新疆克里雅綠洲土壤鹽分、pH和鹽基離子空間異質(zhì)性分析①

阿斯古麗·木薩，阿不都拉·阿不力孜，瓦哈甫·哈力克*，依力亞斯江·努爾麥麥提，盧龍輝，普拉提·莫合塔爾

(1 新疆大學(xué)旅游學(xué)院，烏魯木齊 830049； 2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；3 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046)

新疆克里雅綠洲土壤鹽分、pH和鹽基離子空間異質(zhì)性分析①

阿斯古麗·木薩1,2，阿不都拉·阿不力孜1,2，瓦哈甫·哈力克1,2*，依力亞斯江·努爾麥麥提2,3，盧龍輝2,3，普拉提·莫合塔爾1,2

(1 新疆大學(xué)旅游學(xué)院，烏魯木齊 830049； 2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；3 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046)

以克里雅綠洲鹽漬化土壤為研究對(duì)象，以野外調(diào)查與實(shí)地?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用空間自相關(guān)分析與徑向基函數(shù)插值法，定量分析了克里雅綠洲土壤的含鹽量、pH及鹽基離子的空間異質(zhì)特征。結(jié)果表明：綠洲鹽漬土表聚性強(qiáng)、呈堿性，土壤含鹽量從南至北呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)。土壤含鹽量、Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Cl-、SO2-4均屬于強(qiáng)空間變異，HCO-3屬于中等強(qiáng)度的空間變異，而pH屬極弱變異。土壤鹽分含量、pH和鹽基離子的Moran’s I指數(shù)均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，研究區(qū)土壤含鹽量、pH與鹽基離子在空間上呈現(xiàn)低聚集性。Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示，土壤鹽分含量與Na+、K+、Cl-和SO2-4含量具有強(qiáng)正相關(guān)性(P＜0.01)，與Ca2+和Mg2+含量中等程度正相關(guān)(P＜0.05)；土壤pH與土壤含鹽量及鹽基離子含量極弱相關(guān)。該研究結(jié)果可為綠洲水資源合理開(kāi)發(fā)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)可作為鹽漬土改良和沙漠化防治等環(huán)保工作的決策支撐。

土壤鹽分；鹽基離子；空間異質(zhì)性；克里雅綠洲

土壤鹽漬化是表層土壤易溶鹽含量過(guò)高而造成絕大多數(shù)植物難以生長(zhǎng)，土地資源貧瘠退化的現(xiàn)象[1]。根據(jù)成因類型，鹽漬化可分為原生鹽漬化和次生鹽漬化兩種類型。當(dāng)前，鹽漬化與次生鹽漬化已成為全球性問(wèn)題之一，尤其在干旱半干旱地區(qū)極為顯著。土壤鹽漬化不僅制約著干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展，還對(duì)區(qū)域生態(tài)安全構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)[2]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的資料表明，全世界鹽漬化土地的總面積約達(dá)9.5×108hm2，占地球陸地面積的7.26%，其中，我國(guó)鹽漬土面積為1.0×108hm2，約占世界鹽漬土面積的1/10[3]。西部6省區(qū)中，鹽漬土占全國(guó)鹽漬土面積的69.03%，其中新疆鹽漬土積最大[4]，達(dá)到1 336.1×104hm2，包括次生鹽漬化耕地126.4×104hm2[5]，因此，新疆克里雅綠洲土壤質(zhì)量的研究具有重要的科學(xué)意義[6]。

土壤次生鹽漬化對(duì)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)均造成不同程度的影響。尤其在西北綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，由于特殊的地理?xiàng)l件和不合理的水土資源利用方式，使土壤鹽漬化加劇，農(nóng)作物產(chǎn)量驟降，不僅影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，還對(duì)國(guó)家糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1-2,6-7]。通常土壤鹽漬化程度取決于其區(qū)域土壤成分、氣候、水文地質(zhì)等條件及人為因素等因子的影響程度[8]。近30 a來(lái)土壤養(yǎng)分含量的變化，可能主要?dú)w因于耕作制度、長(zhǎng)期施肥等引起土壤肥力和酸堿度的變化[9]。土壤pH是評(píng)價(jià)土壤鹽堿化程度的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)土壤的氧化還原、沉淀溶解、吸附、解吸和配合反應(yīng)起到支配作用[10]。定量分析區(qū)域土壤中鹽分含量、pH與鹽基離子含量的空間異質(zhì)性及其相互關(guān)系可為土壤鹽漬化防治與土地資源管理提供決策依據(jù)[11]。

