黃河三角洲墾利縣10 a土壤鹽分時(shí)空變化研究

張曉光　賴紅羽　李旭霖　李士美　崔德杰

摘要：以黃河三角洲典型縣城墾利縣為研究區(qū)，通過(guò)野外調(diào)查采樣，利用CIS技術(shù)研究了2007-2016年土壤鹽分時(shí)空變化情況，結(jié)果表明：研究區(qū)2007-2016年土壤鹽漬化具有強(qiáng)烈的變異特點(diǎn)，10 a間不同鹽漬化程度的土地面積變化明顯;非鹽漬化土壤面積變動(dòng)輕微，中度和重度鹽漬化土壤面積降低了39.27%，輕度鹽漬化土壤面積增加了10.03%，鹽土面積也顯著增加;鹽漬化程度明顯減輕的區(qū)域主要分布在墾利縣中部和東南部，鹽漬化程度明顯加重的區(qū)域主要分布在墾利縣西南、中南和東部區(qū)域;鹽漬化程度變動(dòng)與近年來(lái)秸稈還田、海水浸潤(rùn)、土地利用方式改變等有很大關(guān)系，可以根據(jù)土壤的水鹽狀況來(lái)調(diào)整土地利用方式，有效、合理利用鹽漬化土地。

關(guān)鍵詞：土壤鹽漬化;土壤電導(dǎo)率;土地利用方式;黃河三角洲;

中圖分類號(hào)：TV213;S156

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.04.014

我國(guó)鹽漬土主要分布在西北、華北、東北地區(qū)及沿海地區(qū)[1]，不同地區(qū)鹽漬化狀況不盡相同。黃河三角洲形成的原因是.黃河攜帶大量泥沙流經(jīng)渤海凹陷處，泥沙在此處沉積形成沖積平原[2]。由于靠近渤海，受海水入侵或頂托影響，因此鹽漬土呈現(xiàn)典型的濱海鹽漬土特點(diǎn)，鹽分以氯化物為主。再加上地下水位高、海拔較低等特點(diǎn)，該區(qū)域鹽漬化程度嚴(yán)重，已成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一[3-4]。因此，有必要監(jiān)測(cè)其空間分布特點(diǎn)、掌握其時(shí)間變化規(guī)律。

土壤鹽漬化的區(qū)域監(jiān)測(cè)，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者大多采用田間調(diào)查，并借助3S技術(shù)分析其分布特點(diǎn)和空間變異特征[5]?，F(xiàn)階段地統(tǒng)計(jì)插值方法的應(yīng)用[6-10]，較之傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法，節(jié)省了人力物力，提高了空間預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。針對(duì)黃河三角洲地區(qū)土壤鹽漬化空間分布情況，諸多學(xué)者進(jìn)行了大量研究。范曉梅等[II]利用Kriging和Cokriging方法對(duì)整個(gè)黃河三角洲地區(qū)進(jìn)行了土壤鹽漬化評(píng)價(jià)：王卓然等[12-13]分析了黃河三角洲墾利縣一個(gè)年份的土壤水鹽空間變異情況，證實(shí)了土壤鹽漬化的區(qū)域性宏觀規(guī)律較為穩(wěn)定，不同季節(jié)呈現(xiàn)相同的空間規(guī)律。在田塊尺度上，姚榮江等[14-15]根據(jù)大量土壤剖面數(shù)據(jù)，開(kāi)展了土壤水鹽空間變異的特征研究：孫運(yùn)朋等[16]研究了典型濱海棉田地塊在不同季節(jié)的土壤鹽分含量時(shí)空變化情況。然而以上工作要么側(cè)重探討短期土壤鹽分含量空間分布情況，要么側(cè)重田塊尺度土壤鹽分含量時(shí)空變化，并未對(duì)黃河三角洲土壤鹽分含量長(zhǎng)時(shí)間、較大尺度的空間變化開(kāi)展相關(guān)研究。在縣域尺度下，隨著土地開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度的增強(qiáng)，土壤鹽分含量隨時(shí)間的變化是未知的，因此有必要進(jìn)一步了解其在時(shí)間尺度上的變化規(guī)律。以黃河三角洲典型土壤鹽漬化縣域墾利縣為研究區(qū)，通過(guò)野外調(diào)查與采樣分析，結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，研究了2007-2016年10 a土壤鹽分含量在空間上的變化規(guī)律，以期為區(qū)域資源合理利用提供技術(shù)支持。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

山東省墾利縣位于黃河三角洲腹地，由黃河沖積而成，海拔一般低于14 m，地形平坦，起伏不大，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，溫差明顯。研究區(qū)面積2 204 km2。該區(qū)域受地形、地質(zhì)水文和人為活動(dòng)等影響，土地鹽漬化較為突出。

