土壤鹽堿化的空間變異性研究進展

張錦新　李慧　鄭愷雯　陳小玲

[摘要]土壤鹽堿化是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要障礙之一，已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的重要課題。不同地區(qū)的土壤鹽堿化程度存在高度的空間變異性，這就加大了鹽堿地治理與改良的難度。為了更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，本文初步探討了在鹽堿地的治理過程中，地統(tǒng)計學(xué)方法在土壤鹽堿化的空間變異研究中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明，使用該方法既能降低土壤中硝酸根的含量、提高氮肥利用效率，又能改善土壤結(jié)構(gòu)，進而從根本上解決土壤次生鹽堿化問題。

[關(guān)鍵詞]鹽堿化；土壤；空間變異；地統(tǒng)計學(xué)

中圖分類號：S156.4 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180827

據(jù)聯(lián)合國教科文組織和聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的不完全統(tǒng)計，全世界鹽堿地面積已達9.55438億公頃。中國科學(xué)院南京土壤研究所最新研究顯示，我國各種類型的鹽漬土總量為9913.3萬公頃。

堿土和堿化土壤的形成與土壤中碳酸鹽的累積有著密切的關(guān)系，植物在土壤鹽堿化嚴重的地區(qū)幾乎不能生存。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因土壤鹽堿化造成的直接經(jīng)濟損失高達25億元。土壤鹽堿化已成為重要的環(huán)境問題之一，是引起土地退化、土地荒漠化的主要誘導(dǎo)因素之一，也是土地資源利用和開發(fā)最主要的障礙。

鹽堿地的出現(xiàn)受區(qū)域性因素的影響較大，其鹽分組成及離子比例具有明顯的地域特點，積鹽、脫鹽過程以及鹽分組成隨生物、氣候、地帶性土壤的不同存在較大差異。探討鹽堿土理化性質(zhì)的空間分布特征，為進一步開展區(qū)域土壤治理及調(diào)整各項農(nóng)業(yè)管理措施和物質(zhì)提供支撐，是有效進行綜合治理的前提和基礎(chǔ)，其中地統(tǒng)計學(xué)方法在空間變異分析中發(fā)揮著重要的作用。本文綜述了土壤鹽堿化空間異質(zhì)性研究的進展與相關(guān)理論，以期為鹽堿土的研究提供科學(xué)參考。

1土壤鹽堿化及其治理研究

土壤的鹽堿化過程主要是因為土壤中大量的鹽堿性離子累積造成土壤的鹽堿化（鹽漬化），分為pH值在7.1～8.5的輕度鹽堿化、pH值在8.5～9.5的中度鹽堿化和pH值為9.5以上的重度鹽堿化。鹽堿土的形成主要受自然和人類活動的影響，雖然自然因素（如氣候、地形、土壤母質(zhì)、水文等）是導(dǎo)致鹽堿土形成的本質(zhì)原因，但是人為因素（如農(nóng)業(yè)過度開墾、不合理灌溉、植被破壞等）在極大程度上加快了其形成過程。

目前，圍繞鹽堿地改良與利用的研究較多，尤其是如何在鹽堿地上實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高效利用已成為研究熱點。國內(nèi)外學(xué)者主要從鹽堿地的形成原因、分布特征、對植被的影響、改良措施等方面開展了大量的研究工作，反映了土壤與環(huán)境之間的相互關(guān)系?，F(xiàn)階段，有關(guān)濱海地區(qū)鹽堿地的改良與治理技術(shù)通?？梢愿鶕?jù)改良措施的不同分為物理、化學(xué)、生物和綜合改良方法等幾個方面。不同的方法均有各自的優(yōu)缺點，不同地區(qū)由于土壤鹽堿化程度、性質(zhì)等的不同，其具體適合的改良措施也不盡相同。然而，在鹽堿地的治理與改良上由于存在盲目借鑒的問題，收效甚微，因此針對不同地區(qū)的鹽堿地及其環(huán)境特點，研究適合當(dāng)?shù)氐柠}堿地治理與改良方法非常必要。

