瑪納斯河流域中下游地區(qū)不同土地利用類型的水鹽特征

楚楊++劉韜韜

摘要：在4、5、6、7、8月末研究瑪納斯河流域中下游地區(qū)鹽堿地的4種土地利用類型（荒地、林地、葡萄地、棉花地）土壤水鹽含量及動(dòng)態(tài)變化特征，旨在為該流域鹽堿地的改良、合理灌溉和施肥提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同月份間，4種土地利用類型對(duì)鹽堿地土壤水鹽含量及其隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特征影響較大且復(fù)雜。棉花地、葡萄地、林地的土壤pH值在每個(gè)月間均顯著低于荒地，而含水率顯著高于荒地?，敿{斯河流域中下游地區(qū)土壤離子構(gòu)成以Na+、Ca2+為主，HCO3-、CO32-普遍缺乏，總體為：Na+>Ca2+>Mg2+>K+>SO42->Cl->HCO3->CO32-。棉花地、葡萄地、林地的土壤Na+、K+、Cl-、CO32-顯著低于荒地，并在不同月份間其含量變化較大。結(jié)果表明，不同土地利用類型對(duì)瑪河流域中下游地區(qū)的鹽堿土壤水鹽含量和其隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特征影響較大，但均能不同程度地降低該地區(qū)鹽堿土壤水鹽含量。

關(guān)鍵詞：瑪納斯河流域；土地利用類型；水鹽特征；動(dòng)態(tài)變化；鹽堿地；含水率

中圖分類號(hào)： S156.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）08-0245-04

新疆是我國(guó)重要的農(nóng)墾區(qū)，占全疆土地總面積4.27%的綠洲承載著該區(qū)95%以上的人口，因此綠洲農(nóng)業(yè)是新疆人賴以生存和發(fā)展的命脈[1]?，敿{斯河流域（簡(jiǎn)稱瑪河流域）作為新疆開(kāi)墾面積最大的人工綠洲，是重要的糧、棉、糖生產(chǎn)基地，也是最典型的積鹽區(qū)。受區(qū)域母質(zhì)、氣候、地形、水紋等因素的影響，瑪河流域分布著不同類型的鹽漬土[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，瑪河流域部分地區(qū)有38.1%的耕地面積深受鹽堿危害，某些地區(qū)甚至高達(dá)65%。由于農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施不完善并采用傳統(tǒng)的灌溉方式，使各灌溉區(qū)地下水位不斷上升，使土壤鹽堿化程度加重，加之全球氣候變暖等因素[3]，使較大的鹽堿地面積儲(chǔ)量又有增加的趨勢(shì)，嚴(yán)重制約著自治區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。因此，研究瑪河流域鹽堿地的水鹽含量和變化特征來(lái)指導(dǎo)該地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展尤為重要。

不同土地利用類型可影響土壤元素平衡和結(jié)構(gòu)功能，與土壤質(zhì)量緊密相關(guān)[5-6]，對(duì)田間土壤質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)估有非常重要的指導(dǎo)意義[7]。目前，國(guó)內(nèi)外有許多關(guān)于這方面的研究報(bào)道，主要有不同利用類型對(duì)土壤理化性質(zhì)、酶活、鹽堿特征的研究[8-11]，干旱荒漠區(qū)鹽堿化土地修復(fù)與調(diào)控、生態(tài)重建[12-13]以及基于遙感數(shù)字模型等研究手段的耕地土壤鹽漬化影響評(píng)價(jià)和模擬[14-18]。也有瑪河流域不同土地利用類型對(duì)土壤物理性質(zhì)和鹽分的研究報(bào)道[19-20]，但大都選取某一特定月份的土壤，分析鹽分的空間變化，而對(duì)耕作層土壤在不同月份的水鹽含量和其隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特征研究不足。因此，本試驗(yàn)選擇瑪河流域中下游地區(qū)較為典型的植被類型（棉花地、葡萄地、林地、荒地）的耕作層土壤，研究并掌握該地區(qū)不同土地利用類型的土壤水鹽含量及隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特征，為遏制該地區(qū)土壤退化和返鹽，指導(dǎo)該地區(qū)鹽堿地的改良和施肥，并為瑪河流域人工綠洲的高效生態(tài)農(nóng)業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

