滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分特征

王 偉，趙 月，鈕力亞，王偉偉，王連鵬，陸 莉，王奉芝，于 亮

(河北省農(nóng)作物耐鹽堿評(píng)價(jià)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/滄州市農(nóng)林科學(xué)院，河北 滄州 061001)

1 引言

土壤鹽漬化是濱海鹽堿區(qū)耕地發(fā)展的主要限制因素之一[1～3]。世界范圍內(nèi)有1/5以上耕地存在不同程度的鹽堿化[4]，僅我國(guó)土壤鹽堿化的面積就有近1億hm2，其中河北省鹽堿地總面積約71.61萬(wàn)hm2，以濱海鹽堿地為主[5,6]，而滄州市鹽堿地面積約占耕地面積的1/2，距海越近含鹽量越高[7,8]。滄州濱海鹽堿區(qū)春季返鹽季節(jié)的干旱氣候帶來(lái)的高蒸發(fā)力、以及水資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)、不適宜的灌溉方式等人為活動(dòng)都會(huì)對(duì)土壤鹽漬化產(chǎn)生影響[9,10]。由于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惡化，土壤鹽漬化問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，當(dāng)前迫切需要了解滄州濱海鹽堿區(qū)土壤的的鹽漬化特征，有針對(duì)性地進(jìn)行鹽堿地改良，優(yōu)化土壤資源和生態(tài)環(huán)境。

滄州市位于河北省的東南部，地處環(huán)渤海中心地帶[11]，屬于半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)，溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降雨較少，多集中在每年6月份到9月份。土壤類(lèi)型為潮土和鹽化潮土，各縣市均含有不同程度的鹽堿地[7]。土壤的鹽分特征是由自然條件下的氣候、地貌、水文及地質(zhì)諸因素共同決定的。鹽分對(duì)土壤的作用以及鹽漬化程度可由鹽分的含量和其化學(xué)組成來(lái)決定[12,13]。土壤鹽分含量是衡量土壤鹽堿程度的重要指標(biāo)。由于滄州地區(qū)氣候干旱少雨，3月份到5月份是該地區(qū)土壤的在“返鹽”季節(jié)，土體中的鹽分離子隨地下水經(jīng)毛細(xì)管作用，隨水分蒸發(fā)留在土體表層，進(jìn)一步加劇了土壤的鹽漬化程度[14,15]。目前，滄州地區(qū)“返鹽”季節(jié)耕層土壤中鹽分離子的組成及特征的相關(guān)研究未見(jiàn)報(bào)道。因此，筆者研究主要利用AA3流動(dòng)分析儀，檢測(cè)滄州4個(gè)濱?？h市耕層土壤的總鹽含量以及各主要鹽分離子，采用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)滄州濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分特征進(jìn)行深入分析，為治理和預(yù)防該區(qū)土壤鹽漬化提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 土壤主要鹽分離子檢測(cè)方法

2.1.1 土樣采集 2019年始，在滄州的“返鹽”季節(jié)(3-5月份)，分三個(gè)批次(3月份、4月份、5月份)，分別在濱海的縣市鹽山、黃驊、中捷、海興4地典型的鹽堿地上分別進(jìn)行取樣，采樣深度為0～20 cm，獲得耕層土樣共計(jì)195份。然后，室內(nèi)進(jìn)行土壤總含鹽量及各主要鹽分離子的檢測(cè)。

2.1.2 測(cè)定方法 所有土樣檢測(cè)總鹽含量、pH和各鹽分離子含量。用電導(dǎo)法[16]測(cè)土壤可溶性總鹽含量。用pH計(jì)測(cè)土樣pH值。采用火焰光度計(jì)法測(cè)鉀離子、鈉離子含量[17]。土樣進(jìn)行相應(yīng)前處理，采用AA3流動(dòng)分析儀檢測(cè)碳酸根+碳酸氫根離子、鎂離子、氯離子、鈣離子、硅酸根和硫酸根離子含量。AA3流動(dòng)分析儀檢測(cè)碳酸根和碳酸氫根離子的方法，不能將兩者區(qū)分開(kāi)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2010和SPSS21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析[18]。

3 結(jié)果與分析

3.1 滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分離子描述性特征

表1結(jié)果表明：在滄州濱海鹽堿地耕層土壤離子類(lèi)型多樣，氯離子、鈉離子、硫酸根、碳酸根+碳酸氫根占離子總和的92.22%，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；鉀離子和硅酸鹽含量較低。且耕層20 cm土壤pH為7.84，呈弱堿性，總含鹽量平均值為1.95 g·kg-1。另外，據(jù)中國(guó)土壤學(xué)會(huì)鹽漬土專(zhuān)業(yè)委員會(huì)對(duì)土屬劃分的標(biāo)準(zhǔn)[19]，滄州濱海鹽堿區(qū)耕層土壤中氯離子含量與硫酸根離子含量比為3/2，介于1與2之間，所以，滄州返鹽季節(jié)濱海鹽堿地耕層土壤類(lèi)型為硫酸鹽-氯化物類(lèi)型。

表1 滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分組成特征值

3.2 滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分離子的相關(guān)性

表2結(jié)果表明：總含鹽量與鈉離子、氯離子的相關(guān)系數(shù)分別為0.4534和0.4026，相關(guān)關(guān)系顯著或極顯著存在，說(shuō)明耕層土壤的總含鹽量一定程上取決于土壤中氯化鈉的含量；氯離子和鈉離子、鎂離子、鈣離子的相關(guān)系數(shù)分別為0.9742、0.6383和0.6786，均極顯著存在，說(shuō)明河北省濱海鹽堿地耕層土壤中氯化鈉、氯化鎂和氯化鈣為氯化物的主要組成部分；硫酸根離子與鈉離子、鎂離子和鈣離子的相關(guān)性分別為0.8062、0.7961和0.8563，均極顯著存在，說(shuō)明該研究區(qū)的主要硫酸鹽類(lèi)為硫酸鈉、硫酸鎂和硫酸鈣；硅酸鹽與其他離子的相關(guān)性均不顯著。

