不同土地利用方式下渭-庫綠洲土壤鹽漬化特征分析

王雪梅, 康 璇, 趙 楓

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054;2.新疆師范大學 新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室“新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室”, 烏魯木齊 830054)

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不同土地利用方式下渭-庫綠洲土壤鹽漬化特征分析

王雪梅1,2, 康 璇1, 趙 楓1,2

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054;2.新疆師范大學 新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室“新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室”, 烏魯木齊 830054)

基于渭干河—庫車河三角洲綠洲土壤鹽漬化現(xiàn)象發(fā)展的趨勢，采用經典統(tǒng)計分析方法，對研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤電導率、總鹽量和pH值進行描述性統(tǒng)計分析，通過單因素方差方法對不同土地利用方式下土壤鹽分指標進行差異顯著性檢驗，并利用最小顯著極差法(LSD)進行多重比較。研究結果表明：在不同土地利用方式和土層深度下，土壤電導率和總鹽量的平均水平差異顯著(p<0.05)，其含量由高到低依次為：荒漠灌叢>鹽堿草地>耕地>林地，而土壤pH值則無顯著差異，土壤鹽分呈現(xiàn)出明顯的表層富集現(xiàn)象。本研究的結論對于提高此區(qū)域農業(yè)生產潛力和鹽堿地綜合治理具有重要的理論和實際意義。

不同土地利用方式; 土壤鹽漬化特征; 渭干河—庫車河三角洲綠洲

在全球土地利用/土地覆蓋變化劇烈的背景下，研究土地利用變化對土壤質量的影響則顯得尤為重要[1]。眾多研究表明，不合理的土地利用和管理方式將造成嚴重的水土流失和土地質量下降，甚至導致土壤鹽漬化加重[2-5]。而土壤鹽漬化的加重反過來又限制土地利用的方式和結構，導致土地退化和肥力下降。鹽漬土是我國重要的障礙性土壤資源類型之一，在我國從濕潤地區(qū)到極端干旱荒漠區(qū)均有大量分布[6]。尤其在干旱和半干旱區(qū)，土壤鹽漬化嚴重制約了該地區(qū)土地生產力的發(fā)展與可持續(xù)利用，是土壤肥力降低的重要標志之一，也是土地退化的重要表現(xiàn)形式，是一個世界性的生態(tài)問題。因此，為提高鹽漬土資源的利用潛力和效率，需要加強土壤鹽漬化監(jiān)測研究，深入研究鹽漬土的空間分布規(guī)律，是合理利用鹽漬土資源，促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎。目前，關于土地利用變化對土壤理化特性影響的研究已有很多報道，主要涉及不同土地利用變化對土壤侵蝕、土壤特性、土壤質量、土壤污染等方面的影響[[7-10]，而研究土地利用變化對土壤鹽漬化特性的影響則相對較少，且大多從土地利用產生的土壤鹽漬化效應入手[11-13]，而有關不同土地利用方式下土壤鹽漬化特征的研究相對較少。

在描述土壤鹽漬化特征和鹽分狀況時，常用的指標是土壤浸提液電導率和土壤總鹽量。近年來土壤學的研究結果表明：在研究土壤鹽漬程度與植物生長之間的關系時，土壤浸提液電導率這一參數(shù)可反映在一定水分條件下土壤鹽分的實際狀況，并且包含了水分含量、土壤鹽分及離子組成等豐富信息[14]。特別是土壤溶液中幾種鹽類間的比值比較固定時，用電導率值測定總鹽分濃度的高低則相當準確。與土壤含鹽量的測定相比，電導率的測定可靠、經濟、快速，而且土壤電導率也是國際上通用的評價土壤鹽漬度的指標之一，因此使用電導率表征土壤鹽分含量多寡也更利于鹽漬土研究的國際交流與合作[15-16]。土壤總鹽量(土壤水溶性鹽總量)是鹽堿土的一個重要屬性，是限制作物生長的障礙因素，對了解土壤鹽分動態(tài)變化及對作物生長的影響和擬訂改良措施具有十分重要的意義。在一定濃度范圍內，土壤總鹽量與電導率呈正相關。土壤pH值是土壤理化性質的綜合反映，受土壤母質、生物、氣候、人為措施以及鹽基飽和度的影響較大，對土壤肥力和作物生長具有重要影響。本文擬通過電導率、土壤總鹽量和土壤pH值這3個鹽分指標來反映渭干河—庫車河三角洲綠洲土壤鹽漬化特征，以典型土地利用方式為研究對象，通過探討不同土地利用方式對土壤鹽漬化性質的影響，研究不同土地利用方式下的鹽漬化特征及其變化規(guī)律，以期為該地區(qū)鹽堿地的改良和區(qū)域土地資源的合理開發(fā)利用提供參考[17]。

