蘇北濱海鹽土區(qū)土壤鹽分剖面特征及其理化特性

李二煥, 胡海波, 魯小珍, 沈 俊, 邵永昌, 鄒姜慧, 鄧涵文

(1.南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京210037; 2.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司, 江蘇 揚(yáng)州225127)

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蘇北濱海鹽土區(qū)土壤鹽分剖面特征及其理化特性

李二煥1, 胡海波1, 魯小珍1, 沈 俊2, 邵永昌1, 鄒姜慧1, 鄧涵文1

(1.南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京210037; 2.江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司, 江蘇 揚(yáng)州225127)

以淮河入海口兩側(cè)河漫灘為研究對象，運(yùn)用聚類分析和相關(guān)性分析等方法對土壤鹽分剖面類型、土壤理化特性及其相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤鹽分剖面類型具有明顯區(qū)段性，距入?？诮?、中、遠(yuǎn)，土壤鹽分剖面類型依次為表聚型、震蕩型、平均型；土壤顆粒組成以粉粒和砂粒為主，黏粒含量極少，不同部位質(zhì)地差異不大，表聚型土壤含鹽量與土壤質(zhì)地有較好的相關(guān)性，震蕩型和平均型土壤含鹽量與土壤質(zhì)地的相關(guān)性差；研究區(qū)0—350 cm土體有機(jī)質(zhì)均屬低水平，震蕩型鹽分剖面土壤有機(jī)質(zhì)與含鹽量顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，表聚型和平均型鹽分剖面土壤有機(jī)質(zhì)與含鹽量相關(guān)性差；土壤整體為弱堿性，部分為堿土。

蘇北; 濱海; 鹽分剖面; 理化特性

土壤鹽分在剖面中的分布狀況稱之為土壤鹽分剖面，土壤鹽分剖面特點(diǎn)綜合反映了土壤質(zhì)地、氣候、地形、植被、地下水等自然因素以及人類活動(例如耕種、澆灌、施肥)作用于鹽分運(yùn)移的結(jié)果，可預(yù)測鹽堿地未來發(fā)展動向[1-3]。近年來，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)及數(shù)值分析方法[4-8]，積極開展了許多有關(guān)土壤鹽漬化程度、類型、鹽漬土分布以及其影響因素的研究。白由路[9]等運(yùn)用系統(tǒng)聚類分析方法研究了整個黃淮海平原土壤鹽漬剖面特征與水平分布；姚榮江等[10]通過主成分分析和Q型聚類方法，對黃河三角洲地區(qū)土壤鹽漬化特征、剖面類型及其影響因素進(jìn)行了分析；方華軍等[11]利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法探討了引起松嫩平原水土環(huán)境空間結(jié)構(gòu)變化的因素，確定了鹽漬化形成和演化的直接原因；李寶富[12]等利用聚類分析和相關(guān)分析法研究了新疆奇臺縣綠洲不同耕種時間含鹽量變化規(guī)律、鹽分剖而類型及其影響因素；杜金龍等[13]研究了焉青盆地土壤鹽分剖而特征及與顆粒組成的相關(guān)性，確定了不同鹽漬化程度及鹽分剖面類型與土壤粒級的關(guān)系?？梢?，我國對鹽漬土的研究在不斷深入。目前，蘇北新建了一些重要骨干行洪排澇入海河道，迫切需要開展鹽土分布規(guī)律的研究，而針對入海河道鹽漬土的研究還不多見。為此，本文以淮河入海水道?？诙蝺蓚?cè)沿線灘涂地為例，運(yùn)用聚類分析和相關(guān)性分析等方法對該地區(qū)土壤鹽漬化剖面類型及其理化特性進(jìn)行研究，以期為淮河入?？诩邦愃迫牒？邴}堿地改良與管理提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)地處北緯34°08′97″—34°11′56″，東經(jīng)120°25′30″—120°32′58″，位于江蘇省射陽縣與濱?？h交界處，東臨黃海、北接濱?？h振東鄉(xiāng)、南鄰射陽縣臨海鎮(zhèn)，與蘇北灌溉總渠平行，緊靠其北側(cè)，全長7 km。位于北亞熱帶和暖溫帶過渡地帶，屬海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。氣候溫和，季風(fēng)盛行，夏季炎熱，冬季較冷，四季分明；年平均氣溫為13.7℃，最高氣溫39℃，最低-17℃，降雨7月份最多，年平均降水量942.6 mm，平均封凍期為12 d，平均風(fēng)速4.5 m/s，最大風(fēng)速20 m/s。