表2 耕層土壤各鹽分離子之間的相關(guān)系數(shù)

3.3 采樣時(shí)期和地區(qū)對(duì)土樣鹽漬化的綜合影響

3.3.1 采樣時(shí)期和地區(qū)對(duì)土壤鹽漬化狀態(tài)的多元方差分析 采用多元方差分析，分析不同采樣時(shí)期，不同地區(qū)間耕層土壤鹽漬化的差異。表3結(jié)果表明：三個(gè)不同采樣時(shí)期間和不同地區(qū)對(duì)滄州市濱海區(qū)鹽堿地的鹽漬化的影響存在顯著或極顯著差異。說(shuō)明，滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層的鹽漬化情況隨著采樣時(shí)間和采樣地區(qū)的不同而變化。

表3 采樣時(shí)期和地區(qū)對(duì)對(duì)滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分的多元方差分析

3.3.2 滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分離子的方差分析 表4方差分析結(jié)果表明：3月份、4月份、5月份3個(gè)采樣時(shí)期間，在碳酸根+碳酸氫根含量上差異顯著，pH、鈉離子、氯離子等其他鹽堿指標(biāo)上均差異不顯著；鹽山、黃驊、中捷和海興4個(gè)取樣地區(qū)間除在總鹽含量上差異不顯著外，其余9個(gè)指標(biāo)上均差異顯著或極顯著。

表4 滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分的方差分析

多重比較結(jié)果表明：四月份0～20 cm耕層土壤中的碳酸根+碳酸氫根含量顯著高于三月份和五月份，其他指標(biāo)采樣時(shí)期間均差異不顯著(表5)。0～20 cm耕層土壤中的總鹽含量在鹽山、黃驊、中捷和海興4個(gè)取樣地區(qū)間差異不顯著。其中，比較突出的是，鹽山0～20 cm耕層土壤中的pH、鈉離子和氯離子顯著或極顯著地低于黃驊、中捷和海興(表6)。

表5 不同采樣時(shí)期的多重比較

表6 不同地區(qū)間的多重比較

3.4 滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層土壤鹽分離子的主成分分析

表7結(jié)果表明：經(jīng)主成分分析得到各組成分方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率，可以判斷適合提取三個(gè)主成分。第1主成分、第2主成分和第3主成分的累積貢獻(xiàn)率80.60%，基本可以代表原始變量因子的主要信息。

表7 各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率

表8結(jié)果表明：在第1主成分中，鈉離子、氯離子、鎂離子、鈣離子和硫酸鹽的主成分載荷較高；在第2主成分中，碳酸根+碳酸氫根和鉀離子的主成分載荷較高，分別達(dá)到0.7139和0.8174，說(shuō)明第2主成分反映鉀離子和碳酸根+碳酸氫根對(duì)土壤離子成分的影響；在第3主成分中，硅酸根離子的主成分載荷最高，達(dá)到0.8267，說(shuō)明第3主成分反應(yīng)硅酸鹽類(lèi)對(duì)土壤離子成分的影響。

表8 鹽分離子指標(biāo)的特征向量

4 結(jié)論與討論

(1)鹽堿地的成因與當(dāng)?shù)貧夂?、水文地質(zhì)等自然條件以及人為活動(dòng)有關(guān)[20]。在滄州濱海鹽堿地耕層土壤離子類(lèi)型多樣，氯離子、鈉離子、硫酸根、碳酸根+碳酸氫根占離子占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；耕層0～20 cm土壤pH為7.84，呈弱堿性；總含鹽量平均值為1.95 g·kg-1。滄州市濱海鹽堿地耕層土壤鹽堿程度屬輕度鹽漬化類(lèi)型，鹽分離子組成為硫酸鹽-氯化物類(lèi)型。在土地利用過(guò)程中需科學(xué)、合理地開(kāi)發(fā)，防止耕層土壤鹽分過(guò)高，從而使農(nóng)田土壤鹽漬化程度加劇。因而，在干旱少雨的農(nóng)業(yè)區(qū)，通過(guò)節(jié)水灌溉、合理開(kāi)發(fā)利用地下水、完善灌排系統(tǒng)等措施可有效改良鹽漬土。

(2)滄州市濱海鹽堿地耕層土壤的總含鹽量一定程上取決于土壤中氯化鈉的含量；氯化鈉、氯化鎂和氯化鈣為氯化物的主要組成部分；主要硫酸鹽類(lèi)為硫酸鈉、硫酸鎂和硫酸鈣。

(3)滄州市濱海鹽堿區(qū)耕層的鹽漬化情況隨著采樣時(shí)間和采樣地區(qū)的不同而變化。滄州市濱海區(qū)鹽堿區(qū)屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，在人為作用影響下，土壤鹽漬化程度可能會(huì)加重。相關(guān)的研究結(jié)果，需要長(zhǎng)期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。

(4)在主成分分析中，第1主成分主要體現(xiàn)鈉離子、氯離子、鎂離子、鈣離子和硫酸鹽對(duì)土壤鹽分的影響；第2主成分主要反映鉀離子和碳酸根+碳酸氫根對(duì)土壤離子成分的影響；第3主成分主要反映硅酸鹽類(lèi)對(duì)土壤離子成分的影響。