盧 磊，喬 木 ，周生斌 ，閆俊杰

（1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆烏魯木齊830011；2.中國科學院研究生院，北京100049）

在干旱、半干旱區(qū)，土壤鹽漬化是威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和區(qū)域穩(wěn)定的一個重要因素[1-4]。新疆作為鹽漬化大區(qū)，各類鹽漬土總面積可達1336.1×104hm2，占全國鹽堿土面積的36.8%和西北部六省區(qū)中（包括內(nèi)蒙）的53.31%；灌區(qū)土壤鹽漬化危害也非常嚴重，為全國之首，其鹽漬化耕地面積可達126.39×104hm2，占耕地面積30.85%[5]。獨特的氣候條件造就了新疆土壤鹽漬化嚴重，鹽堿土種類繁多，被稱為“世界鹽堿土的博物館”[6]。渭干河流域作為新疆的典型流域，土壤鹽漬化嚴重。目前，對渭干河流域的土壤鹽漬化研究主要集中于渭干河-庫車河三角洲綠洲。如張飛[7-9]，王雪梅[10-11],高婷婷[12]等對渭干河-庫車河三角洲綠洲的土壤鹽漬化現(xiàn)狀、鹽分特征及空間分布、影響因子等方面進行了大量研究。這些研究豐富了新疆和渭干河流域的土壤鹽漬化研究，并為今后的研究和土壤鹽漬化治理提供了理論依據(jù)和借鑒意義。但還缺乏從流域尺度上，在GIS和RS支持下，通過野外實地調(diào)查，建立可操作性的遙感影像解譯標志，提取土壤鹽漬化信息并結合實地取樣對土壤鹽漬化的分布特點進行研究。

本文以渭干河流域為研究區(qū)，運用RS和GIS手段，利用遙感影像結合野外調(diào)查取樣數(shù)據(jù)，對渭干河流域土壤鹽漬化的分布狀況、特征及其驅(qū)動力進行了分析和研究，為流域的土地管理決策、生態(tài)環(huán)境保護和治理規(guī)劃提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

渭干河流域位于新疆天山山脈與塔里木盆地之間，介于東經(jīng) 80°37′～83°59′，北緯 41°06′～42°40′。渭干河是塔里木盆地北部水量較大的河流之一，其主流木扎提河由西端進入拜城盆地，匯集了卡普斯浪河、臺勒維丘克河、喀拉蘇河和克孜勒河而形成渭干河流域，干流河長452 km，全流域面積6.79×104km2，其行政地域包含拜城、新和、庫車和沙雅4個縣[13]。該流域為典型的大陸性氣候，光熱資源豐富，降水稀少，蒸發(fā)強烈，氣溫差異顯著。整個流域地形復雜多樣，北部為天山山脈，是渭干河流域重要的水源地與涵養(yǎng)林區(qū)；中部是以秋里塔格山為主的低山和殘丘；渭干河出山口后呈輻射狀分布，在南部形成扇形的沖積平原。由于地形復雜，該流域在水土資源組合良好的區(qū)域形成兩類人工綠洲，即位于拜城縣境內(nèi)的山間盆地綠洲和位于新和、庫車與沙雅縣境內(nèi)的三角洲綠洲。

渭干河流域為典型的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)作物生長全靠灌溉。在平原區(qū)中下部由于地勢平坦，地下水位較高，在強烈的蒸發(fā)作用下，鹽分隨水運動積累于地表造成土壤鹽漬化。在平坦地段地表都有鹽斑聚集，開墾后由于灌溉不科學，造成地下水位普遍上升，鹽漬化加重[14]。據(jù)土壤普查資料顯示，在現(xiàn)有耕地中，鹽漬化面積已達50%以上，土壤鹽漬化成為該地區(qū)阻礙綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的最大問題之一。

