艾比湖濕地邊緣帶表層土壤鹽分離子分析

蘇艷　楚新正　徐珊

【摘 要】艾比湖作為新疆最大的咸水湖，對(duì)周邊地區(qū)乃至整個(gè)新疆北部的生態(tài)平衡具有重要的意義與作用。對(duì)艾比湖濕地邊緣帶的土壤鹽分離子進(jìn)行分析，結(jié)果表明：（1）研究區(qū)內(nèi)土壤的離子中，陰離子以Cl-和SO42-為主，HCO3-、CO32-的含量極少；陽(yáng)離子以K++Na+為主，Ca2+、Mg2+含量較少，該區(qū)域是以氯化物為主的鹽漬化土地。（2）不同鹽分離子之間存在一定的相關(guān)性，其中Cl-與K++Na+呈現(xiàn)極其顯著正相關(guān)；SO42-和Mg2+、Ca2+之間也存在高度的相關(guān)性。HCO3-、CO32-的與其他鹽分離子的相關(guān)性都不強(qiáng)。（3）當(dāng)需要減少工作量的同時(shí)不影響研究結(jié)果，可只對(duì)Ca2+、SO42-、Cl-三類(lèi)離子進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】艾比湖濕地邊緣帶；土壤鹽分；特征分析

0 前言

景觀邊緣帶（Ecotone），亦可稱(chēng)為邊緣帶。它是相鄰生態(tài)系統(tǒng)間的過(guò)渡地帶，它的特征表現(xiàn)在被時(shí)空尺度和相鄰生態(tài)系統(tǒng)之間的作用力所決定。在全球變化的背景下，它比其它地區(qū)更加敏感，具有“指示”和“預(yù)警”的意義。[1]

艾比湖作為新疆第一大咸水湖，自20世紀(jì)80年代起就受到專(zhuān)家的重視，2000年6月，艾比湖濕地成為自治區(qū)級(jí)自然保護(hù)區(qū)。錢(qián)亦兵、吳兆寧等人研究了艾比湖地區(qū)沙塵形成與地表?xiàng)l件之間的關(guān)系并對(duì)該地區(qū)土壤保持提供了一定的建議。[2]何靜、高翔等對(duì)艾比湖自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的植物群落的數(shù)量分類(lèi)進(jìn)行研究，并通過(guò)土壤環(huán)境的特征解釋了植物群落的分布。[3]馬玉娥，錢(qián)亦兵等對(duì)艾比湖地區(qū)的植被分布狀況及其多樣性進(jìn)行了研究。[4]鄧懷敏、吉力力·阿不都外力等分析了艾比湖流域景觀結(jié)構(gòu)并研究了其余環(huán)境因子的關(guān)系。[5]

艾比湖濕地邊緣帶位于準(zhǔn)葛爾盆地西南部邊緣與阿拉山口風(fēng)區(qū)交接處，生態(tài)環(huán)境脆弱。自20世紀(jì)50-70年代，艾比湖流域加大開(kāi)發(fā)力度，入湖水量明顯減少，艾比湖濕地邊緣帶的生態(tài)環(huán)境加劇惡化，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分下降，植被大量消失，土地荒漠化加劇。[6-8]本文研究艾比湖濕地邊緣帶表層土壤鹽分的離子特征，有助于在恢復(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)過(guò)程中對(duì)人工種植植被的選擇提供一定的信息支持，對(duì)推進(jìn)保護(hù)和恢復(fù)艾比湖濕地邊緣帶，加快艾比湖流域生態(tài)環(huán)境綜合治理，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)（82°33′47″E--83°53′21″E，44°31′05″N--45°09′35″N，）東西長(zhǎng)約102.63千米，南北寬72.3千米。它位于準(zhǔn)格爾盆地西南部邊緣帶和阿拉山口風(fēng)區(qū)交接處，深居大陸腹地。是奎屯河、博爾塔拉河、精河等多個(gè)河的尾閭湖，也是準(zhǔn)噶爾盆地西側(cè)水鹽集聚的最低處，海拔為188米。氣候?yàn)榈湫蜏貛Т箨懶詺夂?，干燥少雨多風(fēng)，四季氣候懸殊：冬、夏季漫長(zhǎng)；春、秋季短暫；年平均氣溫5℃，年均降水量105.17mm，年均蒸發(fā)量2221.3mm。

1.2 土樣采集

根據(jù)前期對(duì)遙感圖像的解譯，使用 GPS 定位技術(shù)在該區(qū)布點(diǎn) 66個(gè)，選取地面相對(duì)平坦，具有典型性的區(qū)域作為采樣點(diǎn)，選擇土樣時(shí)盡量保持周?chē)寥佬再|(zhì)相對(duì)一致，差異性較小的地方取土，每個(gè)樣點(diǎn)取0-20cm土壤三份。 將每個(gè)樣點(diǎn)取得的土樣混合，作為待試樣品。

