福建某濱海湖泊周邊土壤氯含量空間分布研究

蔡雅楠，詹芷葉，陳前火，甘暉

（福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350007）

1 前言

1.1 濱海鹽土的簡(jiǎn)介

濱海鹽土在全國(guó)鹽土中占7.03%，面積有21144 km2，我國(guó)北方濱海鹽堿化相比南方較嚴(yán)重[1]。濱海鹽土占比大的地區(qū)有江蘇、山東、河北等，占比小的地區(qū)有浙江、福建、廣東等[2]。濱海鹽土成因有3個(gè)共性：一是直接生成鹽漬淤泥；二是先積鹽，后成土；三是靠近海岸，土壤中鹽含量越高[3]。由于土壤、氣候、地質(zhì)和地貌的不相同，從而形成了不同特性的濱海鹽土。

福建濱海鹽土的理化性質(zhì)表現(xiàn)為可溶性鹽分含量高、有機(jī)質(zhì)缺少、質(zhì)地黏重、耕性不強(qiáng)和剖面層次不明顯等[4]。福建地區(qū)濱海鹽土的演變過(guò)程可分為海灘-咸田-塘田-黑粘土-黑灰土。在濱海鹽土的形成過(guò)程中，鹽分逐漸演變成表土層、心土層和底土層積鹽[5]。

1.2 濱海鹽土的監(jiān)測(cè)

濱海鹽土的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)展現(xiàn)出了時(shí)效、精準(zhǔn)和智能化[6]。早期的多光譜影像特征[7]，中期的高光譜技術(shù)[8]和后期的GIS和遙感技術(shù)，不斷促進(jìn)著濱海鹽土的可持續(xù)發(fā)展。

濱海鹽土的檢測(cè)方式有2種，一種是人為目視解釋，其余是計(jì)算機(jī)數(shù)字圖象處置[9]。國(guó)外的遙感監(jiān)測(cè)相對(duì)精確成熟，例如：Landsat MSS和TM[10-11]，SPOT和印度的IRS[12]。國(guó)內(nèi)的遙感監(jiān)測(cè)是操縱地輿與影像之間的要領(lǐng)來(lái)排除異物同譜與同譜異物之間的干擾[13]，以此繪制出鹽漬土分布、土壤含水量等圖像，用來(lái)具體分析和研究濱海鹽土[14-15]。

濱海鹽土的監(jiān)測(cè)有目視解釋和計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別技術(shù)。目視解釋法是通過(guò)結(jié)合遙感圖像和空間特征，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充，但其準(zhǔn)確度較低[16]。濱海鹽土的地理環(huán)境和景觀特征比內(nèi)陸鹽土更為復(fù)雜[12]。Rao B RM[17]和 Dehaan[18]在可見(jiàn)光和近紅外波段的條件下都發(fā)現(xiàn)了鹽土植被和一般植被的區(qū)別，然而隨著計(jì)算機(jī)自動(dòng)判別技術(shù)的提高，光譜變換和分類算法得以發(fā)展，彭望琭發(fā)現(xiàn)了光譜變換中的K-T變換可以提升鹽漬土的分析效果[19]。

在21世紀(jì)，GIS[20]和計(jì)算機(jī)智能算法推動(dòng)了濱海鹽土區(qū)域分布的研究。利用GIS的空間疊加和空間分析功能作出的鹽土分布狀況圖像，可應(yīng)用濱海鹽土分區(qū)管理上[21]。嚴(yán)海兵[22]等利用統(tǒng)計(jì)法和遙感影像技術(shù)對(duì)江蘇南通和鹽城進(jìn)行了濱海鹽土的研究，并通過(guò)普通克里金法制出各土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和鉀元素的分布圖，以此來(lái)獲得其總體分布趨勢(shì)。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

本次取樣檢測(cè)鹽土氯離子含量，采樣方法嚴(yán)格按照HJ/T166-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，采樣點(diǎn)設(shè)在人為活動(dòng)較少，地勢(shì)平坦，土壤類型代表性強(qiáng)的區(qū)域，用網(wǎng)格劃分共設(shè)置40個(gè)采樣點(diǎn)，采取表層土壤（0～20 cm），監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為面積相等的塊狀區(qū)域，用雙對(duì)角線采樣法取5個(gè)點(diǎn)，在每個(gè)點(diǎn)位取樣等量混合后，取1 kg的樣品封存在樣品袋中。各采樣點(diǎn)使用GPS定位并記錄。