2 資料來源與研究方法

2.1 資料來源

本研究的影像數(shù)據(jù)采用2006年的中巴地球資源衛(wèi)星(CBERS-02)的R4、G3、B2波段假彩色合成的影像。以1985年新疆土壤普查數(shù)據(jù)和1998年新疆耕地遙感調(diào)查數(shù)據(jù)庫為基礎，以新疆縣界、地貌類型圖和相關的統(tǒng)計資料為輔助分析資料。

2.2 研究方法

2.2.1土壤鹽漬化信息提取 借助地理信息系統(tǒng)，以遙感影像作為數(shù)據(jù)源，根據(jù)實地考察和分析，分出重、中、輕度和非鹽漬化耕地，并進一步基于專家知識建立相應的解譯標志（表1）。在ARCINFO軟件環(huán)境下進行人機交互式解譯，并通過野外實地調(diào)查取樣驗證，對解譯結果進行了修正，生成渭干河流域土壤鹽漬化屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)（圖1）。

表1 新疆灌區(qū)土壤鹽漬化分類及遙感影像解譯標志

圖1 渭干河流域土壤鹽漬化類型分布圖

2.2.2樣品采集與分析 采用GPS定位技術，以2006年CEBERS遙感影像數(shù)據(jù)為參考，使采樣點盡可能遍及渭干河流域范圍內(nèi)主要的土壤鹽漬化類型，而且盡可能使樣點分布規(guī)則，利于進行統(tǒng)計分析。采樣時間為2007年9月10日-15日，取樣層為0 cm-30cm，在研究區(qū)域選取樣點59個?？紤]到采樣點周圍土壤性質(zhì)相對成因一致，環(huán)境因子類似，異質(zhì)性較小，每一采樣點周圍輻射約為10m選取2個點，呈三角形形狀采樣?；旌贤翗?即每個采樣點都是3個點的混合)，用四分法取大約500 g的土樣封裝好帶回實驗室。本次研究主要是研究流域鹽漬化土壤，綠洲耕地外圍交錯帶區(qū)域環(huán)境背景基質(zhì)具有均一性，水熱環(huán)境因子變化幅度較小，因此樣本數(shù)具有充分代表性，密度滿足研究需要。

總鹽采用干渣法、電導率用電導儀測定、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+溶量滴定分析法[15]；pH 值采用酸度計法測定（土水比 1∶5）[16]；K+、Na+采用火焰光度計分析法[17]。

3 結果與分析

3.1 土壤鹽漬化現(xiàn)狀

從表2可以看出，全流域鹽漬化耕地總面積11.48×104km2，占總耕地面積的39.83%。土壤鹽漬化現(xiàn)象普遍，主要分布在綠洲的下部邊緣地帶，河流中下游、地勢平緩低洼等區(qū)域。從景觀角度來說主要分布在綠洲和沙漠之間的交錯帶。鹽漬化土壤呈條形狀分布，在綠洲邊緣帶呈片狀分布，邊緣的重度鹽漬化土壤交錯分布在輕度和中度鹽漬化耕地中。在古河道、河漫灘等地下水埋深淺的區(qū)域，分布著大面積的鹽漬化土和鹽土。由圖1可看出，地形的不同，距離輸水渠、河流遠近的不同等，土壤鹽漬化的分布也不相同。河流、輸水渠、灌溉區(qū)上游土壤鹽漬化情況較輕，隨著地勢的降低，河流對地下水補給造成的地下水位的增高，致使下游耕地鹽漬化情況較重，地勢低洼處土壤鹽漬化加重；沿河流域是鹽漬土分布相對較多的地帶，鹽漬土在河流兩岸主要分布于河岸綠洲外圍的地下水散失帶，而沿河道和綠洲內(nèi)側區(qū)域鹽漬化耕地較少；在地下水散失帶的內(nèi)側靠近河道地帶為綠洲分布區(qū)，這里可以見到不同程度的次生鹽漬化現(xiàn)象；地下水散失帶外側則由于地下水埋深較深變?yōu)榈湫偷母珊祷哪?，鹽漬土分布減少，土壤鹽漬化也較輕[18]。