目前已有諸多研究分析和探討區(qū)域土壤鹽分含量、地下水埋深、電導(dǎo)率、pH間的關(guān)系，所用研究方法主要有遙感(RS)、地理系信息系統(tǒng)(GIS)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法、線性回歸法、多重回歸法和灰色關(guān)聯(lián)分析法[12-18]等。管孝艷等[12]運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS 相結(jié)合的方法，分析了河套灌區(qū)土壤電導(dǎo)率的空間變異特征及地下水埋深對(duì)土壤鹽分分布的影響，并得出該區(qū)域土壤鹽分的空間分異特征。麥麥提吐?tīng)栠d·艾則孜等[18]運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法，對(duì)伊犁河流域土壤鹽分含量與地下水埋深、礦化度、電導(dǎo)率、pH和主要離子進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析。鄧寶山等[14]運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)克里雅綠洲土壤鹽分和地下水埋深的時(shí)空分異特征進(jìn)行了探討。Abliz等[15]采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和地理加權(quán)回歸方法，定量分析了克里雅綠洲土壤含鹽量、地下水埋深、電導(dǎo)率與土地利用/覆被的空間相關(guān)關(guān)系。胡佳楠等[16]對(duì)于田綠洲鹽漬土電導(dǎo)率、含鹽量、pH和含水量的空間異質(zhì)性進(jìn)行了定量分析。賽迪古麗·哈西木[19]等借助統(tǒng)計(jì)軟件，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)特征值等方法對(duì)于田綠洲土壤鹽分分異特征進(jìn)行了分析研究。古麗格娜·哈力木拉提等[20]運(yùn)用相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)克里雅河流域不同時(shí)期土壤含量鹽及pH進(jìn)行了相關(guān)性分析。上述研究運(yùn)用多種研究方法，從不同角度分析了土壤鹽分的異質(zhì)性及其與眾多因子的相關(guān)關(guān)系，然而有關(guān)土壤鹽分、pH及鹽基離子空間聚集特征的研究尚有欠缺。

本文以新疆克里雅綠洲為研究區(qū)，結(jié)合2014年對(duì)研究區(qū)土壤樣品的實(shí)測(cè)分析，采用徑向基函數(shù)插值法、Moran’s I空間自相關(guān)分析法和Pearson相關(guān)分析法，定量分析探討研究區(qū)土壤鹽分含量、pH及鹽基離子含量空間變異與聚集特征及各因子間相關(guān)性。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

