不同利用方式河套平原鹽堿土鹽分特征

景宇鵬, 李躍進(jìn), 高 娃,3, 藺亞莉, 李秀萍, 王文曦, 張欣昕, 狄彩霞

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院, 呼和浩特 010011;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院資源環(huán)境與檢測(cè)技術(shù)研究所, 呼和浩特 010031;3.內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)工作站, 呼和浩特 010011; 4.榆林市榆陽區(qū)巴拉素區(qū)域農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站, 陜西 榆林719000)

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性的問題，也是中國(guó)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展尚須解決的重大問題，嚴(yán)重影響區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。我國(guó)鹽漬土面積大、分布廣，從濕潤(rùn)地區(qū)到極端干旱荒漠范圍內(nèi)均普遍存在[3]，尤其在干旱和半干旱區(qū)，土壤鹽漬化嚴(yán)重制約了該地區(qū)土地生產(chǎn)力的發(fā)展與可持續(xù)利用。河套平原是我國(guó)西北地區(qū)最主要的鹽堿土分布區(qū)，由于特定的水文地質(zhì)條件和長(zhǎng)期不合理的大水漫灌制度，土地鹽堿化和次生鹽漬化現(xiàn)象呈逐年增加的趨勢(shì)，鹽堿脅迫已成為制約河套地區(qū)土地資源利用的主要障礙因子，嚴(yán)重限制了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地生產(chǎn)力[4-5]。因此，為提高鹽堿化土地資源的利用潛力，深入研究土壤鹽堿化特征及其空間分布規(guī)律，是合理利用鹽堿化資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[6]。

土地利用變化是全球變化研究的核心和熱點(diǎn)[7]，嚴(yán)重影響土壤元素結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定性，與土壤質(zhì)量緊密相關(guān)[8]。眾多研究表明，不合理的土地利用方式必將導(dǎo)致土地質(zhì)量的嚴(yán)重下降，甚至引起土壤鹽漬化[9-10]，而土壤鹽漬化反過來又會(huì)限制土地利用的方式，導(dǎo)致土地退化和土壤質(zhì)量下降。目前，關(guān)于土地利用變化對(duì)土壤理化性狀、土地生產(chǎn)力、生態(tài)環(huán)境[6-12]以及因土地利用變化而引起的土壤鹽堿化問題已做了大量研究[13-17]，且大多集中在典型巖溶區(qū)[18]、自然保護(hù)區(qū)[19]、低山丘陵區(qū)[20]、集約化農(nóng)業(yè)區(qū)[21]和半干旱綠洲地區(qū)[6,10,22]等，而有關(guān)河套平原地區(qū)不同利用方式下土壤鹽堿化特征的研究較少。為此，本研究以河套平原鹽漬化土壤的5種典型利用方式為研究對(duì)象，采用主成分分析和相關(guān)分析方法，探討不同利用方式土壤可溶鹽總量、各鹽分離子在剖面上的變化類型與分布特征，以期為該地區(qū)鹽漬化土地的管理、可持續(xù)開發(fā)與利用以及耕地后備資源極其利用提供科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河套平原土默特左旗北什軸鄉(xiāng)境內(nèi)(111°18′—111°48′E，40°26′—40°54′N)。該區(qū)域?qū)俑珊蛋敫珊抵袦貛Т箨懶詺夂颍０胃叨仍?90～1 140 m，年均氣溫5.8℃，極端最高氣溫39.3℃，極端最低氣溫-37.4℃，≥10℃年積溫1 700～3 200℃，無霜期90～132 d[23]；年降水量390～400 mm左右，降水年季分布不均，主要集中在7—9月，占年降雨量的70%～80%。年蒸發(fā)量為2 000～2 500 mm，蒸降比為5.12～6.25，濕潤(rùn)度K值為0.45[24]。自然植被多屬于中旱生和濕生性植物為主，常見優(yōu)勢(shì)種有黃蒿、冰草、狗尾草等，非地帶性鹽生植被有鹽爪爪、堿蓬、鹽角草、芨芨草、馬藺、山苦荬、蘆葦?shù)龋煌寥乐饕喳}化草甸土、草甸鹽土、蘇打鹽土為主。