表2 渭干河流域土壤鹽漬化程度分類結果

在空間分布上，流域上游為木扎爾特河，為拜城盆地所在。由于河道下切較深，地下水排泄較通暢，所以鹽漬化較輕，鹽漬化耕地僅分布在賽里木、托克遜及米吉克鄉(xiāng)的下部。鹽漬化較重的有庫車東河塘、哈拉哈塘及草湖鄉(xiāng)。新和大、小尤魯都斯及桑塔木農(nóng)場，沙雅英買里、海樓、努爾巴格及托依堡鄉(xiāng)的一部分，鹽漬化程度以輕鹽化為主。

3.2 土壤鹽漬化特征分析

3.2.1鹽離子含量分析 土壤pH值平均值為8.42(表3)，根據(jù)酸堿分級標準，渭干河流域土壤呈堿性。0cm-30 cm土層全鹽含量平均值為18.48 g/kg，總鹽含量平均值為19.30 g/kg。變異系數(shù)能反映隨機變量的離散程度，一般認為CV≤10為弱變異性；10＜CV＜100 為中等變異性；CV≥100 為強變異性[19]。Cl-，SO42-，Ca2+，Mg2+，CO32-，HCO3-在 0cm-30 cm 土層屬中等變異性，其中Cl-，SO42-在陰離子中變異程度最高。pH值在0cm-30cm土層中具有弱變異性。根據(jù)鹽分上下運動的規(guī)律，以氯化物最為活躍，硫酸鹽次之，碳酸鹽較穩(wěn)定。由此可推出，在易溶性鹽類上行過程中，氯化物表聚性最為強烈，硫酸鹽次之。這是因為在土壤表層，在干旱氣候條件下，重碳酸鹽通過蒸發(fā)作用失去CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}，從而使表層土中碳酸鹽類含量相對增高。土壤溶液中高濃度的Cl-、SO42-是鹽土的特征，而高含量的HCO3-則是堿土的特點。當土壤中鹽濃度較高，在一定程度上也影響鹽基交換，對土壤堿化起一定的抑制作用。土壤中鹽分隨土壤中水分的強烈蒸發(fā)而向上積聚，表層中氯化物占優(yōu)勢。在實地取樣的土壤表面也可明顯觀察到一層約0.5cm-1.0 cm的鹽霜，甚至有1cm-5 cm的鹽殼。而對于土壤脫鹽過程，硫酸鹽類較氯化物的淋溶速度慢。各類可溶性鹽按其溶解度大小在土壤剖面中自上而下的地球化學垂直分異特點，Cl-在表層(0cm-30 cm)的含量明顯高于SO42-的含量，可初步得出，流域總體上鹽分離子的運動趨勢以聚積為主，很少淋洗脫鹽，這與該地特殊的氣候如降水稀少和蒸發(fā)強烈等條件因子有密切的關系。

表3 土壤鹽離子含量統(tǒng)計特征值

3.2.2土壤鹽漬化類型分析 對土壤鹽基離子進行相關分析（表4），揭示鹽分在土體中的存在形態(tài)及運移規(guī)律，可在一定程度上反映出鹽分的運動趨勢[20]。由于土壤鹽分表聚強烈，同時，在土壤表層鹽基離子之間的相互作用強烈。因此，對表層(0 cm-30 cm)土壤中的鹽基離子進行了相關性分析。結果表明 (表 4)，0 cm-30 cm 土壤中的總鹽含量與 Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+以及K++Na+正相關關系極顯著 (P＞0.99)；同時，Cl-與SO42-、Mg2+、K++Na+正相關性極顯著(P≥0.99)，而與 Ca2+具有一定的正相關性(P≥0.95)；此外，SO42-與 Ca2+、Mg2+、K++Na+正相關性極顯著(P≥0.99)，而除了HCO3-與Ca2+有一定的負相關之外 (P≥0.95)，CO3-和HCO3-與其它離子無顯著相關性。綜上分析認為，渭干河流域土壤中硫酸鹽、氯化物在表層積聚強烈，鹽分以向上運行為主。在干旱荒漠性大陸氣候的影響下，渭干河流域土壤中的鹽分隨土壤水分的強烈蒸發(fā)而向上積聚，耕作層中硫酸鹽、氯化物占絕對優(yōu)勢。

