松原灌區(qū)蘇打鹽堿土壤垂向剖面鹽分定位監(jiān)測(cè)研究

許永德，譚曉雪，喬 婷，楊瑞卓

（吉林省松原灌區(qū)工程建設(shè)有限公司，吉林松原138000）

松原灌區(qū)境內(nèi)分布著大量的蘇打鹽堿土。蘇打鹽堿土的成因主要是該區(qū)域特殊的氣候、地質(zhì)、地貌、水文及水文地質(zhì)等自然因素以及人類不合理的生產(chǎn)活動(dòng)等綜合作用的結(jié)果。準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和掌握土壤鹽分在垂向剖面上的空間分布特征和隨時(shí)間的變化不同季節(jié)的變異規(guī)律，對(duì)于松原灌區(qū)蘇打鹽堿地的改良治理具有指導(dǎo)意義。

傳統(tǒng)的土壤鹽分監(jiān)測(cè)一般是用土鉆鉆取土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)分析，比較費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，無(wú)法獲取動(dòng)態(tài)連續(xù)數(shù)據(jù)[1-2]。本研究通過(guò)野外在不同土壤層次設(shè)置鹽分傳感器來(lái)定位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土壤鹽分，獲取連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究土壤垂向剖面鹽分的時(shí)空分布特征以及影響因素。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于松原灌區(qū)試驗(yàn)站內(nèi)（45°10′11″N，124°04′44″E），海拔 129～131m，屬于北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量425．8 mm，集中在7～8月，蒸發(fā)量高達(dá)1800mm。2017年蒸發(fā)量為 1733．4mm，降雨量 480．72mm。淺層地下水陰離子以HCO3-和CO32-為主，陽(yáng)離子以Na+為主，礦化 度 為 0．5～1．5g/L，pH 為 7．5～8．3， 埋 深 年 際 變 化 范 圍 為0．5～2m，土壤耕層平均容重 1．69g/cm3，耕層土壤總孔隙度36%，土壤飽和含水量21%。

表1土壤非凍結(jié)期間鹽分剖面分布描述統(tǒng)計(jì)特征

1.2 研究方法

為了掌握地區(qū)土壤鹽分時(shí)空分布特征，必須進(jìn)行土壤鹽分及相關(guān)影響因素的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)選定點(diǎn)位布置地下水位測(cè)井、自動(dòng)氣象和土壤鹽分監(jiān)測(cè)儀，進(jìn)行地下水位、降雨、蒸發(fā)和土壤鹽分監(jiān)測(cè)。

布置時(shí)間于2017年6月10日開(kāi)始，在埋設(shè)傳感器的地方挖一個(gè)土壤剖面，在土壤剖面 A （0～20cm）、B（20～40cm）、C（40～60cm）、D（60～80cm）層次處用取土鉆水平挖出深約10～20cm的圓孔，將傳感器水平插入直到孔底，再用土填實(shí)壓緊，緊靠保證傳感器的電極面與土壤緊密接觸。傳感器埋設(shè)好之后，將剖面坑按原土層次序和容重回填壓實(shí)，保持和原來(lái)一樣。由于土壤質(zhì)地以及含水量的差異，在土壤里，剛埋設(shè)的傳感器探頭與土壤密實(shí)接觸需要一個(gè)穩(wěn)定時(shí)間，陶瓷孔隙中溶液的濃度與土壤溶液的濃度達(dá)到完全平衡一般需要18h左右。

地下水位用測(cè)盅測(cè)量，每旬測(cè)量1次。相對(duì)高程用水準(zhǔn)儀測(cè)定，高程為131．362m。降雨量、蒸發(fā)量數(shù)據(jù)由自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀下載獲得。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間從2017年7月11日～2018年6月30日。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鹽分的剖面分布特征

土壤鹽分在空間的分布以及隨時(shí)間的變化受各種因素影響，主要受當(dāng)?shù)貧夂?、地形、土壤、植被、水文地質(zhì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等因素綜合作用影響。其中地形、土壤和水文地質(zhì)影響土壤水鹽的空間分布，氣候因素則使土壤水鹽狀況呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)則既影響土壤水鹽的空間分布又影響土壤水鹽的季節(jié)變化[3]。