1.2 土壤樣品采集

試驗(yàn)于2016年5月中旬在研究區(qū)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)海流圖科技園區(qū)選擇具有典型性和代表性的5種利用方式(鹽荒地、改良地、牧草地、農(nóng)用地、林地)進(jìn)行取樣，每種利用方式下挖取4個(gè)土壤剖面，每個(gè)剖面距離約200～300 m。每個(gè)樣點(diǎn)按0—10 cm，10—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm，80—100 cm土層進(jìn)行分層取樣，將采集的土壤樣品裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后，挑去石塊、根徑及各種新生體和侵入體，過篩處理后備用，共采集120個(gè)土壤樣品，樣地基本情況見表1。

1.3 分析方法

表1 取樣點(diǎn)基本情況

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007整理并制圖，采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。用Pearson 相關(guān)系數(shù)表征全鹽量、pH及離子間的相關(guān)性。土壤全鹽量=8種鹽分離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鹽分離子垂直分布特征

2.2 土壤鹽分離子間相關(guān)性

表2 典型剖面土壤鹽離子含量統(tǒng)計(jì)特征參數(shù) g/kg

表3 土壤剖面鹽分離子間的相關(guān)性

2.3 不同利用方式土壤全鹽垂直分布

土地利用變化對(duì)土壤剖面全鹽含量及其離子組成的影響顯著(圖1)。未受人類活動(dòng)影響的鹽荒地土壤含鹽量隨土層深度增加而逐漸減少，由表層(0—10 cm)的8.97 g/kg逐漸減少至底層(80—100 cm)的1.78 g/kg，變化幅度較大，變異系數(shù)為58.69%，具有明顯的表聚特征，表層0—20 cm鹽分占整個(gè)剖面54.41%。這是在研究區(qū)無植被覆蓋下土壤鹽分的典型分布特征。對(duì)比受人類活動(dòng)干擾下不同植被類型土壤剖面平均鹽分特征來看，改良地土壤剖面表層(0—10 cm)鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，為4.05 g/kg，土壤含鹽量垂直方向上隨土層深度增加而逐漸減少，也具有明顯的表聚現(xiàn)象，這與采樣時(shí)改良地地表植被稀疏，同時(shí)地表有少量結(jié)鹽現(xiàn)象一致，表層0—20 cm鹽分占整個(gè)剖面39.70%，20 cm土層以下趨于穩(wěn)定，基本穩(wěn)定在2.8 g/kg左右；農(nóng)用地土壤含鹽量隨土層深度增加逐漸增加，具有明顯的底聚特性，80—100 cm土層鹽分含量為1.34 g/kg，且在垂直方向上變幅較小，變異系數(shù)17.84%；牧草地土壤含鹽量變化介于0.89～1.47 g/kg，土壤含鹽量垂直方向上呈現(xiàn)先增大后減少的變化趨勢(shì)，10—20 cm土層土壤全鹽含量最大，為1.87 g/kg；林地土壤全鹽含量變化介于1.14～1.55 g/kg，且在垂直方向上的變幅較小，為弱變異性，變異系數(shù)為8.53%，平均含鹽量明顯低于其他利用方式。不同利用方式0—20 cm土層土壤鹽分分布特征表現(xiàn)為：鹽荒地(8.76 g/kg)>改良地(3.71 g/kg)>牧草地(1.38 g/kg)>林地(1.30 g/kg)>農(nóng)用地(0.90 g/kg)；鹽荒地和改良地的表層含鹽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他利用方式。對(duì)不同利用方式土壤剖面全鹽量比較，未受人類活動(dòng)影響的鹽荒地各土層土壤全鹽量與其他4種受人類活動(dòng)干擾下的利用方式各層土壤全鹽量差異顯著(p<0.05)，表明人類活動(dòng)對(duì)土壤鹽分的空間分布有著重要影響。