研究區(qū)地廣人稀，人為干擾較少，耕作管理粗放。自然植被多為草甸植被，主要有蘆葦(Phragmitescommuuis)、鹽蒿(Artemisiahalodendron)、苔草(Carexdoisutepensis)、白茅(Imperatacylindrica)、茵陳蒿(Artemisiacapillaries)、蘆竹(Arundodonax)等耐鹽植被。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采樣在2014年4月中旬進(jìn)行，沿淮河入海水道兩側(cè)河漫灘及其堤防外側(cè)土壤采樣，樣帶長7 km，共2條樣帶。

沿河漫灘，從入?？谧詵|往西，由密至疏布點(diǎn)(≤1 km，100 m一個點(diǎn)；1～2 km，200 m一個點(diǎn)；2～4 km，400 m一個點(diǎn)；4～7 km，500 m一個點(diǎn)，共26個點(diǎn)；河床兩邊同時取樣，共52個點(diǎn))；利用GPS對采樣點(diǎn)定位，用土鉆分層(0—10，10—20，20—50，50—100，100—150，150—200，200—250，250—300，300—350 cm)取樣，試驗(yàn)共計(jì)采樣468個，帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.3土壤指標(biāo)測定方法

土壤含鹽量采用烘干法測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法；土壤顆粒組成用激光粒度儀測定，土壤粒級依據(jù)美國制土壤類型劃分標(biāo)準(zhǔn)；土壤pH采用pHSJ-3 F型pH計(jì)測定水土比5∶1。

1.4數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0采用相似系數(shù)作距離標(biāo)準(zhǔn)，以各土層含鹽量為參數(shù)，對研究區(qū)52個剖面樣點(diǎn)系統(tǒng)聚類分析，使用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 9.0繪制圖件。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤剖面鹽分特征分析

為了解研究區(qū)不同部位的土壤含鹽量剖面特征與類型，本文采用相似系數(shù)作距離標(biāo)準(zhǔn)，對研究區(qū)52個剖面樣點(diǎn)系統(tǒng)聚類分析[9-10,12]，根據(jù)相似系數(shù)，可將樣品明顯分為3大類。依據(jù)各類剖面特征(圖1典型鹽分剖面部分采樣點(diǎn)土壤含鹽量的分布)，可歸納為表聚型鹽分剖面、平均型鹽分剖面、震蕩型鹽分剖面。

表聚型：該類剖面土壤含鹽量隨土層深度呈逐漸降低趨勢(圖1A)，由不同剖面類型含鹽量統(tǒng)計(jì)特征值知(表2),其平均含鹽量(3.04 g/kg)最高，表聚系數(shù)(土壤剖面表層0—20 cm平均含鹽量與20 cm土層深度以下各土層平均含鹽量之和的比值)[12]最大，底聚系數(shù)(土壤剖面底層300—350 cm平均含鹽量與300 cm土層深度以上各土層平均含鹽量之和的比值)[12]最小，變異系數(shù)(70%)最大，表明該類剖面的鹽分含量高，表層聚集現(xiàn)象嚴(yán)重，且各層含鹽量分布不均勻。該類型鹽分剖面占土壤樣點(diǎn)總數(shù)的27%，其中北堤河漫灘占該類剖面總數(shù)的50%，南堤河漫灘占50%，主要分布在南北河漫灘距入?？?1 000 m的區(qū)域(表3)。依據(jù)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境及鹽漬土形成原因，可判斷該類型鹽分剖面的土壤并未有明顯脫鹽過程，土壤向積鹽過程發(fā)展的可能較大，如不采取一定措施，近期很難脫鹽[14-15]。

震蕩型：該類剖面含鹽量隨著深度呈一個或多個“之”字型無規(guī)律波動狀態(tài)，變化較復(fù)雜(圖1B)。剖面平均含鹽量(2.87 g/kg)較表聚型略低，表聚系數(shù)(11%)和底聚系數(shù)(15%)均較小，變異系數(shù)為31%，高于平均型，但與表聚型相差甚遠(yuǎn)。研究區(qū)該類型鹽分剖面占土壤樣點(diǎn)總數(shù)的21%，其中北堤河漫灘占該類剖面總數(shù)目的64%，南堤河漫灘占36%，主要分布在河漫灘距入?？? 700～1 800 m區(qū)域(表3)。

平均型：該剖面含鹽量隨著深度的變化波動較小(圖1C)，與其他兩剖面類型相比，平均含鹽量(0.21 g/kg)、變異系數(shù)(26%)均最小，說明該類鹽分剖面含鹽量較低且呈均勻分布狀態(tài)。表聚系數(shù)(15%)和底聚系數(shù)(12%)不大，可見鹽分表聚、底聚現(xiàn)象不明顯。研究區(qū)該類型鹽分剖面最多，占土壤樣點(diǎn)總數(shù)的52%，其中北堤河漫灘占該類剖面總數(shù)目的44%，南堤河漫灘占56%，主要分布在河漫灘距入?？? 800～7 000 m區(qū)域(表3)。該類鹽分剖面土壤可判斷已進(jìn)行明顯脫鹽過程，近期脫鹽趨勢穩(wěn)定。