克里雅綠洲位于中國(guó)西北部塔克拉瑪干沙漠南緣，昆侖山北麓，是典型的干旱區(qū)綠洲(圖1)。它隸屬新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)，是我國(guó)最貧困的地區(qū)之一。該區(qū)自然條件惡劣，人均耕地面積少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平低，農(nóng)業(yè)可利用水資源貧乏。研究區(qū)地理位置36°47′ ～ 37°11′ N，81°08′ ～ 81°42′ E，總面積為2.1×103km2，南高北低，最高海拔1 495 m，最低海拔1 325 m，具有暖溫帶大陸性干旱氣候，熱量與光照豐富，多年平均氣溫12.4 ?C，≥10 ?C積溫4 340 ?C，年總輻射量達(dá)6.12 × 105J/cm2，年日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)達(dá)2 730 h，多年平均降水量44.7 mm，而多年平均蒸發(fā)量2 498 mm，其蒸降比為54∶1，無(wú)霜期為200 d。研究區(qū)天然植被分布有蘆葦(Phragmites communis)、檉柳(Tamarix spp.)、胡楊(Populus euphratica)、駱駝刺(Alhagi sparisifolia)等?？死镅藕釉从诶錾缴媳┤谒徒邓鹘?jīng)克里雅綠洲消失在塔克拉瑪干沙漠腹地，總長(zhǎng)約為700 km。縣城灌區(qū)面積為448 km2，其農(nóng)業(yè)引水量為6.38 × 108m3/a，其中地下水引水量為5.04 ×106m3/a[21]。平坦的地形，使地下水流速減緩，埋深變淺。因潛水大面積溢出，使得該區(qū)域形成了沼澤、濕地和片狀鹽漬化土壤。在農(nóng)灌區(qū)范圍內(nèi)，地下水埋深的年內(nèi)變化幅度為 0.25 ～ 1.4 m。因高溫干燥的氣候，地下水蒸發(fā)量大，導(dǎo)致潛水含鹽量增高，礦化度約為 3 ～ 10 g/L，隨之水質(zhì)變差。綠洲土壤主要為草甸土和棕漠土，種植業(yè)、林果業(yè)和畜牧養(yǎng)殖業(yè)等多種土地利用/覆被類型集中分布在人口密集、土壤條件較好、地勢(shì)平坦的沖洪積綠洲平原。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣本采集及處理 根據(jù)克里雅綠洲景觀空間分布特征、土壤鹽漬化程度空間差異性、土地覆蓋與土地利用類型等特征，于2014年7月中旬在綠洲內(nèi)部與綠洲-荒漠交錯(cuò)帶內(nèi)選擇95個(gè)典型點(diǎn)位進(jìn)行土壤樣本采集(圖1)，其中耕地采樣點(diǎn)45個(gè)，交錯(cuò)帶采樣點(diǎn)50個(gè)，采樣點(diǎn)間隔為1.5 ～ 5 km不等，并在各點(diǎn)位取0 ～ 20 cm深度的表層土樣，裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室。采用土壤學(xué)分析方法對(duì)土樣進(jìn)行土壤性質(zhì)(Ca2+、Mg2+、SO2-4、HCO-3、Cl-、Na+、K+、pH及含鹽量)的測(cè)定。依據(jù)土壤鹽漬化程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，參照新疆水利廳制定的《新疆縣級(jí)鹽堿地改良利用規(guī)劃工作大綱》，將自然風(fēng)干的土樣碾碎過(guò)篩(2 mm)，取50 g土樣與250 ml 蒸餾水混合，經(jīng)浸泡和振動(dòng)使土壤鹽分充分溶解再進(jìn)行土壤鹽分及組分和pH等的測(cè)定[22]。其中，含鹽量利用Orion 115A+儀器測(cè)定；pH(水土比2.5∶1)采用LP115pH-meter酸度計(jì)法測(cè)定；HCO-3采用雙指示劑中和法測(cè)定；Cl-采用AgNO3滴定法測(cè)定；SO2-4采用EDTA間接滴定法測(cè)定；Ca2+和Mg2+采用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定；Na+和K+采用差減法求得。

1.2.2 空間自相關(guān)性分析法 空間自相關(guān)分析是檢測(cè)確定某一環(huán)境變量在空間上是否相關(guān)及其相關(guān)程度大小的一種統(tǒng)計(jì)方法，通常用空間自相關(guān)系數(shù)來(lái)刻畫(huà)地理變量空間上的依賴關(guān)系[23]，即空間自相關(guān)系數(shù)常用來(lái)衡量物理或生態(tài)學(xué)變量的空間分布特征及其對(duì)領(lǐng)域的影響程度。空間自相關(guān)分析在地理統(tǒng)計(jì)學(xué)科中應(yīng)用的較多并已有多種指數(shù)，其中最主要的兩種指數(shù)是Moran’s I和Geary’s c。Moran’s I分為全域型和區(qū)域型兩種，本文將選用全域性Moran’s I指數(shù)來(lái)度量研究區(qū)土壤含鹽量、pH和鹽基離子的空間分布特征并進(jìn)行全局性空間自相關(guān)檢驗(yàn)。

1.2.3 徑向基函數(shù)插值法 徑向基函數(shù)法(radial basis function，RBF)是一種確定性插值方法，是以平滑度為基礎(chǔ)，由已知采樣點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建表面，并把比樣點(diǎn)高或低的未知點(diǎn)的值預(yù)測(cè)出來(lái)的方法。它是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中的一種，其方法是待測(cè)點(diǎn)與樣本點(diǎn)之間的歐氏距離作為自變量的函數(shù)，以徑向函數(shù)為基函數(shù)，通過(guò)線性疊加構(gòu)造出近似模型。常用的5種基函數(shù)為反轉(zhuǎn)多重二次曲面、多重二次曲面、張力樣條、完全規(guī)則樣條和薄板樣條[25]。