圖1 不同利用方式土壤剖面中全鹽量的分布特征

2.4 不同利用方式土壤鹽分離子垂直分布

3 討 論

圖2 不同利用方式下土壤剖面鹽分分布特征

不同利用方式對(duì)土壤剖面鹽分影響差異較大，一方面是由于本身所處地區(qū)的地形和水文地質(zhì)特征差異所引起[15]，另一方面由于人為因素的強(qiáng)烈干擾，如耕作措施、施肥、灌溉、地下水利用等都會(huì)影響到土壤中鹽分的重新分布[37]。研究區(qū)大面積的鹽堿荒地被開發(fā)利用，使得土壤鹽分含量下降了41.92%～79.33%，尤其對(duì)表層(0—20 cm)鹽分含量影響最為顯著，且鹽漬化程度由重度鹽堿土轉(zhuǎn)變?yōu)橹休p度鹽堿土，這將有利于鹽堿化土壤的良性發(fā)展。未受人類活動(dòng)影響的鹽荒地鹽分聚集于表層，而受人類活動(dòng)干擾較大的農(nóng)用地鹽分聚集于底層，且鹽荒地表層含鹽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他幾種利用方式，這與王雪梅[36]、李寶富[38]、王丹丹[35]、貢璐等[39]、姚榮江[40]等對(duì)渭庫、渭干河綠洲、塔里木河上游綠洲、黃河三角洲不同土地利用方式土壤鹽漬化特征研究結(jié)果基本一致，認(rèn)為鹽荒地對(duì)鹽分富集作用明顯強(qiáng)于農(nóng)用地，這可能是由于農(nóng)用地在長(zhǎng)期耕作、施肥和大水灌溉等因素的綜合作用的作用下，改變了土壤鹽分狀況，使得土壤中各鹽分離子含量急劇減少，且向下運(yùn)移后聚集于底層。林地和牧草地由于地表植被覆蓋度較高，還有大量未分解的凋落物覆蓋，能夠減少地表水分蒸發(fā)，抑制鹽分表聚[41-43]，使得鹽分在剖面分布比較均勻，呈均勻型和橄欖型，這兩種剖面類型是由自然因素影響的表聚型剖面(鹽荒地)向受人類干擾強(qiáng)較大的底聚型(農(nóng)用地)轉(zhuǎn)化的兩個(gè)過渡階段。同時(shí)在有人類活動(dòng)干擾的土地利用系統(tǒng)中，受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度大的農(nóng)用地，由于每年的耕作、灌溉等因素的影響，土壤剖面(0—100 cm)平均全鹽含量較小，為1.11 g/kg；而相對(duì)人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度較小的改良地，從2008年進(jìn)行土地整理后一次性施用有機(jī)肥和脫硫石膏后，再未有過深翻犁地等農(nóng)業(yè)活動(dòng)，基本和鹽荒地管理水平一致，脫鹽效果不理想，土壤全鹽含量仍比較高，剖面平均含鹽量為3.12 g/kg；林地和牧草地由于受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度中等，牧草地每隔3 a翻耕后重新種植紫花苜蓿，林地基本上2～3 a進(jìn)行一次鋤草松土，使得二者土壤剖面平均含鹽量相差不大，分別為1.37 g/kg，1.33 g/kg。研究區(qū)大面積的鹽堿地通過科學(xué)合理的開發(fā)與利用，使得土壤鹽堿化程度降低，而鹽荒地由于地上植被稀疏，又缺乏科學(xué)合理的利用與保護(hù)，土壤鹽堿化現(xiàn)象任然比較十分嚴(yán)重。因此，在鹽堿化土地的開發(fā)利用過程中，要時(shí)刻關(guān)注土壤中鹽分的運(yùn)移特征，防治次生鹽堿化的發(fā)生，為河套平原鹽堿化土地的管理、可持續(xù)開發(fā)與利用以及耕地后備資源極其利用提供科學(xué)的依據(jù)。

4 結(jié) 論