以上結(jié)果表明，研究區(qū)土壤剖面類型具有明顯區(qū)段性，河漫灘距入海口近(約為0～700 m區(qū)段)、中(北堤河漫灘為700～1 800 m、南堤河漫灘為700～1 600 m區(qū)段)、遠(yuǎn)(北堤河漫灘1 800～7 000 m區(qū)段、南堤河漫灘1 600～7 000 m區(qū)段)的土壤鹽分剖面依次為表聚型、震蕩型、平均型。

2.2不同剖面類型土壤鹽分與土壤性狀的關(guān)系

2.2.1土壤鹽分與顆粒組成的關(guān)系土壤剖面中不同顆粒組合方式對土壤水分、養(yǎng)分、鹽分等有著重要的制約作用，對土壤次生鹽漬化發(fā)展和生產(chǎn)性能均有明顯影響[16-18]。研究區(qū)土壤顆粒組成以粉粒78.53%～84.31%)和砂粒(15.60%～21.33%)為主，黏粒含量很低其在各剖面類型中百分比小于0.20，各粒級含量在不同剖面類型之間變化不大，表明研究區(qū)距入?？诓煌嚯x土壤質(zhì)地差異不大(表4)。

各類剖面均表現(xiàn)為黏粒和粉粒與鹽分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，砂粒與鹽分呈正相關(guān)關(guān)系。表聚型剖面土壤含鹽量與粉粒呈顯著負(fù)相關(guān)，與砂粒呈顯著正相關(guān)，而與黏粒相關(guān)性不顯著。其他兩類剖面土壤顆粒組成與含鹽量相關(guān)性均不顯著(表4)。表明距入?？谳^

近的土壤含鹽量與土壤質(zhì)地有較好的相關(guān)性，而距入?？谶h(yuǎn)的土壤含鹽量與土壤質(zhì)地之間的相關(guān)性不好。

注:A為北堤河漫灘土壤鹽下部面編號;B為南堤河漫灘土壤鹽下部面編號。

圖1　不同類型鹽分剖面特征表2　不同鹽分剖面類型土壤含鹽量的統(tǒng)計(jì)特征值及其空間變異系數(shù)

表3　鹽分剖面類型分布情況

表4　各類鹽分剖面土壤機(jī)械組成百分含量平均值及其與土壤含鹽量間的相關(guān)關(guān)系

注:*表示顯著相關(guān)(p<0.05)，**表示極顯著相關(guān)(p<0.01)。

2.2.2土壤鹽分與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系各類鹽分剖面土壤有機(jī)質(zhì)含量(均值3.4～4.8 g/kg)按全國養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)均屬低水平，標(biāo)準(zhǔn)差(1.9～3.1 g/kg)和變異系數(shù)(54.2%～65.4%)均較大(表5)，說明研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量不高，各剖面有機(jī)質(zhì)含量變化幅度較大。表聚型剖面土壤有機(jī)質(zhì)含量均值最高，平均型次之，震蕩型剖面土壤有機(jī)質(zhì)含量最少，這是由于表聚型剖面土壤分布在距入?？诮奶J葦灘，植被覆蓋度大，震蕩型剖面土壤分布在耐鹽荒草地，植被覆蓋度低，枯枝落葉少，平均型剖面土壤分布在耐鹽荒草地，耐鹽植被種類多，覆蓋度大。震蕩型剖面土壤含鹽量與有機(jī)質(zhì)顯著負(fù)相關(guān)，表聚型和平均型剖面土壤含鹽量與有機(jī)質(zhì)無顯著關(guān)系。

從各類鹽分剖面的土壤有機(jī)質(zhì)分布特征來看(圖2)，土壤有機(jī)質(zhì)均隨土層加深呈降低趨勢。表聚型剖面0—100 cm土層深度有機(jī)質(zhì)含量在10.0～2.3 g/kg均勻變化，100 cm土層深度以下有機(jī)質(zhì)含量低至2.3 g/kg且基本趨于平穩(wěn)；震蕩型剖面土壤有機(jī)質(zhì)分布特征與平均型相近，均表現(xiàn)為表層(0—10 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量較高(約是表層以下的2～3倍)，表層以下急劇下降，且基本趨于穩(wěn)定，沒有形成腐殖質(zhì)淋溶下滲的層次逐漸過渡現(xiàn)象，而平均型表層土壤有機(jī)質(zhì)含量(0—10 cm土層深度均值11.1 g/kg)高于震蕩型剖面土壤有機(jī)質(zhì)表層含量(0—10 cm土層深度均值7.7 g/kg)。可見，表聚型剖面有機(jī)質(zhì)分布較深，而震蕩型和平均型剖面有機(jī)質(zhì)具有明顯的淺層積累特點(diǎn)，這可能與距入?？诮暮勇┲脖活愋鸵陨罡蕴J葦為主，而距入海口較遠(yuǎn)的河漫灘植被類型多為淺根性耐鹽草本有一定關(guān)系。