1.3 測(cè)定方法

土樣經(jīng)風(fēng)干，磨碎，過(guò)0.150mm篩后備用。將處理好的土樣，采用1：5土水比例制備浸提液。對(duì)浸提液進(jìn)行水溶性鹽分析，分析項(xiàng)目包括：含鹽量，Na++K+，Ca2+，Mg2+，CO32-，HCO3-，Cl-，SO42-等主要離子含量。其中，總鹽采用質(zhì)量法測(cè)定；CO32-、HCO3-采用雙指示劑滴定法測(cè)定；Cl-采用AgN03滴定法測(cè)定；SO42-采用EDTA間接絡(luò)合滴定法測(cè)定；Ca2+和Mg2+采用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定；Na++K+采用差減法測(cè)定。[9]

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤鹽分組成與類(lèi)型

土壤水溶性鹽類(lèi)是鹽漬化土壤中主要的存在形式，過(guò)量的鹽分導(dǎo)致土壤溶液高濃度提高了其滲透壓力，導(dǎo)致植物根系吸水困難，引起植物死亡，導(dǎo)致鹽害準(zhǔn)概況的發(fā)生。所以，對(duì)土壤可溶性鹽類(lèi)的定性定量分析，對(duì)研究干旱區(qū)鹽漬化土壤具有重要的意義，為土壤改良提供依據(jù)。[10]研究區(qū)土壤中各種離子占總鹽的比例如圖1所示。從圖1可知，整個(gè)研究區(qū)內(nèi)，土壤陽(yáng)離子以K++Na+含量最高，為48.36%，Mg2+含量最低，為1.3536%；陰離子以Cl-最高，為38.7278%，CO32-含量最低，為0.1362%。

圖1 各鹽分離子占總鹽量的比例

根據(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)[11]，Cl-/SO42->2為氯化物類(lèi)型；1≤Cl-/SO42-≤2為硫酸鹽-氯化物類(lèi)型；0.2≤Cl-/SO42-<1為氯化物-硫酸鹽類(lèi)型；Cl-/SO42-<0.2為硫酸鹽類(lèi)型?？芍芯繀^(qū)土壤類(lèi)型為氯化物型鹽漬化土壤。

2.2 土壤鹽分離子頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)分析

土壤中各類(lèi)鹽分離子之間既存在著發(fā)生學(xué)上的關(guān)系，也存在著化學(xué)上的基本關(guān)系，頻數(shù)分布能反映樣本在總體中的分布情況[12]。對(duì)研究區(qū)土壤可溶性鹽分離子進(jìn)行了頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)分析（表1）。從表1中每個(gè)鹽分離子平均值的大小可以看出研究區(qū)土壤的鹽分離子組成，陰離子主要是Cl-，含量為30.09g/kg；其次是SO42-，含量為6.49g/kg；CO32-含量最小，在多個(gè)樣本中均未檢測(cè)到；陽(yáng)離子主要是K++Na+，含量為37.57g/kg。由變異系數(shù)可看出，哥鹽分離子均表現(xiàn)出一定成的的離散狀態(tài)，其中CO32-的離散程度最高。

2.3 土壤鹽分離子之間的相關(guān)性分析

土壤中的各類(lèi)離子之間既存在著發(fā)生學(xué)上的關(guān)系，也存在著化學(xué)上的基本關(guān)系，在研究灌區(qū)土壤鹽漬化過(guò)程中，不僅要關(guān)注鹽分總量，也要分析各大離子之間的相關(guān)性。本土壤鹽基離子進(jìn)行相關(guān)分析，可在一定程度上反映出鹽分的運(yùn)移趨勢(shì)[11]，亦可反映離子間的相互關(guān)系，可以為鹽漬化土壤的預(yù)防和改良提供科學(xué)依據(jù)[13]。

艾比湖處于干旱地區(qū)，蒸發(fā)作用劇烈，溶有鹽類(lèi)的水在蒸發(fā)作用遐沿土壤孔隙到達(dá)地表，水分汽化，鹽類(lèi)則殘留在土壤表面。土壤表層中的鹽分離子表聚強(qiáng)烈。本研究對(duì)土壤表層（0-20cm）的鹽分離子進(jìn)行相關(guān)性分析，進(jìn)而了解鹽分離子的相互關(guān)系。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，Cl-與K++Na+呈現(xiàn)極其顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.945，說(shuō)明氯化鉀和氯化鈉是氯化物的主要組成部分。同時(shí)SO42-和Mg2+相關(guān)性也較高為0.883，SO42-和相Ca2+關(guān)性也較好為0.681，可見(jiàn)研究區(qū)內(nèi)的硫酸鹽類(lèi)物質(zhì)主要為硫酸鈣以及硫酸鎂。HCO3-、CO32-與其他鹽分離子的相關(guān)性都不強(qiáng)（表2）。

