都達(dá)到較高水平。

沖積平原中部剖面為氯化物-硫酸鹽型,鹽分呈現(xiàn)表層和底層較高而中層低的特征。pH值隨深度增加而增大,至>60—100 cm處達(dá)到最大,這與Zhao等[20]的研究結(jié)果一致。同時(shí),樣點(diǎn)處以多年生草本植物蘆葦為主,通過對試驗(yàn)條件下人工種植蘆葦?shù)哪望}性研究,Matsushita[21]發(fā)現(xiàn)蘆葦一定程度限制了Na+從根部向地上部轉(zhuǎn)移,其根系在土壤中交錯分布,對于土壤通透性改善十分有利,同時(shí)研究表明蘆葦覆蓋土壤各層含鹽量均處于較低水平。沖積平原是五種典型地貌中面積最大的地貌單元,是生活、生產(chǎn)活動的主要聚集地,除了考慮自然環(huán)境影響外,人為影響因素是首要考慮的因素。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抽取地下水,以大水漫灌的方式對土壤進(jìn)行脫鹽淋洗,同時(shí)修建排鹽排堿水利工程等措施,人為改變鹽分的上下運(yùn)移進(jìn)程。本區(qū)地下水位低于4 m[22]相對較深,受灌溉淋洗作用,鹽分多聚集于底層;沖積平原地勢平坦,地表水流動平緩,加之不時(shí)出現(xiàn)水資源布局不合理的現(xiàn)象發(fā)生,局部地區(qū)表層土壤易發(fā)生鹽分累積現(xiàn)象。此處受人為影響較大,同時(shí)地下水位深淺不穩(wěn)定,因此常年呈現(xiàn)脫鹽積鹽交替狀態(tài)。

沙漠地區(qū)表層為硫酸鹽土,隨著土壤深度增加,土壤鹽土類型趨向于氯化物型。沙漠地下水位大于4 m[22],埋深相對較深,土壤質(zhì)地偏沙,透水儲水性差,鹽離子的上下運(yùn)移速度緩慢,運(yùn)移規(guī)律為自表層向底層滲透,因此土壤鹽分為底聚,沙地剖面Na+離子含量相對較高,且pH值隨深度增加而增大,這與鹽生檉柳的泌鹽特性有關(guān),其凋落物呈堿性[24],莖葉腐殖質(zhì)提升了土壤的pH值。

4 結(jié)論

基于不同的分類標(biāo)準(zhǔn),對瑪納斯流域非農(nóng)業(yè)種植地土壤鹽漬化空間異質(zhì)性進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論：

(2)各個(gè)典型地貌不同剖面鹽土類型多樣,對其鹽堿屬性進(jìn)行方差分析。方差分析結(jié)果表明,溢出帶最為典型,其他地貌各離子之間差異性不顯著。溢出帶鹽堿程度最高,各離子含量高,鹽分表聚,氯化鹽土和硫酸鹽土為主,鹽土類型由表層硫酸-氯化物鹽土至深層氯化鹽土變化。沖積洪積扇以硫酸鹽土和蘇打鹽土為主,剖面鹽分大致呈現(xiàn)表聚和底聚特征。沖積平原全剖面為氯化物-硫酸鹽土,沖積平原鹽分的累積狀況受人為影響大,剖面鹽分呈表聚和底聚并存態(tài)勢。干三角洲樣點(diǎn)處全剖面為氯化物-硫酸鹽土,鹽分以表聚為主。沙漠地區(qū)堿化度最高,垂直變化趨勢由表層硫酸鹽土至深層氯化鹽土變化。

綜合描述土壤不同鹽分類型空間異質(zhì)性,比僅利用單一分類研究結(jié)果描述更為全面,美國鹽度實(shí)驗(yàn)室分類體系能夠快速從宏觀上整體把握土壤鹽漬化分布特征,離子分類體系則可在前者分類內(nèi)部進(jìn)行更為具體的描述,從微觀上描述鹽土離子特征。兩類體系在干旱區(qū)內(nèi)陸河流域研究中并不矛盾或沖突,內(nèi)容上互為補(bǔ)充,在具體工作中可以復(fù)合使用。依據(jù)前文傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)綜合研究的研究成果,后續(xù)可以針對特定區(qū)域開展不同鹽漬化土壤的改良和治理開發(fā)工作,為改善生態(tài)環(huán)境和提高土地經(jīng)濟(jì)效益提供有益參考。

致謝：感謝中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所羅格平研究員和石河子大學(xué)生物工程學(xué)院王紹明教授提供的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

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Analysis of the spatial variational characteristics of saline-alkaline soil types in non-agriculture land in Manas River Basin, Xinjiang, China

WEI Yang,DING Jianli*,WANG Fei,ZOU Jie,CAI Lianghong

CollegeofResourcesandEnvironmentScience,KeyLaboratoryofOasisEcologyofMinistryEducation,XinjiangUniversity,Urmuqi830046,China

soil salinity; soil alkalinity; soil types; spatial variation

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U1303381, 41261090, 41130531, 41161063;41661046); 新疆維吾爾自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程資助項(xiàng)目(2013711014);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目(NCET- 12- 1075);新疆大學(xué)博士啟動基金資助項(xiàng)目(BS150248)

2015- 12- 04;

2016- 05- 04

10.5846/stxb201512042434

*通訊作者Corresponding author.E-mail: watarid@xju.edu.cn

魏陽,丁建麗,王飛,鄒杰,蔡亮紅.新疆瑪納斯流域非農(nóng)業(yè)種植地鹽堿性空間變異特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(23):7655- 7666.

Wei Y,Ding J L,Wang F,Zou J,Cai L H.Analysis of the spatial variational characteristics of saline-alkaline soil types in non-agriculture land in Manas River Basin, Xinjiang, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(23):7655- 7666.