2.2.3土壤鹽分與pH的關(guān)系各類鹽分剖面土壤pH值的變異系數(shù)(2.7%～4.4%)均較小，均值為7.88～8.32，最大值為9.12～10.18，最小值為7.88～8.32，說明研究區(qū)土壤基本為弱堿性土壤，部分土壤為堿土，且各剖面pH變化不大(表5)。

各類鹽分剖面土壤pH與含鹽量相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二者并沒有顯著關(guān)系。

圖2　不同鹽分剖面類型土壤有機(jī)質(zhì)垂直分布特征表5　不同剖面類型土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH統(tǒng)計(jì)特征值及其與鹽分的相關(guān)關(guān)系

剖面類型最大值有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)pH最小值有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)pH平均值有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)pH標(biāo)準(zhǔn)差有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)pH變異系數(shù)/%有機(jī)質(zhì)pH與含鹽量的相關(guān)系數(shù)有機(jī)質(zhì)pH表聚型10.610.181.98.324.78.743.10.3865.44.40.13-0.13震蕩型7.99.122.27.883.48.601.90.2354.22.7-0.36*-0.20平均型11.79.692.18.104.28.812.70.2864.13.2-0.19-0.09

注:*表示顯著相關(guān)(p<0.05)，**表示極顯著相關(guān)(p<0.01)。

3　結(jié) 論

研究區(qū)土壤剖面按鹽分分布特征分為表聚型、震蕩型、平均型3類，表聚型占樣品總數(shù)的27%，震蕩型占21%，平均型占52%。其分布具有明顯區(qū)段性，表聚型主要分布在距入?？?00 m范圍內(nèi)的蘆葦灘，震蕩型主要分布在距入海口700～1 800 m區(qū)段，平均型主要分布在距入海口>1 800 m區(qū)段。

研究區(qū)土壤質(zhì)地差異不大，土壤顆粒組成以粉粒和砂粒為主，黏粒含量極少，有機(jī)質(zhì)含量整體屬低水平，土壤整體為弱堿性，其中表聚型鹽分剖面土壤含鹽量與土壤質(zhì)地有較好的相關(guān)性，震蕩型鹽分剖面土壤有機(jī)質(zhì)與含鹽量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其他鹽分剖面土壤理化性質(zhì)與含鹽量無顯著關(guān)系。

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Characteristics of Soil Salinity Profiles and Physical and Chemical Properties of Coastal Saline Soil in the Estuary of North Jiangsu

LI Erhuan1, HU Haibo1, LU Xiaozhen1, SHEN Jun2,SHAO Yongchang1, ZOU Jianghui1, DENG Hanwen1

(1.SouthModernForestryCooperativeInnovationCenter,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China;2.EnvironmentalImmigrationOfficeofWaterConservancySurveyDesignInstituteofJiangsuProvince,Yangzhou,Jiangsu225127,China)

Flood land soils in the estuary of Huai River were investigated for analysis of soil salinity profile types, the variation of the physical and chemical properties and the relation between them. The result showed that along with the distance far from the estuary, characteristics of soil salt content distribution in the soil profiles varied and fell into three types：surface accumulation profiles (SAP), oscillation profiles (OP) and equably distribution profiles (EDP). The soil particle composition is dominated by silt and sand, content of clay is less. Salt distribution of surface accumulation profiles (SAP) is significantly correlated to soil texture, but salt distribution of oscillation profiles (OP) and equably distribution profiles (EDP) are not negatively correlated with soil texture. Organicorganic matter in 0—350 cm soil depth in the study area is low. Salt distribution of oscillation profiles (OP) is negatively correlated with organic matter content, but salt distribution of surface accumulation profiles (SAP) and equably distribution profiles (EDP) are not significantly correlated with organic matter content. The soil in the study area is weak alkaline soil and the soil in partial area belongs to alkali soil.

north Jiangsu; coastal; soil salinity profiles; physical and chemical properties

2015-07-10

2015-09-18

江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD);國家林業(yè)局長江三角洲城市森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究資助項(xiàng)目(2001-5);淮河入海水道二期工程鹽堿土分布與水土保持方案研究項(xiàng)目(201305013)

李二煥(1988—),女,河南寶豐人,碩士研究生,主要從事林業(yè)生態(tài)工程研究。E-mail:1326039936@qq.com

胡海波(1964—),男,江蘇寶應(yīng)人,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事水土保持與荒漠化防治研究。E-mail:huhb2000@aliyun.com

S156.4

A

1005-3409(2016)04-0116-04