2.2 研究方法

測(cè)定土壤氯離子含量時(shí)，采用NY/T 1378—2007《土壤氯離子含量的測(cè)定》中的第一篇：電位滴定法來(lái)測(cè)定土壤樣品中的氯含量。

測(cè)定土壤pH值采用NY/T 1121.2—2006《土壤檢測(cè)第2部分：土壤pH的測(cè)定》。

測(cè)定土壤陽(yáng)離子交換量采用LY/T 1243—1999《森林土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定》。

2.2.1 制備試料

在野外采樣取得的樣品，通過(guò)風(fēng)干、四分法、過(guò)篩等，制取試樣。稱20 g試樣，置于250 mL錐形瓶中，加入100 mL水，振蕩器振蕩5 min，頻率快。振蕩后等待溶液分層，取上清液作為測(cè)定試料。

2.2.2 電位滴定實(shí)驗(yàn)

使用移液管從試料中移取適量體積放置于50 mL燒杯中，并加入溴酚藍(lán)指示劑和硝酸溶液，至溶液顏色呈現(xiàn)黃色，放入乙醇（加入的體積是移取試樣溶液的3倍，V總＜40 mL）。在調(diào)制好的溶劑中加入磁力攪拌子，放置電磁攪拌器的儀器上，進(jìn)行電位滴定測(cè)量。

以硝酸銀溶液為滴定劑。當(dāng)每次滴入0.05 mL時(shí)，統(tǒng)計(jì)溶液的總體積和此時(shí)對(duì)應(yīng)的電位E。計(jì)算出電位之間的差值Q1，Q1相減得Q2，記錄Q2。滴定終點(diǎn)時(shí)，Q1出現(xiàn)最大值，記錄后面的電位E1?？瞻自囼?yàn)，不加試樣，其余滴定步驟同步。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)域土壤含氯量的分析

從實(shí)驗(yàn)可得到該研究區(qū)域土壤含氯量最大值為320 mg/kg、最小值為20 mg/kg，平均值128.2 mg/kg，將計(jì)量單位進(jìn)行換算，以“%”表達(dá)，可知在這40個(gè)采樣點(diǎn)中，土壤氯含量最大值為0.032%。根據(jù)土壤鹽漬化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[23]（表1），氯離子含量0.02%～0.04%的土壤為弱鹽漬土，氯離子含量在0～0.02%的土壤為非鹽漬土。通過(guò)圖1分析可見(jiàn)，8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤屬于弱鹽漬土，32個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤屬于非鹽漬土，鹽漬化比例占20%，說(shuō)明該研究區(qū)域土壤鹽漬化程度較輕，屬于濱海鹽土，但有鹽漬化趨勢(shì)。

表1 研究區(qū)域土壤鹽漬化程度

圖1 研究區(qū)域氯離子含量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3.2 研究區(qū)域土壤含氯等級(jí)

我國(guó)農(nóng)業(yè)耕地土壤氯離子含量的平均值是59.4 mg/kg。根據(jù)土壤含氯量等級(jí)劃分[24]，在研究區(qū)域的40個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬于特低量含氯土壤，13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬于中下量含氯土壤，12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬于中上量含氯土壤，11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬于高量含氯土壤，2個(gè)屬于特高量含氯土壤（表2）。

表2 土壤含氯等級(jí)

3.3 研究區(qū)域的濱海鹽土是次生鹽漬土

從圖2中可以看出，氯離子含量對(duì)數(shù)處理后的數(shù)據(jù)圖呈正相關(guān)的分布狀態(tài)，且呈現(xiàn)出明顯的正態(tài)分布，可以使用幾何數(shù)值對(duì)研究區(qū)域的氯元素進(jìn)行分析[25]。從表3中，氯離子含量區(qū)間在20～320 mg/kg，平均值是128.2 mg/kg，土壤中氯離子含量較高，氯離子含量基本上符合正態(tài)分布（p＞0.05）。