圖1 克里雅綠洲土壤采樣點(diǎn)分布與土壤鹽分、pH和鹽基離子的空間分布Fig.1 Distribution of soil sampling sites, soil salt, pH, and base cations in Keriya Oasis

其逼近函數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：φ(t), t≥0是一個(gè)不確定的實(shí)值函數(shù)，即上述5種徑向基函數(shù)之一，表示歐氏距離，αi是待定系數(shù)，點(diǎn)xi是徑向基函數(shù)逼近的節(jié)點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鹽分、pH與鹽基離子的描述性統(tǒng)計(jì)分析

土壤樣品的理化分析結(jié)果(表1)表明，研究區(qū)土壤含鹽量平均值為9.24 g/kg，最大值為59.90 g/kg，最小值是0。通常土壤總鹽量是土壤溶液中各鹽基離子之和，用以表示土壤鹽漬化水平的高低[22]。根據(jù)我國(guó)鹽漬化土壤分類標(biāo)準(zhǔn)[26]，研究區(qū)土壤鹽分屬于重度鹽漬化土壤。

研究區(qū)土壤鹽基離子各陰離子在表層土壤中的平均含量從大到小依次為 Cl-＞ HCO-3＞ SO2-4，各陽(yáng)離子平均含量從大到小依次為 Na+＞ Ca2+＞ Mg2+＞K+。其中，鹽基離子組成陰離子以Cl-為主，陽(yáng)離子以Na+為主，因此，研究區(qū)鹽分類型主要為氯化鹽。從變異系數(shù)大小來(lái)看，土壤鹽基離子空間變異性較顯著。Na+與Cl-的變化幅度遠(yuǎn)大于其他因子，pH的變化幅度最小。變異系數(shù)(CV)反映隨機(jī)變量的離散程度，一般認(rèn)為CV≤0.1為弱變異性；0.1＜CV＜1為中等變異性；CV≥1為強(qiáng)變異性[24]。土壤鹽基離子中陽(yáng)離子變異系數(shù)范圍為1.04 ～ 1.53；陰離子含量變異系數(shù)范圍為0.27 ～ 1.52。土壤鹽基離子中Na+變異系數(shù)最大為1.53，HCO-3變異系數(shù)最小為0.27，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4均具有強(qiáng)變異性，而pH變異系數(shù)極小，變異性非常弱。

表1 土壤鹽分、pH與鹽基離子的描述性統(tǒng)計(jì)分析Table 1 Descriptive statistics of soil salt, pH and base cations

2.2 土壤鹽分、pH與鹽基離子的空間分布格局

利用土壤鹽分、pH與鹽基離子含量的數(shù)據(jù)，采用徑向基函數(shù)插值法對(duì)其進(jìn)行插值并探討各因子的空間分布特征。

2.2.1 土壤鹽分、pH與鹽基離子的徑向基函數(shù)分析 本研究每次隨機(jī)抽取90個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)建立各個(gè)離子的空間分布預(yù)測(cè)模型，剩余5個(gè)樣點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值的誤差，這樣重復(fù)10次，即k=10。每次建模和驗(yàn)證的數(shù)據(jù)均隨機(jī)抽取，可保證驗(yàn)證過(guò)程的客觀性。整個(gè)驗(yàn)證過(guò)程由ArcGIS10.0完成。在最終插值方法選擇時(shí)，選取預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值之間預(yù)測(cè)誤差均值(ME)最接近于0且均方根預(yù)測(cè)誤差(RMSE)最小的插值方法。本研究主要以土壤鹽分、pH與鹽基離子為對(duì)象比較交叉驗(yàn)證結(jié)果(表2)。由表2可見(jiàn)，徑向基函數(shù)交叉驗(yàn)證法的ME和RMSE均大體上符合插值方法選擇標(biāo)準(zhǔn)，其中K+、Cl-其RMSE略微偏高。最優(yōu)理論變異函數(shù)模型及最適空間插值方法保證了空間模擬過(guò)程的準(zhǔn)確性，因而最終的研究區(qū)土壤鹽分、pH與鹽基離子空間變異特征分析結(jié)果與區(qū)域?qū)嶋H將更吻合。

表2 土壤鹽分、pH與鹽基離子的徑向基交叉驗(yàn)證結(jié)果Table 2 Results of radial basis cross-validation of soil salt, pH and base cations

