石 聰， 陳禮瀚， 張怡菲， 何 帥， 謝海霞

（1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系，新疆 石河子 832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥力研究所，新疆 石河子 832000；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北綠洲節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000；4.水肥資源高效利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000）

干旱地區(qū)存在降雨量少、蒸發(fā)量大的現(xiàn)象，導(dǎo)致不同程度的土壤鹽漬化問題，從而對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響，土壤鹽漬化已成為這類地區(qū)產(chǎn)生的典型問題［1-2］。土壤鹽漬化不只是地理位置上的局限性問題，它同時也是許多國家要解決的資源和生態(tài)問題［3］。我國受到鹽漬化危害的土地面積大，分布范圍廣，同時在東北、華北、西北內(nèi)陸等地區(qū)還集中存在著大面積的潛在鹽漬化土壤［4］。其中新疆是我國受鹽堿威脅最嚴(yán)重的省份，也是全國最大的鹽漬土壤分布地區(qū)。據(jù)調(diào)查，新疆耕地總面積達(dá)5.08×106hm2，其中受到鹽漬化危害的耕地占總面積的32.07%［5-6］。而地處于天山與昆侖山之間的新疆南部地區(qū)由于獨(dú)特地質(zhì)以及氣候條件受到的危害更為嚴(yán)重，新疆南部“五地州”鹽堿地面積占總耕地面積的41.21%，遠(yuǎn)高于全疆鹽漬化土地平均值［7］。同時，由于土地開發(fā)力度的加大和土地利用方式的改變，使新疆鹽漬化土壤的類型、數(shù)量、分布等因素發(fā)生了變化，這些問題嚴(yán)重威脅到了新疆農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［8］。研究土壤鹽漬化的過程中，土壤鹽分特征研究具有重要的意義，它是水文地質(zhì)條件研究中的重要內(nèi)容之一［9］。蔣磊等［10］以新疆塔里木灌區(qū)為例進(jìn)行土壤鹽漬化易發(fā)性評價，結(jié)果顯示：土壤鹽漬化的高易發(fā)區(qū)主要為槽型、封閉洼地等區(qū)域，中等易發(fā)區(qū)為農(nóng)田周圍的棄耕地，低易發(fā)區(qū)為灌區(qū)周圍的水域以及沙漠。梁萌等［11］以新疆準(zhǔn)噶爾盆地未開墾鹽堿土為研究對象得出該地區(qū)以硫酸鹽氯化物鹽土、硫酸鹽鹽土為主。中、重度硫酸鹽氯化物鹽土、硫酸鹽鹽土以鏈狀或條帶狀集中分布在昌吉回族自治州、博爾塔拉蒙古自治州；宋夢潔等［12］進(jìn)行博斯騰湖地區(qū)土壤鹽分特征研究，得到該區(qū)域均呈堿性的輕度鹽漬化土壤，并進(jìn)一步分析了該區(qū)域鹽分特征因子、影響因素等；代云豪等［13］以阿拉爾墾區(qū)為研究區(qū)通過建立模型進(jìn)行土壤鹽漬化遙感監(jiān)測分析結(jié)果顯示：近10 a 該區(qū)域土壤鹽漬化程度在北部和南部明顯好轉(zhuǎn)，中東部地區(qū)有所加重，從整體上來看得到了較好的改善；劉遷遷等［14］以察南灌區(qū)土壤為研究對象，得到K+、Cl-和HCO3-為該區(qū)域土壤鹽分的主導(dǎo)因子，對土壤pH 影響最強(qiáng)的為HCO3-；對鹽基離子進(jìn)行定性分析得到各主導(dǎo)因子的影響因素結(jié)果顯示：HCO3-和pH 受河流和地下水綜合影響，其余各離子主要受河流影響。摸清新疆鹽漬化土壤分布情況、鹽漬化程度及鹽分類型，對探索適宜新疆鹽漬化農(nóng)田高效治理模式，促進(jìn)新疆經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要意義［15］。

