洛陽煙區(qū)典型土壤鹽分剖面分布特征分析

馬 靜，劉曉涵，韓秋靜，趙世民，王 惠，馬君紅，李應(yīng)斗，于建軍，葉協(xié)鋒*

1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院 國家煙草栽培生理生化研究基地 煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州市文化路95號 450002

2.河南省煙草公司洛陽市公司，河南省洛陽市洛龍區(qū)開元大道246號 471000

3.云南省煙草公司保山市公司，云南省保山市正陽北路186號 678000

土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)影響農(nóng)作物生產(chǎn)的主要環(huán)境問題之一，也是干旱與半干旱地區(qū)最廣泛的問題之一［1-2］。鹽漬土的發(fā)生受區(qū)域性因素影響較大，其鹽分組成及離子比例具有明顯的地域特點(diǎn)，積鹽、脫鹽過程及鹽分組成隨生物、氣候、地帶性土壤發(fā)生過程的不同存在較大差異［3-4］。近年來，由于農(nóng)藥的濫用及灌溉、施肥方式的不合理，土壤鹽漬化越來越普遍，嚴(yán)重影響了農(nóng)作物的生長發(fā)育［5］。土壤中常見的鹽分包括 Ca2+、Mg2+、Na+、K+4種陽離子和、、Cl-和4種陰離子。土壤鹽分在土壤中含量、分布規(guī)律以及聚集特征決定了土壤鹽漬化等級，土壤鹽分在土壤剖面的聚類分布特征是氣候變化、地形變化以及人為因素作用于鹽分運(yùn)移的綜合反映，在一定程度上反映了土壤剖面的鹽漬化程度和狀態(tài)［6］。因此，研究鹽分在土壤剖面中的分布可為煙田灌溉、排水、優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。洛陽煙區(qū)是河南省主產(chǎn)煙區(qū)之一，常年種煙面積近 2×104hm2［7］，植煙土壤以褐土和紅黏土為主［8］，其中紅黏土主要分布在宜陽、嵩縣、洛寧、汝陽、伊川等地，黃土質(zhì)褐土主要分布在宜陽、新安等地［9］。干旱是洛陽煙區(qū)的主要災(zāi)害性天氣，發(fā)生范圍廣、出現(xiàn)頻率高、持續(xù)時(shí)間較長［10］。毛海濤等［11］、解衛(wèi)海等［12］研究提出，在新疆等干旱半干旱地區(qū)，干旱發(fā)生時(shí)土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)度大，導(dǎo)致地表鹽分不斷積累，鹽分濃度增加。而在洛陽煙區(qū)相關(guān)的研究則鮮見報(bào)道。為此，調(diào)查了洛陽煙區(qū)褐土和紅黏土兩種主要土壤類型0~100 cm土層鹽離子的分布特征，以期為合理施肥、優(yōu)化灌溉，減少土壤鹽分危害和改善煙葉品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洛陽煙區(qū)位于河南省西部，黃河中下游，其地貌主要有山地、丘陵、平原三大類型，屬溫帶季風(fēng)氣候。該區(qū)域春季干旱大風(fēng)多，夏季炎熱降雨集中，年平均氣溫14.8℃，年均降水量578.2 mm，年均蒸發(fā)量1 200 mm，年均日照時(shí)數(shù)為2 291.6 h，日照率為 52%，無霜期218 d［13］。

1.2 土壤樣品的采集與分析

2017年3月20~24日于煙田整地施肥前，在洛陽煙區(qū)的汝陽、嵩縣、洛寧和宜陽4個(gè)主產(chǎn)縣取樣。根據(jù)土壤類型在每個(gè)縣選取5個(gè)有代表性的植煙片區(qū)，地貌類型均為丘陵，共設(shè)置20個(gè)采樣點(diǎn)。其中，紅黏土16個(gè)，黃土質(zhì)褐土4個(gè)。在每個(gè)取樣點(diǎn)選取土壤剖面0~100 cm，以20 cm為一個(gè)土層進(jìn)行樣品采集，共采集100個(gè)樣品，并將采集的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后過篩，備用。

采用pH計(jì)（1∶5的土水比浸提液）電位法測定土壤pH；采用EDTA滴定法測定土壤中各鹽分離子Ca2+、Mg2+和含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；采用雙指示劑中和滴定法測定和含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；采用硝酸銀滴定法測定Cl-含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；采用火焰分光光度計(jì)法測定Na+和K+含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）［14］。土壤水溶性鹽分總量（g/kg）為7種鹽離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和。

