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叶尔羌河流域下游土壤的盐渍化特征分析

作者:未知

  摘    要:以新疆叶尔羌河流域下游麦盖提县为研究区,采用地统计学等方法,对该区域土壤盐分特征、盐渍化程度及养分状况等进行了分析。结果表明:试验区土壤盐渍化类型以亚硫酸盐渍土为主,其盐渍化程度属于极重盐土,其总盐含量沿着剖面自上而下极显著下降(P<0.01),但土壤表层(0~20 cm)样地间差异不显著(P>0.05),其pH值(7.91~8.97)呈碱性;其土壤容重在1.42~1.91 g·cm-3范围内,沿着剖面自上而下逐渐递减;土壤养分指标速效钾、有效磷和有机质及8种离子在土层间差异均显著(P<0.05)或极显著(P<0.01);表层(0~20 cm)土壤总盐与土壤养分指标及8种离子含量间均存在不同程度的显著正相关(P<0.05),强弱顺序表现为Ca2+>Na+>K+>HCO3- >Mg2+>Cl->速效钾>SO42-  >CO32->有机质>有效磷。
  关键词:土壤盐分;土壤养分;离子;垂直分布特征;相关关系
  中图分类号:S153.6            文献标识码:A            DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2019.06.015
  Abstract: In this study, the original salinization area in Maigaiti county was taken as the target area, and the soil salinity characteristics of soil salinization degree, soil nutrient status were analyzed by using the method of geostatistics related methods. The soil salinization type was dominated by sulfurous acid saline soil and its salinization degree belonged to extremely heavy saline soil. The total salt content was significantly decreased with the increase of soil depth (P<0.01), but there was no significant difference among different soil sample plots in topsoil (0~20 cm). The soil pH value (7.91~8.97) was alkaline. The bulk density of soil in different soil sample plots and different soil layers was 1.42~1.91 g·cm-3, which was decreased with the increase of soil depth. The soil available K, available P, organic matter and the eight ions content was significantly different among different soil layers (P<0.05). There were different positive correlations between (0~20 cm) soil total salt and soil nutrition and 8 ion contents, and the correlation order was Ca2+>Na+>K+>HCO3- >Mg2+>Cl->available K>SO42-  >CO32->organic matter>available P.
  Key words: soil salinity; soil nutrient; ions; vertical distribution characteristics; relationships
  土壤鹽渍化作为导致世界各农业区土地退化的重要因素之一,已成为一个全球性农业生态环境灾害问题[1]。土壤盐渍化不但对生物圈和生态环境构成威胁、造成巨大的农业生产损失,而且影响社会经济发展及资源与环境的可持续发展[2]。我国的盐渍化土地在西部干旱半干旱区分布广泛,在农业生产中已成为建设高产田的障碍[3]。研究土壤盐渍化过程和特征是改善和恢复干旱区生态环境的重要内容之一[4-7]。乔云峰等[8]、刘蔚等[9]、宋长春等[10]、李韵珠等[11]对地下水及其土壤的离子含量化学特征、不同条件下地下水位变化与土壤盐渍化的发生速度变化之间的关系进行研究;樊自立等[12]、刘广明等[13]、刘继龙等[14]通过研究,提出地下水埋深是影响绿洲土壤盐渍化最重要的因素之一。
