基于冗余分析的伊犁新墾綠洲不同農(nóng)田土壤鹽漬化特征研究

韓 寧，陳蜀江*，朱 選，黃鐵成，陳孟禹，徐世薇

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054； 2.烏魯木齊空間遙感應(yīng)用研究所，新疆 烏魯木齊 830054；3.莫納什大學(xué)，澳大利亞 墨爾本 3800；4.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100000；5.蘇州科技大學(xué)外國語學(xué)院 ，江蘇 蘇州 215000)

【研究意義】土壤是人類生產(chǎn)生活中必不可少的重要資源，隨著對土壤的利用，土壤出現(xiàn)土壤污染、水土流失、土壤退化等一系列問題，其中土壤鹽漬化是威脅全球人類生產(chǎn)生活最嚴(yán)重的問題[1]。目前，我國土壤鹽漬化主要集中于干旱區(qū)和半干旱區(qū)，占全國鹽漬化土壤的69 %，且有面積大、分布廣、類型多的特點(diǎn)。尤其是生態(tài)環(huán)境脆弱的干旱區(qū)綠洲，土壤鹽漬化問題日益嚴(yán)重，這主要是人類不合理的農(nóng)業(yè)開發(fā)和灌溉方式加重了綠洲土壤鹽漬化[2]。綠洲內(nèi)的土壤鹽漬化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力造成一定的影響[3-4]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】諸多學(xué)者[5-20]對不同的綠洲土壤鹽分特征采用不同的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行研究。劉遷遷[16-17]、麥麥提吐爾遜·艾則孜[18]、許爾琪[19]等學(xué)者運(yùn)用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)及地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究方法對伊犁新墾區(qū)鹽分空間分布及特征進(jìn)行分析。以上研究都是從分析單個(gè)鹽漬化指標(biāo)，很少分析鹽漬化指標(biāo)與可溶性鹽離子之間的關(guān)系?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究通過運(yùn)用冗余分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法來研究伊犁新墾綠洲不同農(nóng)田的土壤全鹽與可溶性鹽離子之間的變化關(guān)系。冗余分析[20-24](Redundancy analysis RDA)是生態(tài)學(xué)中解釋物種信息和多個(gè)環(huán)境因子之間的關(guān)系一種排序方法，傳統(tǒng)的地統(tǒng)計(jì)學(xué)難以綜合分析多個(gè)變量產(chǎn)生的影響。而RDA分析可以彌補(bǔ)地統(tǒng)計(jì)學(xué)的缺點(diǎn)來進(jìn)行多個(gè)變量分析。通過冗余分析來解釋土壤鹽漬化指標(biāo)與不同變量之間的關(guān)系?！緮M解決問題】旨在完善不同農(nóng)田土壤鹽漬化特征研究，為改善該區(qū)域的鹽漬化改良、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)合理灌溉提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)(43°45′～43°57′N，80°31′～81°7′E)，位于伊犁河谷的烏孫山北麓沖積扇緣地帶。地勢有南向北逐級遞減，由南向北趨于平坦，東部較為寬闊，西部窄小。地形主要以山區(qū)、丘陵、沖積平原為主。降水主要分布在南部，年平均降水量222 mm左右。全年有效光照時(shí)數(shù)達(dá)2800～3000 h，無霜期170～177 d，積溫370～380 ℃，土壤大部分以灰鈣土為主，局部區(qū)域?yàn)辂}化灰鈣土及草甸鹽土為主。該區(qū)有兩條河流穿過，為農(nóng)業(yè)灌溉提供了豐富的水資源，是伊犁河谷有名的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。

2 數(shù)據(jù)來源與分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the study area

非鹽漬化Non-salinization輕度鹽漬化Mild salinization中度鹽漬化Moderate salinization重度鹽漬化Severe salinization鹽土Saline soil含鹽量(g·kg-1)Salt <33～66～1010～20>20

表2 土壤全鹽量

3 結(jié)果與分析

3.1 不同農(nóng)田類型下土壤全鹽量

由表2可知，研究區(qū)不同農(nóng)田的全鹽量均值在3 g·kg-1以上,說明不同農(nóng)田均呈現(xiàn)鹽化狀態(tài)；結(jié)合表1可知，除小麥為輕度鹽漬化外，剩余農(nóng)田均屬中度鹽漬化，鹽漬化由輕到重依次排序：小麥<油葵<水稻<玉米<苜蓿，說明新墾綠洲的農(nóng)田鹽漬化程度較嚴(yán)重；全鹽含量最高值為玉米地，最低值為小麥地。變異系數(shù)(c.v.)是描述土壤特性參數(shù)空間變異性程度的指標(biāo)，依據(jù)Nielsen分級標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)c.v.≤10 %時(shí)為弱變異性，當(dāng)10 %