2.2.2 土壤鹽分、pH與鹽基離子的空間分布 研究區(qū)土壤鹽分含量從南至北方向呈逐步增大趨勢(shì)(圖1)。土壤含鹽量在不同的土地利用方式下均呈現(xiàn)明顯的表層富集現(xiàn)象。即使在同一種土地利用方式下，不同深度的土壤含鹽量隨土層深度的變化而變化，其中荒漠灌溉和鹽堿草地對(duì)鹽分的富集能力明顯高于耕地和林業(yè)用地。研究區(qū)土壤鹽分含量的空間分布除主要受地形(南高北低)因子的影響外，耕地與河流區(qū)位在一定程度上影響表層鹽分聚集。農(nóng)業(yè)耕地及周?chē)鷧^(qū)域，因農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)業(yè)開(kāi)荒等農(nóng)耕措施導(dǎo)致周?chē)叵滤裆罴捌浜}量增加，但其表層土壤鹽分含量極低，且存在極輕度鹽漬化現(xiàn)象。在英巴格鄉(xiāng)、希吾勒鄉(xiāng)和拉依蘇良種場(chǎng)耕地區(qū)域存在輕度到中度土壤鹽漬化現(xiàn)象，而在喀爾克鄉(xiāng)耕作的部分地帶出現(xiàn)重度鹽漬化現(xiàn)象。研究區(qū)重度鹽漬化和鹽土分布中心主要集中在耕地北部的交錯(cuò)帶以及沙漠地帶，即喀爾克鄉(xiāng)西南部交錯(cuò)帶，希吾勒鄉(xiāng)以東的交錯(cuò)帶及荒漠區(qū)。除此之外，由于克里雅河流上游區(qū)域具有土壤鹽分輸送至下游的搬運(yùn)作用，而鹽分卻聚集在下游表層土壤。克里雅河上游到下游，其河流周?chē)寥篮}量依次逐步增大。在南高北低的地形和農(nóng)業(yè)灌溉排水及河流運(yùn)送作用下，土壤鹽分隨地表水、土壤水和地下水通往綠洲南部的綠洲-荒漠交錯(cuò)帶和荒漠帶流動(dòng)，并在強(qiáng)烈蒸散發(fā)作用下易出現(xiàn)表層土壤積鹽現(xiàn)象，使得表層土壤鹽分含量逐年增加，土壤鹽漬化程度加大。

隨著土層深度的增加，不同土地利用方式下的土壤pH差異越顯著，且在耕地和林地利用方式下pH有增加趨勢(shì)，而在荒漠灌叢和鹽堿草地下pH略有下降。研究區(qū)表層土壤pH呈堿性(圖1)，其中弱堿性(7.7 ～8.3)土壤主要分布在綠洲內(nèi)部的耕地區(qū)域，即于田縣、木尕拉鎮(zhèn)等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)等，在該區(qū)域，因土壤特性，其土地利用類型主要是農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)。在英巴格鄉(xiāng)、希吾勒鄉(xiāng)等5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕作地帶土壤酸堿度呈中度堿性(8.4 ～ 8.9)?？柨肃l(xiāng)灌溉渠南部東西兩側(cè)土壤呈較強(qiáng)堿性(9.0 ～ 10.0)，其北部交錯(cuò)帶區(qū)域土壤呈弱堿性且隨著北部荒漠方向其堿性逐步增強(qiáng)，鹽堿化、土地退化愈加嚴(yán)重，研究區(qū)農(nóng)田南部區(qū)域土壤呈弱堿性。

K+和Na+含量空間分布趨勢(shì)基本一致(圖1)。在于田縣、木尕拉鎮(zhèn)等6鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地區(qū)域K+與Na+含量均較低，在斯也克鄉(xiāng)和希吾勒鄉(xiāng)以北的交錯(cuò)帶及荒漠區(qū)二者含量較高且均勻分布。從克里雅河的流向來(lái)看，從上游到下游兩者含量依次增大。從二者空間分布看出，其最大的差異出現(xiàn)在喀爾克鄉(xiāng)西部、西南部和拉依蘇良種場(chǎng)以西區(qū)域，即K+含量較大，而Na+含量較小。