  绿洲农业是干旱半干旱地区自然、经济、社会综合作用的产物,绿洲农业发展是新疆改善和保护生态环境、防治土地荒漠化及农业生产可持续发展的重要战略问题[15-16]。近年来,喀什地区因自然环境不利因素和人为利用不当,导致土壤肥力下降及农业产量降低[17-18],其中喀什要打造成为南疆经济特区,既有机遇又有挑战。本研究以喀什地区叶尔羌河流下游麦盖提县盐渍化土壤为研究区域,对其盐渍化特征进行分析,为该地区提高土地利用率,改善农村生产、生活条件及生态环境,实现西部地区经济可持续发展有重要的科学意义。   1 材料和方法
  1.1 研究区域概况
  叶尔羌河流域地处新疆维吾尔自治区的西南部,塔里木盆地的西缘,地理位置为东经74°28'~80°54',北纬34°50'~40°31'[19]。流域总面积9.89×104 km2,山区面积6.08×104 km2,占流域总面积61.5%,平原区面积3.81×104 km2,占38.5%。叶尔羌河流域主要包括塔什库尔干、莎车、泽普、叶城、麦盖提、巴楚县[20]。麦盖提县属叶尔羌河和提孜那甫河冲积平原,地理位置为东经77°28'~79°05',北纬38°25'~39°22',温带大陆性气候,降水量39.4 mm,年平均气温11.8 ℃,非常适宜棉花、粮食、各类瓜菜、水果等农作物生长,是典型的农业大县。
  1.2 样品采集
  2016年6月通过野外调研在喀什地区麦盖提县典型盐渍化区域设置了10个样地,样地间的距离为1 km,由GPS定位,选取标准的土壤剖面,分3层取样0~20 cm、20~50 cm、50~80 cm 。
  1.3 土壤指标测定
  在样品采集过程中用环刀法分层测定土壤容重。采集的土壤样品带回实验室,风干,磨碎,过1 mm筛后备用,分别用重铬酸钾法和盐酸—氟化铵浸提法测定土壤有机质和有效磷含量,以1∶5的土水比进行过滤浸提,测定土壤中CO32-、HCO3-、SO42-、Cl-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+的质量分数。其中,CO32-、HCO3- 用双指示剂滴定法;接着对滴定碳酸盐和重碳酸盐以后的溶液用0.025 mol·L-1的AgNO3标准溶液来继续滴定Cl-;SO42-用EDTA 间接络合滴定法;Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度法;K+、Na+用火焰光度法;速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法。土壤盐渍化类型的确定按[Cl-]/[SO42-]毫克当量比来确定。
  1.4 数据处理与分析
  数据通过SPSS 19.0进行方差分析和指标间相关关系分析。
  2 结果与分析
  2.1 土壤盐渍化类型及程度
  由表1可知,研究区域土壤盐渍化类型属于亚硫酸盐渍土,而土壤中的主要盐类是硫酸盐及氯化物,重碳酸盐也是土壤盐分的主要成分;综合而言研究区土壤盐渍化很严重,土壤的pH值(7.91~8.97 )呈碱性。
  2.2 土壤容重分析
  土壤容重是土壤的基本物理性质之一,对土壤的透气性、透水性、持水性、矿物的迁移特征以及土壤的抗外界破坏能力有重要影响[21],土壤容重对含盐量的影响主要通过土壤孔隙,减小土壤容重,可提高土壤孔隙度数量,从而改善土壤耕性[22]。土壤容重增大,土壤毛管孔隙的数量降低,影响土壤水盐的向下移动及蒸发过程[23-24]。由表2可知,不同样地及不同土壤剖面土壤容重在1.42~1.91 g·cm-3范围内,自地表向下呈逐渐递减趋势,与土壤盐分的变化趋势(表1)一致,但样地间和土层间差异均不显著。因此,通过减小土壤容重可降低土壤盐分含量。
  2.3 不同深度土壤剖面的盐分离子变化规律
  对0~20 cm、20~50 cm、50~80 cm土层的盐分含量及各盐分离子平均值变化进行比较,可以揭示研究区土壤盐分运移的规律及垂直分布状况。由表3可知,土壤总盐分及各离子含量在不同土壤剖面间差异均显著,自上而下均呈下降趋势,说明土壤盐分剖面垂直分布呈现表聚性;pH值亦呈下降趋势,但不同土壤剖面间差异均不显著;K+、Na+、HCO3-、Cl-在不同剖面上的变化极显著,说明盐分在剖面上的运移及变化过程中,阳离子的迁移主要以K+、Na+为主,阴离子主要以HCO3-、Cl-为主。
  2.4 土壤剖面不同深度的养分元素变化规律
  土壤有效磷、速效钾、有机质是植物生存所必需的养分元素。在农业土壤中,养分元素含量可影响作物的生长发育和产量高低,决定土壤理化性能和土壤肥力高低[25]。由表4可知,速效钾在不同土壤剖面上的变化极显著,有效磷及有机质在不同土壤剖面上的变化显著,三者由上及下均呈下降趋势。
  2.5 土壤总盐含量、pH值及阴阳离子变化规律