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師地處塔里木盆地西北邊緣，墾區(qū)內(nèi)大部分團(tuán)場都分布在葉爾羌河下游、塔克拉瑪干沙漠邊緣。第三師自成立以來，由于受自然條件和生產(chǎn)過程中灌排設(shè)施不完善等因素的影響，致使一些團(tuán)場出現(xiàn)不同程度的土壤次生鹽漬化，制約了墾區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展［16］。而針對該區(qū)域土壤鹽漬化特征及類型的研究極少，因此本文以第三師小海子灌區(qū)為研究區(qū)域，通過分層采集土壤樣品，測定土壤總鹽、鹽基離子組成和pH值，揭示研究區(qū)耕地土壤鹽漬化特征，明確小海子灌區(qū)各團(tuán)場土壤鹽漬化程度以及各鹽分離子分布，為該地區(qū)后續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和鹽漬化土壤改良與利用提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

小海子灌區(qū)（78°47′～79°34′E，39°36′～40°04′N）位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師圖木舒克市，地處葉爾羌河、喀什噶爾河流域下游，地勢西南高東北低，總體較為平坦（海拔高度在1024.19～1075.06 m 之間），土壤多為砂質(zhì)壤土。灌區(qū)由44團(tuán)、49團(tuán)、50團(tuán)、51 團(tuán)、53 團(tuán)和小海子水庫管理處等單位組成；各團(tuán)場均位于荒無人煙的塔克拉瑪干沙漠西緣，遠(yuǎn)離海洋、光照充足、熱量豐富，年降水量在34.1～38.8 mm之間，年蒸發(fā)量在2030.8～3318.26 mm 之間，年平均氣溫11.6 ℃，年平均無霜期212～225 d，屬于暖溫帶極干旱荒漠氣候。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與測定

研究土樣采集時間為2021 年4 月，利用GPS 定位，在小海子灌區(qū)共設(shè)置162 個采樣點(diǎn)（圖1），采樣點(diǎn)盡可能遍及灌區(qū)各種主要的鹽漬化類型及土地利用類型（耕地包括棉花、紅棗、玉米和梨等經(jīng)濟(jì)作物，其他土地主要是棄耕地、鹽堿地等）。每個樣點(diǎn)分層（0～20 cm、20～40 cm）采集土壤樣品，共計324份，將采集的土樣分別裝入密封袋中并做好標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室挑出雜物后進(jìn)行自然風(fēng)干、研磨、過篩測定其pH 值、鹽分及8大離子含量。其中K+、Na+用FP640 型火焰光度計測定；Ca2+、Mg2+用Z-2000 型原子吸收分光光度計測定；SO24-用EDTA間接滴定法測定；Cl-用硝酸銀滴定法測定；CO23-、HCO-3用雙指示劑法測定［17］；pH（水土比1:1）和電導(dǎo)率（水土比5:1）使用MP521型pH計/電導(dǎo)率儀測定。選擇不同電導(dǎo)率區(qū)間的36個土壤樣品，采用烘干殘渣法測定總鹽含量，建立土壤電導(dǎo)率（Y，dS·m-1）與總鹽（X，g·kg-1）的函數(shù)關(guān)系式（Y=0.2445X+0.2557，R2=0.9841），將其余樣品電導(dǎo)率測定值代入此函數(shù)式計算各土壤樣品的總鹽含量。

圖1 土壤樣本采樣點(diǎn)位置分布Fig.1 Location distribution of soil sample sampling points

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選處理，采用SPSS 19.0軟件分析選項(xiàng)卡下的描述性統(tǒng)計與比較均值功能進(jìn)行統(tǒng)計特征分析及顯著性檢驗(yàn)；使用ArcGIS 10.8 繪制研究區(qū)采樣點(diǎn)位置示意圖，利用該軟件統(tǒng)計分析模塊中的克里金插值法對土壤鹽漬化類型及各離子空間分布插值圖進(jìn)行制作；文中所涉及各項(xiàng)指標(biāo)劃分范圍如下表1～3所示：

表1 變異系數(shù)（Cν）劃分等級［18］Tab.1 Classification of coefficient of variation［18］ /%

3 結(jié)果與分析

3.1 小海子灌區(qū)耕地土壤鹽分特征

為直觀反映小海子灌區(qū)耕地土壤中鹽分變異特征，對各團(tuán)場不同土層的鹽基離子進(jìn)行描述統(tǒng)計分析（表4）。研究區(qū)土壤中的主要鹽基離子為K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO24-、Cl-、HCO-3，各土層中均不含CO23-（研究區(qū)部分采樣點(diǎn)Mg2+含量較低，用g·kg-1計量時，部分樣品差異看不出來，故用mg·kg-1計量）；陽離子主要為K+、Na+、Ca2+，陰離子以SO24-、Cl-為主。各團(tuán)場不同土層中鹽分離子極大值與極小值含量差異明顯，表明這一區(qū)域土壤鹽分離子空間分布不均勻。根據(jù)變異系數(shù)劃分等級（表1），研究區(qū)整體的總鹽量以及K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO24-、Cl-的變異系數(shù)均大于100%，屬于強(qiáng)變異性；而HCO-3的變異系數(shù)處于10%～100%之間，屬于中等變異性。