1.2 數(shù)據(jù)采集與測(cè)試

2007年土壤采集時(shí)間為9月、10月，按照網(wǎng)格采樣，采集數(shù)據(jù)900個(gè)。考慮到部分采樣點(diǎn)不具備代表性，所以對(duì)2007年采樣點(diǎn)的布局及其代表性進(jìn)行了篩選，共確定121個(gè)采樣點(diǎn)。2016年土壤采集時(shí)間為10月，進(jìn)行網(wǎng)格布點(diǎn)，共布設(shè)了126個(gè)采樣點(diǎn)。為了與2007年采樣點(diǎn)匹配，將兩個(gè)年份的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)賦予地理坐標(biāo)，疊加顯示，篩選出靠近2007年的采樣點(diǎn)?？紤]到兩個(gè)時(shí)期個(gè)別采樣點(diǎn)沒(méi)有完全重合，同時(shí)為了使采樣點(diǎn)能準(zhǔn)確反映研究區(qū)的實(shí)際情況，在野外實(shí)地采樣時(shí)，根據(jù)區(qū)域植被類型、土地利用方式以及道路通達(dá)等因素進(jìn)行了部分調(diào)整。研究區(qū)東部、黃河以南為自然保護(hù)區(qū)，當(dāng)年未采樣，實(shí)際獲取2016年采樣點(diǎn)86個(gè)。

土壤樣品采集時(shí)，每個(gè)采樣點(diǎn)均在其周圍取3-5個(gè)點(diǎn)的土樣，混合后裝入塑料密封袋，貼上標(biāo)簽。同時(shí)用GPS記錄采樣點(diǎn)位置，填寫野外采樣記錄。采集后的樣品帶至實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，研磨過(guò)2 mm篩，以備測(cè)試。

為了提高分析效率，對(duì)采集的土壤樣品，先測(cè)量土水比為1：5條件下的電導(dǎo)率，然后根據(jù)電導(dǎo)率和鹽分之間的關(guān)系，把電導(dǎo)率轉(zhuǎn)化成鹽分含量表示[17]。姚榮江等[18-19]在黃河三角洲地區(qū)進(jìn)行過(guò)大量相關(guān)研究，有著成熟的電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換方程，因此采用其方法計(jì)算土壤鹽分含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

對(duì)土壤鹽分含量數(shù)據(jù)利用SPSS 13.0軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析[20]，兩個(gè)時(shí)期的土壤鹽分含量空間分布采用Arcgis 9.3地統(tǒng)計(jì)模塊完成[21]，不同等級(jí)鹽分含量的土地面積利用Arcgis 9.3空間分析模塊計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鹽分含量描述性統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)2007年、2016年土壤鹽分含量數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)表1。2007年研究區(qū)土壤鹽分含量最大值為22.98 g/kg，最小值為0.12 g/kg，平均值為3.93g/kg，變異系數(shù)為98.98%，說(shuō)明該地區(qū)前期土壤鹽分含量變異程度非常大。峰態(tài)系數(shù)為10.28，說(shuō)明該數(shù)據(jù)具有過(guò)尖的峰值，同時(shí)偏態(tài)系數(shù)為2.52.屬于高度偏態(tài)。在使用地統(tǒng)計(jì)學(xué)Kriging方法進(jìn)行土壤鹽分含量空間插值和分析前，需要對(duì)數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布進(jìn)行檢驗(yàn)，很顯然上述原始數(shù)據(jù)并不符合正態(tài)分布，有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變換使之符合或接近正態(tài)分布。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換后，偏態(tài)系數(shù)為-0.24，接近于0。雖然峰態(tài)系數(shù)為3.95.稍大于3，但是變換后中值接近平均值，所以可以認(rèn)為變換后的數(shù)據(jù)接近正態(tài)分布，可以使用Kriging方法進(jìn)行空間變異分析。2016年研究區(qū)土壤鹽分含量最大值為36.09 g/kg，最小值為0.05 g/kg，平均數(shù)為4. 17 g/kg，變異系數(shù)為177. 220-/0，超過(guò)了100%，說(shuō)明2016年土壤鹽分含量屬于強(qiáng)烈變異，且變異程度比2007年要大。黃河三角洲地區(qū)土壤鹽分含量變異有增強(qiáng)趨勢(shì)，這一點(diǎn)與楊勁松等[6，12]在不同時(shí)期的研究結(jié)果一致。從峰態(tài)系數(shù)上看，該數(shù)據(jù)不是正態(tài)分布。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換后，偏態(tài)系數(shù)為0.33，接近于0，峰態(tài)系數(shù)為2.32，數(shù)據(jù)分布比較接近正態(tài)分布。

2.2 2007年土壤鹽分含量空間分布特征

利用2007年121個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)和GIS軟件，進(jìn)行普通Kriging插值，所得土壤鹽分含量空間分布見(jiàn)圖1。根據(jù)鹽分等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)土壤鹽分含量劃分為5個(gè)等級(jí)，土壤鹽分含量