根據(jù)土壤鹽漬化分級標(biāo)準(zhǔn)［15］，將土壤鹽分含量分為5個(gè)等級：＜1.0 g/kg屬于非鹽漬化土；1.0~2.0 g/kg屬于輕度鹽漬化土；2.0~4.0 g/kg屬于中度鹽漬化土；4.0~6.0 g/kg屬于重度鹽漬化土；＞6.0 g/kg屬于鹽土。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010和SPSS20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鹽分含量狀況

2.1.1 土壤鹽分離子剖面分布狀況

研究區(qū)土壤樣品鹽分狀況如表1所示。在20個(gè)取樣點(diǎn)及其5個(gè)土壤剖面層的100個(gè)土壤樣品中，土壤pH介于7.58~7.94之間，屬于堿性。鹽分陽離子以Ca2+為主，占陽離子總量的52.50%~58.40%，陰離子以為主，占陰離子總量的94.10%~95.62%。在0~40 cm土層中Ca2+含量隨土層深度增加逐漸降低，40~100 cm土層中隨土層深度增加逐漸升高。Mg2+含量最大值出現(xiàn)在80~100 cm土層中，最小值出現(xiàn)在20~40 cm土層中。和全鹽量隨土層深度的增加呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，表現(xiàn)出表聚和底聚現(xiàn)象。Na+含量隨土層深度增加逐漸升高。K+與含量在0~80 cm土層中隨土層深度增加逐漸降低，80~100 cm土層中略有增加。Cl-含量在60~80 cm土層中最高，20~40 cm土層中最低。有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加逐漸降低。在0~100 cm土層中，各有1個(gè)土壤樣品為輕度鹽漬化，在60~80 cm和80~100 cm土層中各有1個(gè)土壤樣品中度鹽漬化。

2.1.2 土壤鹽分離子、pH及有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)性

對土壤鹽堿指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，能在一定程度上揭示鹽堿指標(biāo)在土壤剖面中的存在形態(tài)及運(yùn)移規(guī)律，反映其變化趨勢［16-17］。從表2可以看出，Ca2+與Mg2+、Na+、-、Cl-、全鹽量均呈極顯著正相關(guān)。Mg2+與Ca2+、Na+、-、Cl-、全鹽量呈極顯著正相關(guān)，與K+呈顯著正相關(guān)。K+與Cl-呈極顯著正相關(guān)，與Mg2+呈顯著正相關(guān)。Na+與 Ca2+、Mg2+、Cl-、全鹽量呈極顯著正相關(guān)。與 Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、全鹽量都呈極顯著正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。Cl-與 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、、全鹽量呈極顯著正相關(guān)。全鹽量與Ca2+、Mg2+、Na+、、Cl-呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.911、0.438、0.840、0.969和0.787，說明 Ca2+、Na+、和Cl-對土壤全鹽量的影響較大，而pH與呈極顯著正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤pH主要受控于。有機(jī)質(zhì)含量與pH、呈顯著負(fù)相關(guān)，與呈顯著正相關(guān)。

表1 土壤鹽分狀況特征值分析①Tab.1 Characteristic value analysis of soil salinity

表2 土壤鹽分離子、pH及有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性①Tab.2 Correlation between salt ions，pH and organic matter of soil

2.2 紅黏土的鹽分剖面分布特征

2.2.1 紅黏土中全鹽量的剖面分布特征

土壤全鹽量是表征土壤鹽分含量大小及鹽漬化程度高低的重要指標(biāo)［18］。從圖1中可以看出，紅黏土0~100 cm土層鹽分含量在425.71~536.11 mg/kg之間，在0~20 cm土層出現(xiàn)最大值，在60~80 cm土層出現(xiàn)最小值。

變異系數(shù)是反應(yīng)變量離散程度的重要指標(biāo)，在一定程度上揭示了變量的空間分布特征［19］。在紅黏土的同一土層間土壤全鹽量的變異系數(shù)在18.95%~47.51%之間，屬于中等強(qiáng)度變異。