由表4結(jié)果可看出小海子灌區(qū)耕地土壤pH介于7.79～9.61，其中土壤pH均值最低的為44團(tuán)0～20 cm土層，最高的為53 團(tuán)0～20 cm 土層。根據(jù)土壤酸堿程度分級（表2），研究區(qū)耕地土壤總體以堿性土為主，部分區(qū)域土壤為強(qiáng)堿土。在0～20 cm、20～40 cm土層，pH 變異系數(shù)均處于2.25%～4.29%之間，土壤pH 呈弱變異性，說明灌區(qū)耕地土壤酸堿度分布均勻，空間異質(zhì)性弱。

表2 土壤酸堿程度分級［19］Tab.2 Classification of soil pH［19］

表3 土壤鹽漬化類型劃分標(biāo)準(zhǔn)［20］Tab.3 Classification standard of soil salinization types［20］

表4 土壤鹽分特征統(tǒng)計值（N=154）Tab.4 Characteristic statistical value of soil salinity(N=154)

一般土壤脫鹽過程與積鹽過程共存，對研究區(qū)不同土層各鹽分離子及pH 進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表5 所示：表土0～20 cm 土層中總鹽含量及pH 顯著高于20～40 cm 土層，而其余各鹽分離子在兩土層之間的差異不顯著。

表5 不同土層各鹽基離子顯著性檢驗(yàn)Tab.5 Significance test of base cations in different soil layers

根據(jù)鹽漬化類型確定標(biāo)準(zhǔn)（表3），以研究區(qū)表層土壤中Cl-/S的厘摩爾當(dāng)量比值來分析土壤鹽漬化類型。由圖2 可以看出，研究區(qū)0～20 cm 土層以氯化物硫酸鹽鹽化土壤為主，主要分布在51 團(tuán)、44 團(tuán)大部分區(qū)域以及50 團(tuán)、53 團(tuán)的部分區(qū)域，這部分占研究區(qū)總面積的76.93%；氯化物鹽化土壤主要分布于49 團(tuán)、53 團(tuán)與50 團(tuán)邊界以及東部靠近塔里木盆地區(qū)域，占研究區(qū)總面積的3.98%；硫酸鹽氯化物鹽化土壤圍繞分布于氯化物鹽化土壤周圍，占研究區(qū)總面積的10.74%；硫酸鹽鹽化土壤分布在44團(tuán)、50 團(tuán)及51 團(tuán)交界處，占研究區(qū)總面積的8.35%。在20～40 cm 土層內(nèi)，51 團(tuán)、44 團(tuán)主要為氯化物硫酸鹽鹽化土壤，分布一定面積的硫酸鹽鹽化土壤；49 團(tuán)主要分布氯化物鹽化土壤以及部分硫酸鹽氯化物鹽化土壤；在50 團(tuán)、53 團(tuán)以氯化物硫酸鹽鹽化土壤為主，在東北部區(qū)域分布一定面積的氯化物鹽化土壤，同時分布有部分硫酸鹽鹽化土壤。

圖2 小海子灌區(qū)土壤鹽漬化類型分布Fig.2 Distribution of soil with salinized types in Xiaohaizi Irrigation Area