1　試驗材料與方法

1.1研究區(qū)概況

渭干河—庫車河三角洲綠洲(簡稱渭—庫綠洲)位于塔里木盆地的北緣，地理位置為80°37′—83°59′E，41°06′—42°40′N，隸屬阿克蘇地區(qū)管轄，轄區(qū)范圍包括庫車、沙雅和新和3個縣，是我國西北干旱區(qū)生態(tài)脆弱帶的重要組成部分。

渭—庫綠洲屬于大陸性暖溫帶干旱氣候，蒸發(fā)強烈，降水分布不均，平原區(qū)多年平均降水量為46.5 mm，山區(qū)多年平均降水量為243.0 mm，隨海拔上升降水增加，在海拔2 800～3 400 m達最大，可達500 mm以上。平原區(qū)年蒸發(fā)勢為1 374 mm，是降水的29.6倍，山區(qū)蒸發(fā)勢隨海拔上升而減少。在土地利用方面，該三角洲綠洲為典型的綠洲農業(yè)區(qū)，以農業(yè)、經濟林及小規(guī)模漁業(yè)為主。主要作物以主要作物以玉米(ZeamaysL.)、棉花(GossypiumhirssittumL.)、蘋果(MaluspumilaMill.)、紅棗(ZizyphusjujubaMill.)、核桃(JuglansregiaL.)等為主，另有旱生蘆葦(Phragmitesaustralis)、豬毛菜(SalsolacollinaPall.)、駱駝刺(AlhagisparsifoliaShap.)、花花柴(Kareliniacaspica)、檉柳(Tamarixramosissima)和胡楊(Populuseuphratica)等荒漠植被。

1.2調查取樣

于2013年10月中下旬在渭—庫綠洲選取不同土地利用類型進行GPS定位采樣。根據(jù)研究需要，選取的典型土地利用方式主要為耕地、林地、荒漠灌叢和鹽堿草地。在采樣過程中，根據(jù)田塊的土地利用方式和面積確定樣地的布局和采樣點數(shù)，并依據(jù)樣點選擇的典型性和代表性原則，共選取78個樣點。采樣點涵蓋了主要土地利用方式(表1)。同時，對每個土地利用類型設置多個取樣點，每個取樣點設3個重復，并在0—20 cm和20—40 cm深度土層分層取樣，共取得土壤樣品468份。在采樣的同時，采用實地測量和農戶走訪等多種形式，詳細調查該樣點的坡度、坡向、土層厚度、土地利用方式、植被類型、耕作制度及人為干擾情況等信息，并填寫土壤調查表[18]。

表1土地利用類型及樣點分布

土地利用類型樣點數(shù)/個植被類型面積比/%耕地48以玉米、棉花為主的農作物25.66林地10蘋果、核桃、紅棗等經濟林10.54荒漠灌叢14檉柳、駱駝刺、花花柴和胡楊等17.09鹽堿草地6蘆葦、豬毛菜等鹽生植被15.41其他——31.30

1.3室內處理與分析

在實驗室將采集的土樣自然風干，剔出土壤以外的侵入體(如植物根系，石塊和一些可見的植物殘體等雜質)后，適當磨細過篩，充分混合均勻。室內分析參照中國科學院南京土壤研究所編寫的《土壤理化性質分析》[19]，采用經典土壤農化分析方法測定土壤樣本的電導率、土壤總鹽量和pH值。土壤樣品采用土水比1∶5浸提，土壤pH值用pH計測定，電導率和土壤總鹽量用電導儀測定。

1.4統(tǒng)計分析

運用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件，對研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤浸提液電導率、總鹽量和pH值進行描述性統(tǒng)計分析。常用的統(tǒng)計指標主要有以下幾項：(1) 變幅表明地理數(shù)據(jù)的變動范圍；(2) 平均值是地理數(shù)據(jù)平均水平的反映；(3) 標準差從平均概況衡量一組地理數(shù)據(jù)與水平均值的離散程度；(4) 變異系數(shù)表示了地理數(shù)據(jù)的相對變化(波動)程度。進一步通過SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件中的單因素方差(one-way ANOVY)方法，對不同土地利用方式下土壤各鹽分指標進行差異顯著性檢驗，并利用最小顯著極差法(LSD)進行多重比較確定不同土地利用方式下土壤浸提液電導率、總鹽量和pH值在平均水平上的差異顯著性。