3.2 不同農(nóng)田類型下可溶性鹽離子特征分析

表3 可溶性鹽離子統(tǒng)計(jì)特征值

續(xù)表3 Continued table 3

樣地Sample area可溶性鹽離子Soluble salt ions最大值Max.最小值Min.均值Mean標(biāo)準(zhǔn)差SD方差 VAR變異系數(shù)( %)c.v.油葵Oil sun flowerCa2+1.55330.32670.79330.42130.177553.11Mg2+0.13010.04880.08610.02960.000934.38K++Na+5.65681.75293.89911.64112.693142.09HCO-30.03810.02140.03050.00720.000123.45Cl-0.62130.10650.38460.18020.032546.86SO2-44.16000.99202.30931.05731.118045.79小麥WheatCa2+0.34670.20670.26670.04900.002418.37Mg2+0.04880.00410.02170.01620.000374.69K++Na+2.89910.04651.01491.01511.0304100.02HCO-30.11740.07780.09400.01490.000215.81Cl-0.19530.07100.12720.04110.001732.32SO2-41.08800.64000.76270.16980.028822.27玉米CornCa2+1.99330.30671.31110.58820.346044.86Mg2+0.20330.04070.16540.06220.003937.64K++Na+2.90990.33491.73261.06711.138761.59HCO-30.05950.00460.03990.02020.000450.55Cl-1.33130.08880.55910.54160.293496.87SO2-45.60000.92803.82931.63442.671342.68苜蓿CloverCa2+0.20000.08670.12000.04150.001734.61Mg2+0.05690.00410.03050.02000.000465.73K++Na+14.07372.39328.01434.637821.509257.87HCO-30.09910.00610.04960.03720.001475.11Cl-0.10650.05330.07990.02450.000630.63SO2-40.76800.25600.43730.18620.034742.58

3.3 不同農(nóng)田類型下pH及堿化度

圖2 不同類型農(nóng)田pH和堿化度分布Fig.2 Distribution of pH and exchangeable sodium percentage

因子Factor水稻Rice油葵Oil sun flower小麥Wheat玉米Corn苜蓿CloverSPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2特征值0.900.100.820.180.930.070.990.110.9010.145物種累積百分?jǐn)?shù)(%)90.069.582.181.392.667.399.380.690.181.9物種-環(huán)境相關(guān)性0.970.820.930.880.960.810.990.920.9630.867相關(guān)性累積百分?jǐn)?shù)(%)85.196.186.597.791.291.392.496.185.197.7

3.4 不同農(nóng)田類型下鹽漬化指標(biāo)與可溶性鹽離子冗余分析

通過趨勢對應(yīng)分析研究鹽漬化指標(biāo)與可溶性鹽離子之間的關(guān)系，玉米、苜蓿、水稻、小麥、油葵第一排序軸均小于3，因此采用RDA分析能直觀反映土壤鹽漬化指標(biāo)與可溶性鹽離子之間的相互關(guān)系。從表4可知，環(huán)境因子前兩軸相關(guān)性均為0，說明2個(gè)軸互相垂直；相關(guān)性最小的前兩軸數(shù)值分別為0.923(油葵)、0.812(小麥)，說明土壤鹽漬化指標(biāo)與可溶性鹽離子的RDA分析可信度較高，能夠反映出研究對象與環(huán)境變量之間的線性關(guān)系；依據(jù)前兩軸得出第1軸至少解釋了90.0 %，第2軸解釋了67.3 %；說明排序軸解釋出大部分鹽漬化指標(biāo)與可溶性鹽離子之間的關(guān)系。

4 討 論

伊犁新墾綠洲位于烏孫山前沖一洪積傾斜平原區(qū)的沖洪積扇扇緣地帶，微地形的變化對土壤鹽漬化有明顯的相關(guān)關(guān)系[15]。地勢高的區(qū)域發(fā)生鹽漬化的可能性小于地勢低的區(qū)域，在局部區(qū)域鹽漬化程度與海拔呈反比，鹽漬化越高，海拔越低[16]。研究區(qū)的地勢為東南高，西北低且有階梯狀上升態(tài)勢，高程范圍為562～832 m，高差為270 m。油葵、水稻基本符合高程值越大，含鹽量越少的規(guī)律，但小麥、玉米、苜蓿的全鹽含量與高程值并未呈相關(guān)趨勢；不同農(nóng)田耐鹽堿程度由高到低依次為水稻>油葵>苜蓿>玉米>小麥[27]說明小麥不適宜高鹽堿化的土壤種植，苜蓿和油葵較耐鹽，可以作為提高土壤肥力和鞏固洗鹽成果的作物進(jìn)行種植。同時(shí)通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，5種農(nóng)田的灌溉方式不同，小麥、玉米、油葵為滴灌，苜蓿為漫灌，水稻為小畦串灌方式；綜上所述地形、農(nóng)田種植類型和灌溉方式的不同可能是影響該區(qū)含鹽量分布的主要因素。

本研究通過冗余分析探討研究區(qū)不同農(nóng)田鹽漬化的主要特征但對影響鹽漬化的空間格局缺乏研究，對鹽漬化空間格局使用相關(guān)空間分析方法深入挖掘該區(qū)鹽漬化空間信息因素，進(jìn)行一步為該區(qū)鹽漬化治理與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提供有力科學(xué)依據(jù)。

圖3 不同類型農(nóng)田RDA分析Fig.3 RDA analysis of different types of farmland

5 結(jié) 論

(3)與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)相比較，冗余分析能夠更加清楚的表明影響土壤鹽漬化的主要因素，由此可見，冗余分析是分析土壤鹽漬化信息的有效方法。