2.2.2 紅黏土中陽離子的剖面分布特征

從紅黏土土壤剖面陽離子分布情況（表3）來看，Ca2+在各土層陽離子中占比最大，分別占陽離子總量的50.94%、49.45%、52.71%、51.51%和50.70%；K+占比次之，占陽離子總量的27.71%~32.86%；Na+占陽離子總量的8.89%~12.22%；Mg2+占比最少。其中，Ca2+含量隨土層深度的增加表現(xiàn)出先降后升再降低的變化趨勢，最大值出現(xiàn)在40~60 cm土層中，最小值出現(xiàn)在20~40 cm土層中。而Mg2+含量在0~20 cm土層中含量最低，在80~100 cm土層中含量最高。K+含量隨土層深度的增加而減少，Na+則隨土層深度增加逐漸增加。

圖1 紅黏土土壤全鹽量及其在剖面中的分布特征Fig.1 Total salt content in red clay soil and its vertical profile

表3 紅黏土土壤陽離子及其在剖面中的分布特征Tab.3 Cation contents in red clay soil and their vertical soil profile

從土壤剖面陽離子含量的變異系數(shù)來看，各離子在整個(gè)剖面表現(xiàn)為中、強(qiáng)度變異，變異系數(shù)在17.16%~72.46%之間，各土層均以Mg2+的變異系數(shù)最高。Ca2+變異系數(shù)的最大值出現(xiàn)在20~40 cm土層中，Mg2+和K+變異系數(shù)的最大值出現(xiàn)在 40~60 cm土層中，Na+變異系數(shù)的最大值出現(xiàn)在60~80 cm土層中。

2.2.3 紅黏土中陰離子的剖面分布特征

表4 紅黏土土壤陰離子及其在剖面中的分布特征Tab.4 Anion contents in red clay soil and their vertical soil profile

2.3 黃土質(zhì)褐土的鹽分剖面分布特征

2.3.1 黃土質(zhì)褐土中全鹽量的剖面分布特征

從圖2可以看出，黃土質(zhì)褐土在0~100 cm土層全鹽量在664.46~1 219.30 mg/kg之間，高于紅黏土，表現(xiàn)出明顯的表聚和底聚現(xiàn)象，60~100 cm土層為輕度鹽漬化。從變異系數(shù)看，黃土質(zhì)褐土全鹽量變異系數(shù)在32.06%~96.25%之間，在60~100 cm土層變異系數(shù)較大。

圖2 黃土質(zhì)褐土土壤全鹽量及其在剖面中的分布特征Fig.2 Total salt content in yellow-cinnamon soil and its vertical soil profile

2.3.2 黃土質(zhì)褐土土壤陽離子的剖面分布特征

黃土質(zhì)褐土在各土層陽離子均以Ca2+為主（表5），占陽離子總量的55.71%~68.68%。Ca2+的變化趨勢與黃土質(zhì)褐土土壤全鹽量的變化趨勢基本一致，在80~100 cm土層含量最高，在40~60 cm土層含量最低。K+含量隨土層深度增加表現(xiàn)出先降后升的變化趨勢，占陽離子總量的15.70%~24.88%，在0~20 cm土層含量最高。Mg2+含量在0~20 cm土層和40~60 cm土層較高，而Na+含量在0~40 cm土層含量逐漸減少，40~100 cm土層逐漸增加。

從變異系數(shù)來看，黃土質(zhì)褐土土壤陽離子的變異系數(shù)在31.66%~114.82%之間，表現(xiàn)為中、強(qiáng)度變異，各土層皆以Ca2+和Na+的變異系數(shù)較大。

表5 黃土質(zhì)褐土土壤陽離子及其在剖面中的分布特征Tab.5 Cation contents in yellow-cinnamon soil and their vertical soil profile

2.3.3 黃土質(zhì)褐土土壤陰離子及其剖面分布特征

從黃土質(zhì)褐土陰離子的變異系數(shù)來看，在0~100 cm土層Cl-的變異系數(shù)最大，在 81.71%~158.69%之間。的變異系數(shù)在22.39%~103.32%之間，的變異系數(shù)表現(xiàn)為表層高、底層低，在80~100 cm土層中出現(xiàn)最小值，在20~40 cm土層中出現(xiàn)最大值。

表6 黃土質(zhì)褐土土壤陰離子及其在剖面中的分布特征Tab.6 Anion contents in yellow-cinnamon soil and their vertical soil profile