2.4 土壤鹽分離子的聚類(lèi)分析

R型聚類(lèi)可以根據(jù)變量間關(guān)系的親疏程度對(duì)研究對(duì)象的觀測(cè)變量進(jìn)行聚類(lèi)，使得具有共同特征的變量作為一類(lèi)[14]。為此，本研究依據(jù)歐式距離矩陣對(duì)研究區(qū)土壤鹽分離子之間的關(guān)系進(jìn)行了聚類(lèi)分析（圖3）。

如圖3所示，若以3.5為距離系數(shù)閾值的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可將鹽分離子分為3類(lèi)，分別是：Ⅰ類(lèi)：HCO3-、CO32-、Ca2+、Mg2+；Ⅱ類(lèi)：SO42-；Ⅲ類(lèi)：Cl-、K++Na+。根據(jù)聚類(lèi)分析的結(jié)果，當(dāng)該研究區(qū)樣本數(shù)過(guò)大時(shí)，為了減少工作量，且不失去有用的信息，我們只需要選擇其中的3種離子進(jìn)行分析，就能反應(yīng)該研究區(qū)的土壤鹽分特征。此時(shí)，我們選取Ca2+、SO42-、Cl-進(jìn)行分析。

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)土壤的離子中，陰離子以Cl-和SO42-為主，HCO3-、CO32-的含量極少；陽(yáng)離子以K++Na+為主，Ca2+、Mg2+含量較少。該區(qū)域是以氯化物為主的鹽漬化土地。

（2）通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤鹽類(lèi)離子的相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)不同鹽分離子之間存在一定的相關(guān)性，其中Cl-與K++Na+呈現(xiàn)極其顯著正相關(guān)；SO42-和Mg2+、Ca2+之間也存在高度的相關(guān)性。HCO3-、CO32-與其他鹽分離子的相關(guān)性都不強(qiáng)。

（3）通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)土壤各鹽類(lèi)離子的聚類(lèi)分析可知，當(dāng)需要減少工作量的同時(shí)不影響研究結(jié)果，可只對(duì)Ca2+、SO42-、Cl-三類(lèi)離子進(jìn)行分析。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楚新正，張素紅.景觀邊緣帶性質(zhì)功能及動(dòng)態(tài)變化的初步研究[J].新疆師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，21（3）：50-54.

[2]錢(qián)亦兵，吳兆寧，張立運(yùn)，等.新疆艾比湖地區(qū)沙塵天氣的地表?xiàng)l件及土壤保持[J].資源科學(xué)，2006，28（5）：185-189.

[3]何靜，高翔，呂光輝，等.艾比湖自然保護(hù)區(qū)植被群落的數(shù)量分類(lèi)及土壤環(huán)境解釋[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47（5）：1030-1035.

[4]艾比湖地區(qū)植被分布及物種多樣性研究[J].2012，29（5）：776-783.

[5]鄧懷敏，吉力力·阿不都外力，馬龍.艾比湖流域景觀結(jié)構(gòu)及其環(huán)境因子關(guān)系研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（10）：123-127.

[6]郭雙雙，王勇輝.艾比湖流域風(fēng)沙土鹽分特征分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，3013，31（5）：196-199.

[7]吉力力·阿不都外力，徐俊榮，穆金，等.艾比湖鹽塵對(duì)周邊地區(qū)土壤鹽分及景觀變化的影響[J].冰川凍土，2007，29（6）：928-939.

[8]李曉明，齊霽昌，張雷，等.典型干旱區(qū)土壤鹽分空間異質(zhì)性對(duì)比研究[J].土壤通報(bào)，2014，45（1）：110-115.

[9]張韞，等.土壤·水·植物理化性質(zhì)分析教程[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2011，11.

[10]張飛，丁建麗，塔西甫拉提·特依拜.干旱區(qū)典型綠洲土壤鹽漬化特征分析—以渭干河-庫(kù)車(chē)河三角洲為例[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2007，16（4）：34-40.

[11]中國(guó)土壤學(xué)會(huì)鹽漬土專(zhuān)業(yè)委員會(huì).中國(guó)鹽漬土.分類(lèi)分級(jí)文集[C].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1989，3-35.

[12]郭全恩，王益權(quán)，郭天文，等.半干旱鹽漬化地區(qū)果園土壤鹽分離子相關(guān)性研究[J].土壤，2009，41（4）：664-669.

[13]丁曉妹.甘肅省秦王川灌區(qū)土壤鹽分特征變化分析[D].蘭州大學(xué)，2011.

[14]章文波，陳紅艷.實(shí)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及SPSS 12.0應(yīng)用[[J].人民郵電出版社，2006：179-182.

[15]緱倩倩，韓致文，屈建軍，等.秦王川灌區(qū)農(nóng)田土壤鹽分離子特征分析[J].土壤，2014，46（1）：100-106.

[責(zé)任編輯：湯靜]