3.2 空間插值

土壤鹽分含量的空間分布如圖3 所示，從空間插值結(jié)果來看，0～20 cm 土層分布面積最大的為含鹽量在6～10 g·kg-1的中度鹽漬化土壤，占研究區(qū)總面積的32.21%，其次為含鹽量在3～6 g·kg-1的輕度鹽漬化土壤，占研究區(qū)總面積的31.66%，這兩種類型的土壤主要分布于49 團(tuán)東部以及其余團(tuán)場大部；土壤鹽分含量在0～3 g·kg-1的非鹽漬化土壤主要分布于49 團(tuán)，占研究區(qū)總面積的14.76%；而土壤鹽分含量在10～20 g·kg-1的重度鹽漬化土壤以及高于20 g·kg-1的鹽土面積分別占研究區(qū)總面積的20.75%和0.12%，集中分布于51 團(tuán)、44 團(tuán)中部和50 團(tuán)與53 團(tuán)交界處。20～40 cm 土層分布面積最大的為輕度鹽漬化土壤，占研究區(qū)總面積的39.06%，其次為中度鹽漬化和非鹽漬化土壤，分別占研究區(qū)總面積的32.65%和25.33%，該土層的重度鹽漬化和鹽土的分布面積分別占研究區(qū)總面積的2.84%和0.12%。相比于表層土壤，20～40 cm 土層的非鹽漬化土壤和輕度鹽漬化土壤分布面積有所增加，而重度鹽漬化土壤和鹽土的分布面積有所減少。K+、Na+、Ca2+、SO24-和Cl-的分布規(guī)律與總鹽類似，Mg2+主要在44團(tuán)西南部、50團(tuán)和51團(tuán)西部含量較高，49團(tuán)含量次之，其余各區(qū)域Mg2+含量均較低。而HCO-3含量最高的區(qū)域主要分布在44 團(tuán)和49 團(tuán)。除HCO-3外，總鹽與其余各鹽基離子均存在0～20 cm 含量高于20～40 cm 土層的規(guī)律。從整體來看，研究區(qū)鹽分分布大體呈現(xiàn)出西南低、東北高的規(guī)律，這可能與南部靠近兩大水庫與葉爾羌河流域，不同區(qū)域地下水分布深淺及礦化度高低有關(guān)。

圖3 小海子灌區(qū)土壤鹽分因子空間分布Fig.3 Spatial distribution of soil salinity factors in Xiaohaizi Irrigation Area

3.3 防治措施

研究區(qū)由于存在強(qiáng)烈的表層蒸發(fā)積鹽現(xiàn)象，因此可通過冬春灌等措施來降低上層土壤的鹽分，使得耕作層土壤中的鹽分處于較低的水平，以減輕對農(nóng)作物春季出苗的脅迫；在中度和輕度鹽漬化應(yīng)盡量使用兩大水庫的淡水灌溉，在農(nóng)業(yè)用水高峰期時可以采用微咸水混合水庫淡水進(jìn)行灌溉的措施，盡量避免使用咸水灌溉。使用大水壓鹽、洗鹽等措施的同時應(yīng)做好明溝、暗溝、豎井等排水措施的防滲工作，防止洗鹽水下滲進(jìn)入地下水，抬高地下水位而導(dǎo)致次生鹽漬化的發(fā)生。另外還可以通過平整土地，精耕深翻等農(nóng)業(yè)措施來減輕鹽漬化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害。

4 討論

經(jīng)過對研究區(qū)進(jìn)行克里金插值處理分析，得到研究區(qū)土壤鹽漬化類型與各鹽分離子的空間分布狀況。由鹽漬化類型插值圖可以看出研究區(qū)表層土壤鹽漬化類型以氯化物硫酸鹽鹽化土壤為主，主要分布在51團(tuán)、44團(tuán)大部分區(qū)域以及50團(tuán)、53團(tuán)的部分區(qū)域；其次是硫酸鹽鹽化土壤，集中分布在44團(tuán)、50 團(tuán)及51 團(tuán)交界處。與表層類型分布不同的是，在20～40 cm 土壤鹽漬化類型分布面積處于第二的為氯化物鹽化土壤，主要分布在49團(tuán)大部以及50團(tuán)、53 團(tuán)東部。研究區(qū)內(nèi)土壤鹽漬化較為嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)?1 團(tuán)、53 團(tuán)與50 團(tuán)交接區(qū)域以及44 團(tuán)中部。土壤鹽漬化分布呈現(xiàn)以上結(jié)果與該區(qū)域的地勢以及地下水鹽分含量、水域分布、環(huán)境氣候等因素息息相關(guān)。