瑪納斯河位于新疆維吾爾自治區(qū)準(zhǔn)噶爾盆地南部地區(qū)，屬于典型的大陸性氣候。瑪納斯河流域年平均氣溫在4～7 ℃，極端最高氣溫為42～43 ℃，極端最低氣溫為-43.1～-39 ℃，年平均潛在蒸發(fā)量1 500～2 100 mm，年平均降水量100～200 mm，并且主要集中在夏季。該地區(qū)自然土壤類型十分豐富，有灰漠土、棕鈣土、栗鈣土、風(fēng)沙土、沼澤土、草甸土、鹽土等區(qū)域性土壤。

1.2樣品采集與處理

在瑪納斯河流域中下游地區(qū)按照不同土地利用類型（棉花地、葡萄地、林地、荒地）分別選取背景相似、外在條件相同的3塊樣地，設(shè)置3次重復(fù)，共12塊樣地。分別于2014年4、5、6、7、8月月末進(jìn)行土樣采集。在每一塊樣地中隨機(jī)選擇3個(gè)樣點(diǎn)使用土鉆采集其耕作層（0～40 cm）土壤。用鋁盒收集采集的土樣20 g左右，密封帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行含水率的測(cè)定。其他指標(biāo)的測(cè)定使用密封袋收集采集的土樣200 g左右，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干。

1.3測(cè)定方法

含水率的測(cè)定：烘干法。即將鋁盒放置在105 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定烘干前后的質(zhì)量差，并根據(jù)土壤含水率測(cè)定公式計(jì)算含水率。pH值和電導(dǎo)率的測(cè)定：使用MP521型實(shí)驗(yàn)室pH值/電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x。Cl-含量的測(cè)定用AgNO3滴定法；K+、Na+含量的測(cè)定用火焰原子吸收法；Ca2+、Mg2+含量的測(cè)定用EDTA滴定法；SO42-含量的測(cè)定用EDTA絡(luò)合滴定法；CO32-、HCO3-含量的測(cè)定用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）及多重比較（LSD），用Origin 8.5作圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同土地利用類型鹽堿土pH值特征

不同土地利用類型對(duì)鹽堿地土壤pH值的影響隨月份的變化而差異顯著，但其總體變化特征為：荒地>棉花地>葡萄地>林地。棉花地的土壤pH值在4—5月上升，5—6月下降，6—7月上升，7—8月下降，且5月末最高而8月末最低，變化趨勢(shì)呈“M”字形；林地土壤的pH值變化趨勢(shì)與棉花地相反，為“W”字形；荒地土壤的pH值先下降后上升且8月末最高，呈“V”字形（圖1）。ANOVA分析表明，荒地土壤pH值在各個(gè)月都顯著高于棉花地、葡萄地、林地。

2.2不同土地利用類型鹽堿土水分特征

4種土地利用類型的含水率變化趨勢(shì)有相似也有不同，但含水率變化的總體特征為：葡萄地>棉花地>林地>荒地。林地土壤含水率的變化趨勢(shì)與荒地的基本相同，為“W”形，即4—5月含水率下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月又有上升趨勢(shì)；棉花地土壤含水率變化趨勢(shì)與荒地的恰好相反，為“M”形，即4—5月上升，5—6月下降，6—7月上升，7—8月下降；葡萄地土壤含水率變化趨勢(shì)為先上升后下降，呈倒“V”字形（圖2）。ANOVA分析表明，棉花地、葡萄地和林地的含水率在各個(gè)月都極顯著高于荒地。

2.3不同土地利用類型土壤電導(dǎo)率特征

4種土地利用類型的土壤電導(dǎo)率在不同時(shí)間里變化較大，變化的總體特征為：林地>荒地>棉花地>葡萄地，說(shuō)明種植棉花和葡萄能降低土壤電導(dǎo)率。棉花地、林地、荒地的土壤電導(dǎo)率變化趨勢(shì)為“W”字形，即電導(dǎo)率在4月最高，4—5月下降，5—6月略有回升，6—7月下降，之后又上升；葡萄地的電導(dǎo)率在4—7月間持續(xù)降低，7月最小，8月略有升高；荒地的電導(dǎo)率在4—7月間顯著高于棉花地，在5月時(shí)顯著低于葡萄地、林地，在6—8月時(shí)又顯著高于林地、葡萄地（圖3）。

2.4不同土地利用類型土壤陽(yáng)離子特征

2.4.1鈣離子不同土地利用類型對(duì)鹽堿地土壤Ca2+含量的影響復(fù)雜，但其總體變化特征為：林地>葡萄地>荒地>棉花地?；牡赝寥繡a2+含量變化較大，呈“W”字形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升；在4月末林地的Ca2+含量最高為0.437 g/kg，顯著高于棉花地、葡萄地、荒地；棉花地的Ca2+含量在4—7月間下降，7—8月上升。LSD分析表明，在5月末，不同土地利用類型的Ca2+含量均有顯著差異，且棉花地、葡萄地、林地Ca2+的含量顯著高于荒地（圖4）。