2　結果與分析

2.1土壤鹽分總體特征描述

對不同土地利用方式下0—40 cm土層深度的土壤鹽分指標進行統(tǒng)計分析，結果見表2。從土壤鹽分指標的變動幅度來看，電導率和總鹽量在4種土地利用方式下的變幅分別為0.03～2.73 mS/cm和7.2～23.2 g/kg，在林地利用方式下電導率和總鹽量有最小的變幅，而在耕地利用方式下均具有最大的變幅。土壤pH值則在耕地利用方式下具有最大的變幅，其值在7.41～9.10范圍內變動，而鹽堿草地的pH值變幅則最小。

表2　0-40 cm下土壤鹽分指標的統(tǒng)計特征

從平均水平來看，在不同土地利用方式下，電導率和總鹽量的平均水平則在0.30～2.16 mS/cm和8.8～19.8 g/kg范圍內變動，其中，林地的電導率和總鹽量的平均值最小，鹽堿草地的電導率和總鹽量的平均含量最高。pH值在4種土地利用方式下的平均值差異不大，在8.22～8.53范圍內變動，其中荒漠灌叢的pH值平均含量最低，林地的pH值平均含量最高，可看出土壤均呈弱堿性，符合我國西北干旱區(qū)土壤大多呈堿性的特征。從電導率、總鹽量和pH值在不同土地利用方式下的標準差和變異系數(shù)來看，電導率在耕地、荒漠灌叢和鹽堿草地這3種利用方式下具有中等的空間變異性，而在林地下具有較強的空間變異性；總鹽量和pH值在4種土地利用方式下均分別具有中等和弱空間變異性。從上述分析結果可看出，在不同土地利用方式下，電導率和總鹽量較pH值具有更強的空間變異性。

2.2土壤電導率的均值比較

在不同的土地利用方式下，土壤電導率的含量在0—20 cm和20—40 cm土層均呈現(xiàn)出以下規(guī)律(圖1)：荒漠灌叢>鹽堿草地>耕地>林地。通過最小顯著極差法(LSD)分析可知：在0—20 cm土層深度上，電導率在4種不同土地利用方式下均具有顯著的差異性(p<0.05)；而在20—40 cm土層深度上，荒漠灌叢與鹽堿草地之間的電導率無顯著差異(p>0.05)，而與耕地和林地的電導率有差異顯著(p<0.05)。通過進一步分析認為：在不同的土地利用方式下，土壤電導率均呈現(xiàn)出明顯的表層富集現(xiàn)象，且荒漠灌叢和鹽堿草地的鹽分表層富集能力明顯強于耕地和林地。

注：同一土層深度中，不同小寫字母代表差異顯著(p<0.05)，相同字母表示在此水平下無顯著差異(p>0.05)，下圖同。

圖1不同土地利用方式下的土壤電導率

2.3土壤總鹽量的均值比較

通過采用最小顯著極差法(LSD)分析可知(圖2)：在不同的土地利用方式下，土壤總鹽量在0—20 cm和20—40 cm土層均呈現(xiàn)出以下規(guī)律：荒漠灌叢>鹽堿草地>耕地>林地。在0—20 cm和20—40 cm土層深度上，土壤總鹽量在荒漠灌叢和鹽堿草地之間均無顯著差異(p>0.05)，而與耕地和林地的土壤總鹽量均呈現(xiàn)出顯著差異(p<0.05)。同時，在0—20 cm土層深度上，土壤總鹽量在耕地與林地之間具有顯著差異(p<0.05)，而在20—40 cm土層深度上兩者則表現(xiàn)為無顯著差異(p>0.05)。

圖2　不同土地利用方式下的土壤總鹽量

通過進一步分析認為：土壤總鹽量在不同的土地利用方式下均呈現(xiàn)出明顯的表層富集現(xiàn)象，即在同一土地利用方式下，0—20 cm土層深度的土壤總鹽量均高于20—40 cm土層深度的值，且荒漠灌叢和鹽堿草地對鹽分的富集能力明顯強于耕地和林地。

2.4土壤pH值的均值比較

通過單因素方差分析中最小顯著極差法(LSD)對不同土地利用方式下的0—20 cm和20—40 cm土層深度的土壤pH值進行分析，結果表明(圖3)：在不同土地利用方式下，土壤pH值存在一定的差異。在0—20 cm土層深度，土壤pH值在不同土地利用方式下無顯著差異(p>0.05)，而在20—40 cm土層深度，林地的土壤pH值與耕地以及荒漠灌叢和鹽堿草地的土壤pH值之間具有顯著的差異性(p<0.05)。隨著土層深度的增加，不同土地利用方式下的土壤pH值差異越顯著，且在耕地和林地利用方式下有增加趨勢，而在荒漠灌叢和鹽堿草地下pH值略有下降。