  土壤盐渍化的过程有两种,一种是受地质构造运动的影響,古老的含盐地层裸露地表,使沉积物普遍含盐 ,成为现代土壤和地下水的盐分来源;另一种是现代积盐过程,因气候干旱、降水量少、脱盐过程较弱、蒸发量大,导致过去累积的盐分继续残留在土壤中[26]。
  方差分析表明,不同样地土壤表层(0~20 cm)总盐含量间差异均不显著(F=1.378,P>0.05 ),10个样地总盐含量在12~28 g·kg-1范围内波动,盐渍化程度均较高(图1A);但土壤表层pH值在不同样地间存在极显著差异(F=12.457,P<0.01),各样地的pH值均大于8.0,表现出较强的碱性,其中以第5样地pH值最高而第1和第10样地最低(图1B)。
  方差分析表明,土壤表层钙离子(F=7.079,P<0.01)、镁离子(F=8.123,P<0.01)、钾离子(F=10.320,P<0.01)及钠离子(F=11.455,P<0.01)含量在不同样地间均存在极显著差异;其中样地2和6钙离子含量显著低于样地8 (图2A),样地1、2、6和10镁离子含量显著低于样地8(图2B),样地5钾离子含量显著低于样地1、2、3、7、9、10(图2C),样地10钠离子含量显著低于除样地2外的其他样地(图2D)。
  方差分析表明,碳酸根离子(F=13.215,P<0.01)、碳酸氢根离子(F=5.308,P<0.01)、硫酸根离子(F=8.020,P<0.01)及氯离子(F=9.205,P<0.01)含量在不同样地间存在极显著差异;其中样地1、3和4的碳酸根离子含量显著高于样地6,样地1碳酸氢根离子含量显著低于样地7、8、9,样地7的硫酸根离子含量显著高于其他样地,但氯离子含量显著低于其他样地。   2.6 土壤总盐与各离子及养分元素的相关性
  由表5可知,土壤表层(0~20cm)总盐含量与pH值和Mg2+含量显著正相关,与其他7种离子含量极显著正相关性,相关性强弱顺序为Ca2+>Na+>K+>HCO3->Mg2+>Cl->SO42->CO32-;pH值与Mg2+显著正相关,而与Na+、HCO3-极显著正相关;CO32-與Na+、K+极显著正相关,与Ca2+显著正相关;HCO3-与Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-极显著正相关,与K+和SO42-显著正相关;SO42-与 Ca2+、K+之间存在着极显著正相关,与Mg2+显著正相关,说明在土壤剖面下部各土层聚集的SO42-与Ca2+、K+、Mg2+之间形成中性盐土特性;Ca2+与Mg2+、K+极显著正相关;Na+与K+极显著正相关,与Mg2+显著正相关。
  植物根系有选择性吸收养分、水分的能力,当土壤中盐分含量增加时,根系营养性离子吸收不足,导致植被营养失衡和营养元素的缺乏[27]。由表6可知,土壤总盐与速效钾极显著正相关,与有效磷、有机质呈显著正相关,说明研究区土壤盐分含量对有效磷、速效钾、有机质的有效性影响较大;pH值与有机质、速效钾、有效磷均显著正相关,说明土壤酸碱性越大(pH值越高),土壤养分的有效性越高。
  3 结论与讨论
  本试验区土壤属于极重亚硫酸盐渍土,其地下水埋深较浅(平均1.3 m),在强烈蒸发的作用下,土壤中的盐分随毛管水向表土层运移、累积,并呈现不断升高的趋势,说明试验区的盐渍化现象是残余积盐与现代积盐过程共同作用的结果;土壤表层总盐含量在不同样地间差异不显著(F=1.378,P>0.05),说明影响该区域土壤盐渍化的环境条件是相似的,但不同样地土壤pH值差异显著(F=12.457,P<0.01),各样地均表现出较强的碱性。
  土壤容重对含盐量在土壤剖面上的影响不仅出现在同层,而且存在于异层之间[28],其对含盐量的影响可较全面地反映土壤水盐运移的真实情况[29]。本试验区土壤容重与盐分的变化规律一致,剖面自上而下逐渐减小,故通过减小土壤容重可降低土壤盐分含量;盐分在剖面上的运移及变化过程中,K+、Na+、HCO3-、Cl-具有较强的活性,尤其是Na+、Cl-。
  土壤中的盐分离子与养分元素的相互作用,会使养分的有效性降低[30];Na+在植物体内积累影响作物对Ca、K等营养物质吸收[31];当土壤中Na+含量较高时,Na+进入土壤胶体,交换出一定量的Ca2+或Mg2+或NH4+,土粒分散,结构破坏,保水保肥性能差,不易耕作等[31];植物吸收过量的Cl-会造成离子的毒害,抑制植物对有效P的吸收[32]。本试验中,土壤总盐与8种离子含量间均存在不同程度的显著正相关,相关性强弱表现为Ca2+>Na+>K+>HCO3->Mg2+>Cl->SO42->CO32-;土壤8种离子间相关性关系,体现了盐分在土壤剖面上的分化关系及淀积特征;土壤盐分含量及酸碱性与土壤养分有效磷、速效钾和有机质极显著或显著正相关。
  因此在土壤改良及盐渍化防治中加强土壤酸碱性的控制。速效钾在不同土壤剖面上的变化极显著,说明速效钾是最活跃的养分元素,故在盐渍土的改良中优先考虑速效钾的有效性。
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