2.4.2鎂離子荒地土壤Mg2+含量在4—8月間的變化趨勢(shì)呈“W”字形，即4—5月間Mg2+含量下降，5—6月升高，6—7月下降，7—8月升高；葡萄地土壤Mg2+含量變化趨勢(shì)恰好與荒地相反；棉花地和林地土壤Mg2+含量呈“N”字形，即4—5月上升，5—6月下降，6—8月上升。4月末，荒地土壤Mg2+含量顯著高于棉花地、葡萄地、林地；5月末，棉花地土壤Mg2+含量最高而荒地最小；6月末，棉花地的土壤Mg2+含量顯著高于荒地，而葡萄地的Mg2+含量顯著低于荒地（圖5）。結(jié)果表明，不同土地利用類型下土壤Mg2+含量變化的總體特征為：棉花地>荒地>林地>葡萄地。由此可見(jiàn)，不同土地利用類型對(duì)鹽堿地土壤Mg2+含量影響較大。

2.4.3鈉離子不同土壤利用類型鹽堿地土壤Na+含量存在差異，其總體變化特征為：荒地>林地>棉花地>葡萄地。荒地土壤Na+含量在每月月末都顯著高于棉花地、葡萄地、林地；葡萄地、棉花地土壤Na+含量變化趨勢(shì)基本相同，在4—5月間土壤Na+含量下降，6—7月間上升，7—8月間下降，除6月末外，其余每月月末的棉花地土壤Na+含量顯著高于葡萄地；林地土壤Na+含量變化趨勢(shì)與棉花地的恰好相反。但不同土地利用類型均能顯著降低鹽堿地Na+含量，對(duì)土壤鈉鹽的控制有重要意義（圖6）。

2.4.4鉀離子土地利用類型對(duì)土壤K+含量影響較大，不同土地利用類型下土壤K+含量變化的總體特征為：荒地>棉花地>葡萄地>林地。荒地土壤K+含量在5月末最小，且只小于棉花地，但沒(méi)有顯著性差異，其余4個(gè)月月末的荒地土壤K+含量均顯著高于棉花地、葡萄地、林地。葡萄地與林地土壤K+含量變化趨勢(shì)基本相同，為“N”字形，4月末林地土壤K+含量略高于葡萄地，5月末林地與葡萄地土壤K+含量相同，6—8月間的葡萄地土壤K+含量顯著高于林地（圖7）。

2.5不同土地利用類型下土壤陰離子的特征

2.5.1氯離子土地利用類型對(duì)土壤Cl-含量有明顯影響，不同土地利用類型下土壤Cl-含量變化的總體特征為：荒地>棉花地>林地>葡萄地。棉花地與林地的土壤Cl-含量變化趨勢(shì)基本相同，為“W”形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升。除6月末荒地土壤Cl-含量顯著低于棉花地外，其余4個(gè)月月末的土壤Cl-含量均顯著高于棉花地、葡萄地、林地（圖8）。

2.5.2硫酸根離子土地利用類型對(duì)土壤SO42-的含量影響復(fù)雜，不同土地利用類型下土壤SO42-含量變化的總體特

征為：林地>荒地>棉花地>葡萄地。荒地土壤SO42-含量變化趨勢(shì)為“W”字形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升；葡萄地土壤SO42-含量變化趨勢(shì)與荒地相反，為“M”字形；棉花地土壤SO42-含量的變化趨勢(shì)為“N”形，即4—5月上升，5—6月下降，6—8月上升。在6月末，荒地土壤SO42-含量顯著高于棉花地、葡萄地、林地。LSD分析表明，相同土地利用類型在不同月份間，其土壤SO42-含量差異顯著（圖9）。

2.5.3碳酸氫根離子荒地土壤HCO3-含量變化趨勢(shì)為倒“V”字形，即4—6月上升，6—8月下降；林地土壤HCO3-含量變化趨勢(shì)為“N”字形，即2—5月上升，5—6月下降，6—8月上升；棉花地與葡萄地土壤HCO3-含量變化趨勢(shì)基本相同，為“W”字形，即4—5月下降，5—6月上升，6—7月下降，7—8月上升。5、6、7月月末的荒地土壤HCO3-含量顯著高于棉花地、葡萄地、林地，而在8月末又顯著高于荒地。不同土地利用類型下土壤HCO3-含量變化總體特征為：荒地>棉花地>林地>葡萄地（圖10）。