Cl-含量從東南往西北方逐步增大(圖1)，Cl-含量最大值集中區(qū)域分布在斯也克鄉(xiāng)以北和希吾勒鄉(xiāng)以北的區(qū)域；從克里雅河上游到下游，Cl-含量逐步增大，但研究區(qū)大部分灌溉區(qū)土壤Cl-含量較低。HCO-3含量空間分布較雜亂，其最小值聚集區(qū)在東南和西南郊區(qū)域，高含量集中區(qū)分布在希吾勒鄉(xiāng)及英巴格鄉(xiāng)南區(qū)域。SO2-4含量從東南往西北方向逐步增大，其中，SO2-4含量最大值集中區(qū)分布在斯也克鄉(xiāng)以北和喀爾克鄉(xiāng)以西區(qū)域；從克里雅河上游到下游其含量逐步增大，研究區(qū)內(nèi)大部分灌溉區(qū)土壤SO2-4含量均較低。

2.3 土壤鹽分、pH與鹽基離子的空間聚集特征

空間自相關(guān)分析是不同變量在同一個(gè)分布區(qū)內(nèi)的觀測(cè)數(shù)據(jù)之間潛在的相互依賴性。土壤含鹽量、pH與鹽基離子Moran’s I空間自相關(guān)性分析及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果(表3)表明，土壤含鹽量、pH與鹽基離子的Moran’s I指數(shù)值分別為0.124、0.118、0.190、0.196、0.087、0.135、0.192、0.339和0.115，且均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明研究區(qū)土壤含鹽量、pH與各鹽基離子在空間上呈現(xiàn)較低的空間聚集性。

表3 土壤鹽分含量、pH與鹽基離子的莫蘭指數(shù)與顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 Moran’s Indexes and significance test results of soil salt content, pH and base cations

土壤鹽分含量、pH與各鹽基離子在不同距離尺度下的Moran’s I空間自相關(guān)性界線各不相同(圖2)。其中，含鹽量空間自相關(guān)性隨著距離的增加而急劇減弱，其分界在距離12.43 ～ 14.05 km，其增加趨勢(shì)趨于平緩并呈現(xiàn)一定的規(guī)律。pH的空間自相關(guān)性在距離該變量的38.35 ～ 39.25 km，其自相關(guān)性的趨勢(shì)隨著距離的增加而逐步減弱。K+的自相關(guān)性分界出現(xiàn)在距離13.62 ～ 14.43 km，其自相關(guān)性的趨勢(shì)隨著距離的增加而急劇減弱。Ca2+的自相關(guān)性分界在距離31.35 ～ 32.12 km，其自相關(guān)性的趨勢(shì)隨著距離的增加而急劇減弱。Na+自相關(guān)性界限出現(xiàn)在距離21.58～ 22.01 km，其自相關(guān)性的趨勢(shì)隨著距離的增加趨于平緩。Mg2+空間自相關(guān)性分界出現(xiàn)在距離39.56 ～40.43 km。Cl-的自相關(guān)性分界在距離29.63 ～ 30.01 km，其自相關(guān)性的趨勢(shì)隨著距離的增加而減弱。SO2-4的空間自相關(guān)性界限出現(xiàn)于距離13.87 ～ 14.23 km，其自相關(guān)性的趨勢(shì)隨著距離的增加而急劇減弱。HCO-3的空間自相關(guān)性分界在距離9.86 ～ 10.42 km，其自相關(guān)性的趨勢(shì)隨著距離的增加而急劇減弱。

圖2 Moran’s I 系數(shù)隨距離的變化Fig. 2 Variation of Moran’s I coefficient with distance

土壤鹽分含量、pH與鹽基離子的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果(表4)表明，土壤鹽分含量與Na+、K+、Cl-和SO2-4含量具有強(qiáng)正相關(guān)性(P＜0.01)，與 Ca2+和Mg2+中等程度正相關(guān)(P＜0.05)。土壤 pH 與其他因子呈極弱相關(guān)。土壤鹽基離子含量中，Na+與 K+和Cl-間存在極強(qiáng)正相關(guān)性(P＜0.01)；K+與 Cl-間存在極強(qiáng)正相關(guān)性(P＜0.01)，與Mg2+和SO2-4含量具有中等正相關(guān)性(P＜0.01)，與Ca2+含量中等程度正相關(guān)(P＜0.05)；SO2-4與Mg2+具有極強(qiáng)正相關(guān)性(P＜0.01)，與Ca2+強(qiáng)正相關(guān)(P＜0.01)，與Cl-存在中等程度正相關(guān)性(P＜0.01)；Mg2+與Ca2+存在極強(qiáng)正相關(guān)性(P＜0.01)，與Cl-存在中等強(qiáng)度正相關(guān)性(P＜0.05)；Ca2+與Cl-存在中等強(qiáng)度正相關(guān)性(P＜0.05)。