2.3 2016年土壤鹽分含量空間分布特征

2016年土壤鹽分含量空間分布情況見(jiàn)圖2.由圖2可以看出，研究區(qū)2016年總體上不同等級(jí)的鹽漬化土地分布和2007年的相近。但土壤鹽分含量分布在空間上更有規(guī)律性，顯示為距離渤海越遠(yuǎn)，鹽分含量一般越低。鹽土主要分布在研究區(qū)中南部和東部靠海區(qū)域，與范曉梅等[11-12]的研究結(jié)果大體一致。由表2可以看出，該地區(qū)中度鹽漬化土壤面積和鹽土面積最大，分別占研究區(qū)總面積的30.75%和29.90%，其次為輕度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤，說(shuō)明鹽漬化程度仍然比較嚴(yán)重。

2.4 土壤鹽分含量時(shí)空分布變化特點(diǎn)及原因

由2007-2016年土壤采樣點(diǎn)插值結(jié)果可知，10 a間不同鹽漬化程度的土壤面積有所變化。非鹽漬化土壤面積雖然在2007年顯示為0，但這是Kriging方法平滑所致，不代表實(shí)地沒(méi)有非鹽漬化土壤，又由于2016年非鹽漬化土壤面積較?。▋H占1. 64%），因此可以認(rèn)為非鹽漬化土壤面積基本沒(méi)有發(fā)生變化或發(fā)生了輕微變化。中度鹽漬化土壤面積減小明顯，減小了35.41%：重度鹽漬化土壤面積減小了3.86%：輕度鹽漬化土壤面積增加了10.03%，增幅較大。說(shuō)明經(jīng)過(guò)自然變遷與人為調(diào)控和治理，一部分中度和重度鹽漬化土壤轉(zhuǎn)化成了輕度鹽漬化土壤。鹽土面積增加了27.6%，原因可能是：研究區(qū)東部2007年采樣數(shù)量小，空間預(yù)測(cè)時(shí)權(quán)重低：土地利用方式不合理以及農(nóng)田棄耕導(dǎo)致土壤鹽漬化程度加重。

為了進(jìn)一步了解哪個(gè)區(qū)域土壤鹽漬化程度發(fā)生了變化，將兩個(gè)時(shí)期土壤鹽分含量空間分布圖層進(jìn)行疊加分析，并將時(shí)空變化圖層進(jìn)一步處理，歸類為鹽漬化程度變嚴(yán)重區(qū)和鹽漬化程度變輕區(qū)，同時(shí)疊加墾利縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃邊界，以更清晰直觀地展現(xiàn)黃河三角洲地區(qū)土壤鹽分含量的時(shí)空變異，見(jiàn)圖3。鹽漬化程度明顯降低的區(qū)域主要分布在墾利縣中部的西宋鄉(xiāng)、黃河口鎮(zhèn)西部及勝坨鎮(zhèn)大部分區(qū)域，鹽漬化程度明顯加重的區(qū)域主要分布在墾利縣西南部的郝家鎮(zhèn)、東部黃河口鎮(zhèn)大部分區(qū)域。永安鎮(zhèn)土壤變化較為復(fù)雜，土壤鹽漬化程度上升與下降趨勢(shì)并存。

研究區(qū)中部、南部及東部沿海地區(qū)土壤鹽漬化程度較嚴(yán)重，西部地區(qū)土壤鹽漬化狀況稍輕，尤其是2016年土壤鹽分含量在空間分布上更具規(guī)律性，顯示為距離渤海越遠(yuǎn)，鹽分含量一般越低。范曉梅等[11-12.22]研究發(fā)現(xiàn)，沿海地區(qū)土壤鹽分含量高于內(nèi)陸地區(qū)的。對(duì)此分布特點(diǎn)一般認(rèn)為是，靠海地區(qū)地下水位高、土壤受海水浸潤(rùn)影響大，離海遠(yuǎn)的地區(qū)海拔較高、地下水位低所致。