圖3　不同土地利用方式下的土壤pH值

3　討論與結論

3.1討 論

近幾十年來，隨著人類活動干擾強度的增大，資源與環(huán)境之間的矛盾日益突出，土地利用變化對區(qū)域土壤特性產生的影響也越來越重大[20]。在渭—庫綠洲，由于水土資源的匱乏加之人類對水土資源的不合理利用，土壤鹽漬化現(xiàn)象十分普遍，土壤質量低下，鹽堿脅迫已成為影響該地區(qū)農業(yè)生產和土地生產力的最主要脅迫因子[21]。土壤鹽漬化可以導致土壤性狀和土地生產力改變，對農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的影響。反之，不同的土地利用方式對土壤鹽漬化也會形成顯著的差異。由于不同土地利用方式對土壤性質的影響具有顯著的區(qū)域差異性，在經濟利益的驅動下，研究區(qū)當?shù)剞r民熱衷于發(fā)展經濟林產業(yè)和棉田，對于農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)投入較多，通過鹽堿地的科學改良使得耕地和林地的土壤鹽漬化程度相對較低并有所改善。對經濟效益低下的荒漠灌叢和鹽堿草地，當?shù)厝狈υ擃愅恋氐母牧己捅Ｗo，稀疏的植被覆蓋下土壤鹽漬化現(xiàn)象十分嚴重。由此可見，在不同的人類活動干擾下，土壤鹽漬化特征呈現(xiàn)出顯著差異。因此，今后渭—庫綠洲應考慮加強防護林體系的建設，建立荒漠植被保護區(qū)以及開展鹽堿土改良措施，從而有效緩解土壤荒漠化壓力，防治土地進一步退化。

3.2結 論

(1) 在0—40 cm的土層深度，耕地的土壤電導率、總鹽量和pH值均具有最大變幅，鹽堿草地的pH值變幅最小，林地的電導率和總鹽量有最小的變幅。在4種土地利用方式下，土壤pH值具有較弱的空間變異性，而電導率和總鹽量則具有相對較強的中等以上空間變異性。

(2) 在不同的土地利用方式和土層深度下，土壤電導率和總鹽量由高到低依次為：荒漠灌叢>鹽堿草地>耕地>林地。土壤電導率和總鹽量在荒漠灌叢和鹽堿草地之間均無顯著差異(p>0.05)，而與耕地和林地的電導率和總鹽量均呈現(xiàn)出顯著差異(p<0.05)。在不同土地利用方式下，20—40 cm土層的pH值較0—20 cm的pH值差異顯著(p<0.05)，土壤鹽分呈現(xiàn)出明顯的表層富集現(xiàn)象。

通過對上述結果分析認為，人類活動的干擾對土壤鹽分的富集具有顯著作用。在有人類活動干擾的土地利用系統(tǒng)中，人類活動干擾的時間越長，改良土壤鹽堿化和提高土壤肥力的強度越大，土壤表層鹽分含量變化越顯著，這一結論與他人的研究結果較為一致[22]。

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Analysis on Characteristics of Soil Salinization in the Weigan-Kuqa River Delta Oasis Under Different Land Use Patterns

WANG Xuemei1,2, KANG Xuan1, ZHAO Feng1,2

(1.CollegeofGeographicScienceandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China; 2.XinjiangUygurAutonomousRegionKeyLaboratory—XinjiangLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridZone,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054，China)

Based on the trend of soil salinization development of the Weigan-Kuqa river delta oasis, using the methods of classical statistics analysis, descriptive statistics analysis on the soil electric conductivity, the soil total salt and the pH value under the different land use patterns in the study area was performed. Further the single factor variance method was used to carry out the difference significance test to the index of soil salt under different land use patterns, and the method of least significant difference (LSD) was used to perform multiple comparison. The research results showed that under different land utilization way and soil depth, the averages of the soil electrical conductivity and total salt had significant difference(p<0.05), the soil electric conductivity and content of total salt decreased in the order: desert shrub>alkaline grassland>cultivated land>forest. Nevertheless, the pH value had no significant difference. The soil salt of surface layer presented the obvious enrichment phenomenon. The conclusion of this study is helpful to improve agricultural production potential in this region and also has important theoretical and practical significance to comprehensive improvement of the saline-alkali land.

different land use patterns; characteristics of soil salinization; Weigan-Kuqa river delta oasis

2014-12-12

2015-02-05

國家自然科學基金(41261051,41561051);新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室“新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室”開放基金(XJDX0909-2010-08,XJDX0909-2013-04)

王雪梅(1976—),女,江蘇銅山人,博士,副教授,碩士生導師，主要從事干旱區(qū)資源環(huán)境遙感技術應用研究。E-mail:502529672@qq.com

S156.4+1

A

1005-3409(2016)01-0160-05