表4 土壤鹽分含量、pH與鹽基離子的Pearson相關(guān)性分析Table 4 Pearson correlation analysis of soil salt, pH and base cations

3 結(jié)論

1) 克里雅綠洲表層土壤中各鹽基陰離子平均含量從大到小依次為 Cl-＞ HCO-3＞ SO2-4，各鹽基陽(yáng)離子平均含量從大到小依次為 Na+＞ Ca2+＞ Mg2+＞ K+。鹽基陰離子組成以Cl-為主，鹽基陽(yáng)離子組成以Na+為主，因此，研究區(qū)鹽分類型主要為氯化鹽。

2) 研究區(qū)土壤鹽分含量從南至北呈逐步增大趨勢(shì)。土壤含鹽量空間分布除受地形因子影響外，耕地面積和河流分布等在一定程度上影響土地利用類型，土壤鹽分呈現(xiàn)不等程度的聚集現(xiàn)象。受地形、土地類型影響，重度鹽漬化土壤和鹽土集中分布在耕地北部交錯(cuò)帶和荒漠區(qū)。

3) 研究區(qū)土壤含鹽量、pH與鹽基離子的Moran’s I指數(shù)值分別為0.124、0.118、0.190、0.196、0.087、0.135、0.192、0.339和0.115，且均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明研究區(qū)土壤含鹽量、pH與各鹽基離子在空間上呈現(xiàn)較低的空間聚集性。

4) Pearson相關(guān)分析表明，土壤鹽分含量與 Na+、K+、Cl-和 SO2-4含量具有強(qiáng)正相關(guān)性(P＜0.01)，說(shuō)明鹽漬化土壤主要為氯化鹽和硫酸鹽積聚。

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Spatial Heterogeneity of Soil Salinity, pH and Base Cations in Keriya Oasis of Xinjiang

Asigul MUSA1,2, Abdulla ABLIZ1,2, Wahap HALIK1,2*, Ilyas NURMEMET2,3,LU Longhui2,3, Polat MUHTAR1,2
(1 College of Tourism, Xinjiang University, Urumqi 830049, China; 2 Key Laboratory of Oasis Ecology, Ministry of Education, Xinjiang University, Urumqi 830046, China; 3 College of Resources and Environmental Sciences,Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

In this paper, the spatial distribution characteristics of soil salinity, pH value and soluble salt ions in the Keriya Oasis were analyzed using spatial autocorrelation and radial basis function interpolation method. The results showed that saline soil had a strong surface aggregation and alkalinity, and soil salt content increased gradually from south to north. The variation coefficients of soil salinity, Mg2+, Na+, Ca2+, K+, Cl-and SO2-4showed high variance, HCO-3showed medium variance, and pH showed low variance. The Moran’s I for soil salinity, pH and base cations were lower than 0.4, indicating these variables were low spatially clustered and autocorrelated. Strong positive correlations were observed between soil salinity and Na+, K+, Cl-, SO2-4(P＜0.01), indicating that saline soils are mainly composed of chlorate and sulphate. There was moderate positive correlation between soil salinity and Ca2+and Mg2+contents (P＜0.05). Soil pH had very weak correlations with soil salinity and soluble ions.The above results provide scientific basis for the rational exploitation of water resources and the sustainable development of oasis agriculture, and are helpful to the decision support for the improvement of saline soils and the prevention and control of desertification.

Soil salinity; Base cations; Spatial heterogeneity; Keriya Oasis

K90

A

10.13758/j.cnki.tr.2017.05.023

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金聯(lián)合項(xiàng)目(41561089，41461111，U1138303)資助。

* 通訊作者(hwahap@xju.edu.cn)

阿斯古麗·木薩(1990—)，女，新疆且末人，碩士研究生，主要從事自然地理學(xué)和旅游可持續(xù)發(fā)展相關(guān)研究。E-mail：asigulmusa@126.com