鹽漬化程度變化的原因是多樣化的，尤其是近幾年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，農(nóng)業(yè)活動(dòng)、土地開(kāi)發(fā)劇烈，各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)鹽漬化程度變化的原因不盡相同。勝坨鎮(zhèn)、永安鎮(zhèn)北部、西宋鄉(xiāng)和黃河口鎮(zhèn)西部土壤鹽漬化程度表現(xiàn)為降低趨勢(shì)。據(jù)調(diào)查，西宋鄉(xiāng)、永安鎮(zhèn)（北部）、勝坨鎮(zhèn)、墾利鎮(zhèn)等為農(nóng)業(yè)大鎮(zhèn)，大多數(shù)耕地進(jìn)行了秸稈還田，土壤固碳數(shù)量增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量提升[23]，一定程度上遏制了土壤鹽漬化的趨勢(shì)。2007年開(kāi)始實(shí)施測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，農(nóng)業(yè)用肥更加科學(xué)合理，因此一定程度上降低了土壤鹽漬化程度，改善了土壤質(zhì)量。土地利用方式的改變也會(huì)造成鹽漬化程度的變化，不同土地利用方式中（見(jiàn)圖4，據(jù)2016年調(diào)查結(jié)果整理），水田和林灌用地土壤鹽分含量最低，其次是旱田，荒地（草地）鹽分含量最高。黃河口鎮(zhèn)西部現(xiàn)今不再旱作，而是改種大面積水稻，水稻的種植對(duì)土壤鹽分能起到淋洗作用19]，從而降低了土壤鹽分含量。

黃河口鎮(zhèn)東部靠近沿海，受海水浸潤(rùn)影響，土壤鹽分含量一直較高[12]，且該區(qū)域大部分為黃河三角洲自然生態(tài)保護(hù)區(qū)，一般不進(jìn)行農(nóng)業(yè)活動(dòng)，土壤有機(jī)質(zhì)積累較少，因此土壤鹽漬化顯示為一定程度的加重。墾利縣南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)部分土壤鹽漬化程度加重，多為土地利用方式改變引起。之前該區(qū)域多種植水稻，且建立了水稻種植示范區(qū)，而今大量稻田改建成水塘等，水稻種植時(shí)的以水洗鹽作用消失后，土壤中鹽分不斷向地表聚集。因此可以根據(jù)土壤的水鹽狀況來(lái)調(diào)整土地利用方式，有效、合理利用鹽漬化土地。

研究區(qū)地下水位埋深較淺，以2-3 m為主，礦化度高，多高于2 g/L，且越靠近海岸礦化度越高[24-26]。有學(xué)者[27]認(rèn)為，地下水位和礦化度對(duì)土壤含鹽量起著重要作用，而土壤鹽漬化時(shí)空變化是否受到地下水的影響需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究?？紤]到地下水位的變化主要受降水量和蒸發(fā)量、灌水量和排水量影響，近幾年墾利縣未發(fā)生較重旱澇災(zāi)害，灌溉條件和方式未發(fā)生太大改變。所以，一般認(rèn)為墾利縣地下水位和礦化度近期沒(méi)有太大年度變化，相關(guān)文獻(xiàn)也多是使用歷史平均地下水位數(shù)據(jù)作為研究基礎(chǔ)。因此近10 a墾利縣土壤鹽漬化的變化受地下水的影響可以認(rèn)為是極小的。

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)2007-2016年土壤鹽分含量整體較高，土壤鹽漬化具有強(qiáng)烈的變異特點(diǎn)，而且變異程度有增強(qiáng)趨勢(shì)。

（2）2007年研究區(qū)中部和南部沿海地區(qū)重度鹽漬化土壤和鹽土分布較多，鹽漬化程度最重，西部和東部以中度鹽漬化土壤為主?？傮w上研究區(qū)中度鹽漬化土壤面積最大，占研究區(qū)面積的66.16%：其次為重度鹽化土壤，占22.59%：其他程度鹽漬化土壤共占11.25%。

（3）2016年研究區(qū)鹽漬化土壤分布情況和2007年的相近，但土壤鹽分含量分布在空間上更有規(guī)律性，顯示為距離渤海越遠(yuǎn)，鹽分含量一般越低。鹽分含量特別高的區(qū)域主要分布在研究區(qū)西南部、中南部和東部靠海區(qū)域。非鹽漬化、輕度鹽漬化、中度鹽漬化、重度鹽漬化、鹽土土壤占研究區(qū)總面積的比例分別為1.64%、18.98%、30.75%、18.73%、29.90%.

（4） 10 a間不同鹽漬化程度的土壤面積有所變化。非鹽漬化土壤面積基本沒(méi)有或發(fā)生了輕微變化，中度鹽漬化和重度鹽漬化土壤面積共降低了39.27%.輕度鹽漬化土壤面積增加了10.03%.鹽土面積也有一定程度增加，整體上鹽漬化程度還是比較嚴(yán)重的。鹽分含量明顯減輕的區(qū)域主要分布在墾利縣中部和東南部，這可能與近年來(lái)秸稈還田、種植水稻有很大關(guān)系;土壤鹽漬化程度明顯加重的區(qū)域主要分布在墾利縣西南、中南和東部區(qū)域，這與受海水浸潤(rùn)影響、土地利用方式改變等相關(guān)。因此可以根據(jù)土壤的水鹽狀況來(lái)調(diào)整土地的利用方式，有效、合理利用鹽漬化土地。

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【責(zé)任編輯呂艷梅】