2.5.4碳酸根離子4種土地利用類型下的土壤CO32-含量普遍較低，與棉花地、林地、葡萄地的土壤CO32-含量相比，荒地土壤CO32-含量相對(duì)較高。在葡萄地土壤中未檢測(cè)到CO32-，林地和棉花地土壤CO32-變化趨勢(shì)完全重合，在5、7、8月月末均未檢測(cè)到CO32-，荒地土壤CO32-含量變化較大，但其含量很少（圖11）。

3討論與結(jié)論

瑪河流域中下游地區(qū)不同土地利用類型對(duì)鹽堿地土壤水鹽含量影響較大，且其隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化特征頗為復(fù)雜。在4—8月間，棉花地、葡萄地、林地的土壤pH值顯著低于荒地而含水率顯著高于荒地，4種土壤利用類型的土壤pH值變化趨勢(shì)不一致。葡萄地土壤含水率在6月末最高。棉花地、林地、荒地的土壤電導(dǎo)率變化趨勢(shì)相同，但總體以林地土壤電導(dǎo)率最高，葡萄地的最小。在不同的月份中，不同土地利用類型的土壤pH值、含水率、電導(dǎo)率變化較大。其原因可能與植物的根系發(fā)達(dá)程度和根系呼吸強(qiáng)度有關(guān)，不同植物在相同的時(shí)間中其根系發(fā)達(dá)程度和根系呼吸強(qiáng)度有差異，而根系越發(fā)達(dá)、根系呼吸強(qiáng)度越強(qiáng)，其產(chǎn)生的CO2的含量就越多，對(duì)土壤pH值降低幅度也就越大[21]。而棉花地、葡萄地、林地的遮陰度較高，土壤蒸發(fā)量較小，因此這3種土地利用類型的土壤含水量顯著高于荒地。

瑪河流域中下游地區(qū)不同土地利用類型對(duì)鹽堿地土壤八大離子含量影響較大，且在不同月份間，其含量動(dòng)態(tài)變化特征也頗為復(fù)雜。土壤Na+、Cl-、HCO3-的總體含量以荒地最大，葡萄地最??；土壤K+的總體含量以荒地最大，林地最小；土壤Ca2+、SO42-的總體含量以林地最高，但棉花地土壤Ca2+總體含量最小，而葡萄地土壤SO42-總體含量最??；土壤Mg2+的總體含量以棉花地的最高，葡萄地的最小?，敽恿饔蛑邢掠蔚貐^(qū)不同土地利用類型下土壤八大離子含量在不同月份間變化較大，但葡萄地、林地、棉花地的離子含量均不同程度地小于荒地，這對(duì)該流域鹽堿地的改良有積極作用。其原因可能與植物根系分泌物有關(guān)。有研究表明，不同植物的根系分泌物種類和數(shù)量差異很大，且在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段，其根系分泌物的種類和數(shù)量也不同[22-25]，植物為了適應(yīng)不斷變化的外部環(huán)境，其根系分泌物也在不斷的發(fā)生變化[26]，其在緩解植物因礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)脅迫方面有重要作用[23，27]。不同土地利用類型下的八大離子含量及其復(fù)雜的變化特征，可能與葡萄樹、棉花、林地中不同植物在不同生長(zhǎng)時(shí)期的根系分泌物的種類和數(shù)量有關(guān)，也可能與瑪納斯河流域中下游地區(qū)區(qū)域母質(zhì)、水紋、土壤蒸發(fā)、蒸騰作用等有關(guān)。

本研究表明，瑪河流域中下游地區(qū)不同土地利用類型下的土壤離子構(gòu)成以Na+、Ca2+為主，HCO3-、CO32-普遍缺乏，其總體含量依次為：Na+>Ca2+>Mg2+>K+>SO42->Cl->HCO3->CO32-。通過(guò)田間農(nóng)作物和林地植物對(duì)土壤的長(zhǎng)期影響，棉花地、葡萄地、林地的土壤pH值顯著低于荒地而含水率顯著高于荒地，其土壤八大離子含量也均不同程度地低于荒地，這對(duì)該流域鹽堿地的改良、合理灌溉、科學(xué)施肥以及綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)高效發(fā)展均有非常重要的意義。

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