研究區(qū)地勢西南高、東北低，地處葉爾羌河、喀什噶爾河兩大流域中下游，河水自西向東流過，南部靠近兩大水庫，整體的地下水埋深由南向北逐漸加深，由靠近水域不到1 m 增加到南部的3～6 m，直到最北部的大于10 m［21］。楊鵬通過對圖木舒克市65 組水質(zhì)進(jìn)行研究得到：小海子水庫和永安壩水庫的地表水礦化度為0.56～0.74 g·L-1，均屬于淡水；研究區(qū)整體地下水平均礦化度為4.15 g·L-1，已經(jīng)達(dá)到咸水范圍。僅在49 團(tuán)范圍內(nèi)的地下水存在少量淡水分布，地下水咸水比重為58%，50 團(tuán)地下水水質(zhì)相對較好，以微咸水為主，44 團(tuán)和53 團(tuán)地下水水質(zhì)較差，咸水比重分別為71.4%和63.6%，51 團(tuán)地下水水質(zhì)最差，地下水咸水比重可達(dá)91.7%［22］，在此基礎(chǔ)上受到暖溫帶極端干旱氣候強(qiáng)烈土面蒸發(fā)的影響，地下水中可溶性鹽沿著土壤毛管孔隙在土壤中表聚，同時受到地形、農(nóng)業(yè)灌排水等多方面因素共同作用［23］。研究區(qū)鹽分分布總體呈現(xiàn)出西南低、東北高的趨勢，表現(xiàn)出隨著海拔高度的降低、地下水礦化度的增大導(dǎo)致土壤鹽漬化危害更為嚴(yán)重的規(guī)律。

小海子灌區(qū)耕地土壤表層含鹽量較高，經(jīng)過描述性統(tǒng)計分析，總鹽及各鹽基離子在空間上分布極不均勻，空間異質(zhì)性均處于較強(qiáng)或中等變異性，這可能與地下水分布、地下水位以及人工水渠有關(guān)。對不同土壤層次鹽分統(tǒng)計值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)結(jié)果顯示，0～20 cm 土層的土壤總鹽含量和pH 顯著高于20～40 cm 土層，這也符合研究區(qū)域低降水量、高蒸發(fā)量所導(dǎo)致的鹽分表聚現(xiàn)象［24］。而HCO3-可能是由于不穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)所導(dǎo)致，HCO3-在淺層土壤中易于轉(zhuǎn)換成為CO23-，與陽離子結(jié)合為無法用水溶液浸提的CaCO3與MgCO3沉淀，因此出現(xiàn)表層略低于下層的現(xiàn)象。張杰對葉爾羌河流域地表水主要組分濃度進(jìn)行測定得到：水庫水中主要陽離子平均值最高的為K++Na+，其次是Ca2+，含量最少的是Mg2+；主要陰離子平均值由高到低依次為SO42-、Cl-、HCO3-［25］。這與土壤中鹽基離子含量規(guī)律基本一致。

5 結(jié)論

（1）小海子灌區(qū)土壤受到不同程度鹽漬化的危害，土壤總鹽及各鹽基離子在空間上分布極不均勻。從整體來看，研究區(qū)鹽分分布大體呈現(xiàn)出西南低、東北高的規(guī)律，受土壤鹽漬化危害最輕的為49團(tuán)，危害最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)?1 團(tuán)和53 團(tuán)，且表層土壤總鹽含量與pH顯著高于20～40 cm土層。

（2）研究區(qū)以氯化物硫酸鹽鹽化土壤為主，分布在51團(tuán)、44團(tuán)大部分區(qū)域以及50團(tuán)、53團(tuán)的部分區(qū)域；44 團(tuán)、50 團(tuán)及51 團(tuán)交界處分布有硫酸鹽鹽化土壤，49團(tuán)大部分區(qū)域?yàn)槁然稃}化土壤。

（3）研究區(qū)表層分布面積最廣的為中度鹽漬化土壤，其次為輕度鹽漬化土壤；重度鹽漬化土壤面積占研究區(qū)總面積的20.75%，集中分布于51 團(tuán)、44團(tuán)中部和50 團(tuán)與53 團(tuán)交界處。20～40 cm 土層分布面積最大的為輕度鹽漬化土壤，其次為中度鹽漬化和非鹽漬化土壤；相比于表層土壤，20～40 cm 土層的非鹽漬化土壤和輕度鹽漬化土壤分布面積有所增加，而重度鹽漬化土壤和鹽土的分布面積有所減少。