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)表1），結(jié)果表明：土壤鹽分垂向剖面方向從表層依次向下表現(xiàn)高—低—低—高的分布特征，總體表現(xiàn)為表聚型積鹽。冬季凍結(jié)期間，各剖面層鹽分濃度接近于零。非凍結(jié)期間，剖面A（0～20cm）鹽分?jǐn)?shù)值范圍為 0．50～0．90(g/L)，剖面 B （20～40cm） 鹽分?jǐn)?shù)值范圍為0．38～0．57(g/L)，剖面 C（40～60cm）鹽分?jǐn)?shù)值范圍為 0．16～0．25(g/L)，剖面 D（60～80cm）鹽分?jǐn)?shù)值范圍為 0．27～0．39(g/L)。

2.2 土壤鹽分時(shí)空變化受地下水埋深影響分析

鹽堿地區(qū)地下水一般是指潛水，埋深較淺，加之氣候干旱，降水少，蒸發(fā)量大，地下水的運(yùn)動(dòng)常呈蒸發(fā)垂直入滲蒸發(fā)型，強(qiáng)烈的蒸發(fā)使地下水向土壤表層不斷運(yùn)移，導(dǎo)致所攜帶鹽分在土壤表層積聚。

在潛水蒸發(fā)強(qiáng)烈的干旱區(qū),土壤鹽分與地下水埋深有著密切的關(guān)系。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)的土壤剖面含鹽量和地下水埋深數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明：剖面A（0～20cm）鹽分和地下水埋深隨時(shí)間變化表現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)；剖面B（20～40cm）、剖面C（40～60cm）鹽分和地下水埋深隨時(shí)間變化表現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)；剖面D（60～80cm）鹽分和地下水埋深隨時(shí)間變化表現(xiàn)不顯著負(fù)相關(guān)。

2.3 土壤鹽分時(shí)空變化受蒸發(fā)降雨影響分析

土壤剖面鹽分垂向方面主要受蒸發(fā)和降雨的影響，表現(xiàn)為春秋干旱季節(jié)，強(qiáng)烈蒸發(fā)導(dǎo)致土壤積鹽；夏雨季節(jié)降雨淋溶土壤脫鹽。因此，利用蒸發(fā)降雨數(shù)據(jù)差值來(lái)綜合分析其對(duì)土壤剖面鹽分的影響。

根據(jù)監(jiān)測(cè)的蒸發(fā)和降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算蒸降差，然后對(duì)蒸降差和土壤剖面鹽分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明：蒸降差和土壤剖面鹽分具有一定的正相關(guān)性，但都不顯著，相關(guān)性剖面A＞剖面B＞剖面C＞剖面D。

2.4 土壤各剖面層次凍融時(shí)間

由于凍結(jié)期間，各剖面層鹽分濃度接近于零，由此可以得到土壤各剖面層次凍融時(shí)間順序：土壤表層依次往下結(jié)凍時(shí)間順序?yàn)?017年11月20日、11月25日、12月1日、12月13日；消融時(shí)間自土壤表層依次往下順序?yàn)?018年3月14日、3月28日、4月3日、4月14日。而且土壤融通時(shí)，各層次鹽分皆有一個(gè)明顯上升的波峰。

3 結(jié)論

土壤鹽分垂向剖面方向從表層依次向下表現(xiàn)高—低—低—高的分布特征，總體表現(xiàn)為表聚型積鹽。冬季凍結(jié)期間，各剖面層鹽分濃度接近于零。非凍結(jié)期間，剖面A（0～20cm）鹽分?jǐn)?shù)值范圍為 0．50～0．90(g/L)，剖面 B（20～40cm）鹽分?jǐn)?shù)值范圍為 0．38～0．57(g/L)，剖面 C （40～60cm） 鹽分?jǐn)?shù)值范圍為0．16～0．25(g/L)，剖面 D（60～80cm）鹽分?jǐn)?shù)值范圍為 0．27～0．39(g/L)。

剖面A（0～20cm）鹽分和地下水埋深隨時(shí)間變化表現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)；剖面 B（20～40cm）、剖面 C（40～60cm）鹽分和地下水埋深隨時(shí)間變化表現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)；剖面D（60～80cm）鹽分和地下水埋深隨時(shí)間變化表現(xiàn)不顯著負(fù)相關(guān)。

蒸降差和土壤剖面鹽分具有一定的正相關(guān)性，但都不顯著，相關(guān)性剖面A＞剖面B＞剖面C＞剖面D。

土壤表層依次往下結(jié)凍時(shí)間順序?yàn)?017年11月20日、11月25日、12月1日、12月13日；消融時(shí)間自土壤表層依次往下順序?yàn)?2018年 3月 14日、3月 28日、4月 3日、4月 14日。而且土壤融通時(shí)，各層次鹽分皆有一個(gè)明顯上升的波峰。