石膏、磷石膏、沸石等物質(zhì)在改良鹽堿地的研究中被廣泛采用，其中石膏是利用Ca²⁺交換土壤中的Na⁺達到改良效果，并被認為是相對安全的材料，不過在福建濱海鹽堿地治理中很少有相關(guān)報道。生物炭能改善土壤結(jié)構(gòu)、過濾灌溉水中的鹽基離子并激發(fā)土壤微生物群落的活性。楊東研究了秸稈還田模式對濱海鹽漬地的改良效果，表明秸稈深埋可以破壞土壤毛細管的連續(xù)性，降低潛水的蒸發(fā)，減少深層土壤鹽分向表層的運移，增加水分下滲，提高脫鹽系數(shù)，保墑抑鹽的效果顯著，對消除鹽堿障礙有明顯的效果，秸稈還田還可以減少焚燒處理帶來的環(huán)境污染。此外，許多企業(yè)研究生產(chǎn)了各種土壤改良劑，這些改良劑多由多種材料混合而成，經(jīng)過實踐證實具有不錯的改良效果。符鮮等研究了鹽漬化土壤優(yōu)化磷配比下施氮水平對土壤水鹽及產(chǎn)量的影響，通過田間試驗研究了鹽漬化灌區(qū)基于優(yōu)化磷配比下不同的施氮水平（N0、N1、N2、N3）對套作小麥、玉米土壤水鹽及產(chǎn)量的影響及其之間的關(guān)系。結(jié)果表明，在優(yōu)化磷配比下，套作小麥、玉米土壤含水率、鹽分都隨施氮水平的提高呈先降低后增加的趨勢，N2、P2處理時土壤含水率、鹽分最低；套作小麥、玉米的產(chǎn)量隨著施氮水平的提高而先增加后降低，并且N2、P2處理下的小麥、玉米產(chǎn)量最大，合理的氮磷配施（N2、P2）可以提高作物對水分和養(yǎng)分的利用率，增加作物的產(chǎn)量。施氮水平與土壤含水率之間呈顯著負相關(guān)（P<0.05），與土壤鹽分的相關(guān)性為極顯著負相關(guān)（P<0.01），與產(chǎn)量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。這樣的研究結(jié)果對合理地制定施肥方案，調(diào)控土壤水鹽含量，實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，減少環(huán)境污染及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)作用。

可以根據(jù)改良措施的不同將治理方法分為物理、化學(xué)、生物和綜合改良，不同地區(qū)由于土壤鹽堿化程度、性質(zhì)不同，其具體適合的改良措施也不盡相同。

2地統(tǒng)計學(xué)及其空間變異性研究

地統(tǒng)計又稱地質(zhì)統(tǒng)計，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)是20世紀六七十年代發(fā)展起來的一門新興的數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)科的分支。自從20世紀60年代G.Matheron創(chuàng)建了地統(tǒng)計學(xué)方法后，國內(nèi)外開展的精準農(nóng)業(yè)實踐及土壤科學(xué)研究中便逐漸引入空間變異性理論及地統(tǒng)計學(xué)的區(qū)域化變量理論，尤其是在土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、水分特征、狀態(tài)參數(shù)、重金屬及其他元素的空間變異的實踐與研究中。20世紀80年代后，T.M.Burgess等將區(qū)域化變量理論和Kriging估值方法引入了土壤科學(xué)的研究，成為土壤科學(xué)的重要研究內(nèi)容。到目前為止，該研究內(nèi)容一直是土壤科學(xué)的研究熱點之一。地統(tǒng)計學(xué)已經(jīng)被證實是分析土壤特性空間分布特征及其變異規(guī)律最有效的方法之一，主要探索空間分布特征及其變異規(guī)律。由于土壤鹽堿化指標數(shù)據(jù)具有空間結(jié)構(gòu)性和隨機性的特點，因而地統(tǒng)計學(xué)是研究空間分異的有效方法。顧鑫等以東北松嫩平原鹽堿化土壤為研究對象，基于地統(tǒng)計學(xué)分析了田塊尺度鹽堿土特性，結(jié)果表明土壤的電導(dǎo)率、pH值、容重、孔隙度、含水量及飽和持水量存在顯著的空間分異，為鹽堿地綜合利用、土壤資源可持續(xù)利用及生態(tài)環(huán)境保護提供了更加科學(xué)的理論依據(jù)。

3結(jié)論

土壤鹽堿化是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要障礙之一，土壤鹽堿度的隨機性分布、高度空間變異性加大了農(nóng)田土壤改良及培肥的難度。研究土壤鹽堿化的空間變異性，有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)各項管理措施和物質(zhì)投入。地統(tǒng)計學(xué)是研究空間異質(zhì)性的良好方法。