3 討論

土壤全鹽量、pH、陰陽離子組成是鹽漬化土壤最基本的特征，也是區(qū)域鹽漬化土壤改良最基本的依據(jù)［19］。本研究表明，研究區(qū)土壤鹽分表現(xiàn)出明顯的表聚和底聚現(xiàn)象，這主要與水鹽運(yùn)動有關(guān)，鹽漬化土壤水鹽運(yùn)移的基本規(guī)律是鹽伴水來，鹽陪水走，水走鹽留［20］。這可能是因?yàn)闊熮r(nóng)戶均規(guī)模增大，人工成本提高后導(dǎo)致基肥比例增加，進(jìn)而使土壤鹽分在地表積累；同時(shí)，洛陽煙區(qū)冬春干旱少雨，水分蒸發(fā)使土壤中鹽分隨水向上遷移，產(chǎn)生土壤鹽分表聚現(xiàn)象，而在降水量大的季節(jié)，鹽分則隨水向土層深處遷移，出現(xiàn)底聚現(xiàn)象。由于所采集土壤多為石灰性土壤，因此鹽分中陽離子以Ca2+為主；煙用鉀肥通常為 K2SO4［21］，導(dǎo)致土壤中K+和SO42-含量增加，因此土壤鹽分陽離子中K+含量僅次于Ca2+，陰離子以SO42-為主。本試驗(yàn)中土壤有機(jī)質(zhì)含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)，可能是因?yàn)橥寥纏H會影響土壤微生物數(shù)量、種群結(jié)構(gòu)及其生物活性［22］，而有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化與腐質(zhì)化是在微生物參與下完成的［23］，因此土壤pH對有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生影響［24-25］。土壤鹽分指標(biāo)呈現(xiàn)空間變異，變異系數(shù)多為中到強(qiáng)，這表明土壤鹽分的變異性較大，空間分布不均勻［19］。

研究區(qū)黃土質(zhì)褐土土壤全鹽量較高，在0~60 cm土層土壤為非鹽漬化，在60~100 cm土層土壤為輕度鹽漬化，土壤鹽分出現(xiàn)明顯的表聚和底聚現(xiàn)象；紅黏土在0~100 cm土層為非鹽漬化，土壤鹽分出現(xiàn)較明顯的表聚現(xiàn)象。兩種類型土壤鹽分剖面中分布的差異可能與土壤剖面結(jié)構(gòu)的差異有關(guān)。對于黃土質(zhì)褐土而言，土體上虛下實(shí)，表層土多為中壤，鹽分易在表面聚集，而在40~60 cm土層出現(xiàn)黏化層，厚度約30~50 cm［9］，導(dǎo)致鹽分容易積累在黏土層，出現(xiàn)鹽分底聚現(xiàn)象。對于紅黏土而言，質(zhì)地多為重壤土和黏土，致密少孔，土體結(jié)構(gòu)中下層緊實(shí)［9］，抑制了鹽分向深處遷移，易在黏土層界面積鹽［26-27］，且紅黏土具有低膨脹性和高收縮性，在氣候干旱蒸發(fā)強(qiáng)烈的季節(jié)，土體收縮導(dǎo)致的裂縫會成為水分蒸發(fā)的良好通道，使鹽分在這些通道和土壤毛管的作用下隨水向上遷移，出現(xiàn)鹽分表聚現(xiàn)象［28-30］。本試驗(yàn)中只探討了春季洛陽煙區(qū)典型土壤鹽分剖面的分布特征，至于夏季降水量較大的季節(jié)鹽分在剖面的分布還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

洛陽煙區(qū)土壤多為非鹽漬化，土壤鹽分表現(xiàn)出明顯的表聚和底聚現(xiàn)象。0~60 cm土層全鹽量隨土層深度增加逐漸降低，60~100 cm土層全鹽量隨土層深度增加逐漸升高。土壤鹽分中陽離子以Ca2+為主，K+次之，陰離子以SO42-為主，Ca2+、Na+、SO42-和Cl-是影響土壤中鹽分狀況的主要離子。土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加逐漸降低。黃土質(zhì)褐土0~60 cm土層為非鹽漬化，60~100 cm土層為輕度鹽漬化，且土壤鹽分表現(xiàn)出表聚和底聚現(xiàn)象；紅黏土0~100 cm為非鹽漬化，土壤鹽分表現(xiàn)出表聚現(xiàn)象。