土壤中元素含量的變異系數(shù)和化學(xué)元素含量相關(guān)的，所以變異系數(shù)能評(píng)價(jià)地區(qū)元素累積情況[26]。鹽土氯離子含量的變異系數(shù)是54.6%，是中等空間變異性[27]，偏度是0.89，對(duì)數(shù)化的偏度是-0.54，可見(jiàn)研究區(qū)域的空間差異較大。此類情況的成因，首先是母質(zhì)巖石的不同，其次是人為活動(dòng)的影響[28]；而氯離子在土壤中的含量受母質(zhì)巖石的差別的影響較小，受其他因素的影響較大[28]，所以推測(cè)人為因素影響了該區(qū)域氯離子含量，加快了土壤鹽漬化。

圖2 研究區(qū)域鹽土含氯量及對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后的頻率分布圖

3.4 研究區(qū)域土壤pH值和陽(yáng)離子交換量（CEC）統(tǒng)計(jì)分析

從統(tǒng)計(jì)的基本數(shù)據(jù)（表4）可得，該研究區(qū)域的pH平均值是6.78，符合正態(tài)分布（p＞0.05）。從圖3該pH區(qū)間值在6.22～7.27，鹽土偏中性，變異系數(shù)3.69%，空間變異性小，為弱變異性，在水平上的差異小，數(shù)據(jù)相近。

表3 研究區(qū)域鹽土含氯量分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4 研究區(qū)域pH值和CEC含量數(shù)據(jù)分析

陽(yáng)離子交換量是與外界能相互交換的陽(yáng)離子總量，可以代表土壤肥力。研究區(qū)域的CEC數(shù)值所在區(qū)間為5.9～25.4 mmol/kg，CEC的平均值為10.6 mmol/kg，從圖4可以看出，CEC含量在5.0～15.0 mmol/kg的達(dá)到了總體的50%，最大值是25.4 mmol/kg，小于100 mmol/kg，該土壤肥力低下。

圖3 pH頻率直方圖

圖4 陽(yáng)離子交換量頻率直方圖

3.5 研究區(qū)域土壤含氯量和pH值、陽(yáng)離子交換量的相關(guān)性分析

通過(guò)對(duì)土壤中的含氯量與pH值、陽(yáng)離子交換量的相關(guān)性分析，可知研究區(qū)域氯離子含量與pH的相關(guān)系數(shù)r為0.052，無(wú)相關(guān)關(guān)系。氯離子含量與陽(yáng)離子交換量的相關(guān)系數(shù)r為-0.076，無(wú)相關(guān)關(guān)系。pH與陽(yáng)離子交換量的相關(guān)系數(shù)r為-0.253，呈負(fù)相關(guān)。土壤中氯離子與pH值和陽(yáng)離子交換量多元線性相關(guān)性分析，r為0.083接近0，無(wú)相關(guān)關(guān)系。

3.6 研究區(qū)域?yàn)I海鹽土空間分布特征

運(yùn)用Kriging插值法，結(jié)合各個(gè)點(diǎn)位GPS定位的經(jīng)緯度作出含氯量空間分布圖，從圖5中可清晰地看出土壤含氯量的分布，靠近湖泊正西方和正北方的土壤氯離子含量為200～320 mg/kg，氯離子含量偏高，屬于弱鹽漬土壤；其余大面積的氯離子含量都是小于200 mg/kg，為正常水平，屬于非鹽漬土壤。

圖5 研究區(qū)域土壤含氯量空間分布圖

4 結(jié)論

⑴ 研究區(qū)域含氯量的區(qū)間是20～320 mg/kg，平均值128.2 mg/kg。32個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬于非鹽漬土壤，8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬于弱鹽漬土壤。研究范圍的鹽漬化程度較輕，有濱海鹽漬化的態(tài)勢(shì)。

⑵ 鹽土pH的區(qū)間6.22～7.27，pH平均值是6.78，偏中性土壤。CEC在5～15 mmol/kg的占總體50%，最大值是25.4 mmol/kg，小于100 mmol/kg，土壤肥力低下。

⑶ 研究區(qū)域土壤是次生鹽漬土，區(qū)域的變異系數(shù)54.6%，屬于中等的空間變異性，空間差異較大。pH值數(shù)據(jù)相近，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，氯離子含量受母質(zhì)巖石的影響不大，推測(cè)人為活動(dòng)影響土壤中氯離子含量變大，加快土壤鹽漬化。

⑷ 運(yùn)用Kriging插值法作出的含氯量空間分布圖，可看出研究區(qū)域正西方和正北方的土壤含氯量偏高，其余大面積的氯離子含量都為正常水平，屬于非鹽漬土壤。