表4 土層鹽基離子相關分析矩陣

同時按照新疆第二次土壤普查耕地土壤鹽漬化類型劃分指標，依據(jù)0 cm-30 cm土層厚度土壤鹽分陰離子組成成分，含量的毫克當量比值劃分為：純蘇打、蘇打、硫酸鹽、蘇打-氯化物、硫酸鹽、氯化物、氯化物-硫酸鹽、硫酸鹽等土壤鹽漬化類型（表5）。

表5 新疆灌區(qū)土壤鹽漬化類型劃分指標

按照上述劃分標準，渭干河流域土壤鹽漬化類型主要以硫酸鹽和氯化鹽為主。在空間分布上，拜城盆地以硫酸鹽為主，而由庫車、新和和沙雅所構成的渭干河三角洲的鹽分組成以硫酸鹽-氯化物或氯化物-硫酸鹽為主。

4 土壤鹽漬化驅(qū)動力分析

渭干河流域土壤鹽漬化是自然因素和人為因素相結合的產(chǎn)物。自然因素是形成條件，人為因素則促進了鹽漬化的發(fā)展。

4.1 自然因素

4.1.1氣候干旱、降水稀少、蒸發(fā)強烈 土壤發(fā)生鹽漬化與其當?shù)氐臍夂蛴兄苯拥穆?lián)系，氣候是土壤發(fā)生鹽漬化的驅(qū)動因子。在氣候要素中，以氣溫、降水量和地面蒸發(fā)量與土壤鹽漬化的關系最為密切。根據(jù)新疆氣象局整編的氣象實測資料（圖2），近30年來，渭干河流域年均溫逐年升高，氣候傾向率達0.32℃/10a，降水量減少，使聚積在土壤表層的鹽分難以淋溶；而蒸發(fā)強烈，可使含鹽地下水通過毛管上升水流，向地表聚積。氣候變暖、蒸發(fā)量增加和降水量減少是土壤鹽漬化形成并加重的重要因素。

4.1.2封閉的地形為流域積鹽提供了基礎 渭干河流域的地貌格局分布：天山將流域分為南北兩部分，北部為拜城盆地，南部為渭干河三角洲。受地貌格局的影響，靠近天山部分地勢高，降水豐富，鹽分主要以淋洗和向外遷移為主；而流域平原綠洲區(qū)則源源不斷的接受上游的可溶鹽物質(zhì)，成為水鹽的匯集中心，加上地形封閉排水不暢，地下水埋深淺，由于常年蒸發(fā)，形成比較重的積鹽區(qū)[21]。

圖2 渭干河流域平均氣溫、降水量和蒸發(fā)量的變化趨勢

4.1.3普遍含鹽的土壤 根據(jù)中國新疆塔里木農(nóng)業(yè)灌溉排水與環(huán)境保護第一期工程-渭干河子項目調(diào)查，綠洲土壤普遍含鹽。而在實際取樣分析中也發(fā)現(xiàn)在0 cm-30 cm土層含鹽量在10 g/kg-50 g/kg，高者可達50 g/kg～100 g/kg，不易脫鹽。僅渭干河三角洲近15年來，耕地增加了6.18×104hm2，這些新增耕地大都是在鹽堿地上開墾，耕地鹽漬化容易發(fā)生[14]。

4.1.4地下水 地下水對鹽漬化的影響主要是地下水埋深和礦化度。潛水埋深大小直接關系到土壤毛細水能否到達地表使土壤產(chǎn)生鹽漬化，也決定土壤鹽漬化程度。潛水埋深越淺，土壤越容易發(fā)生鹽漬化[22]。根據(jù)野外調(diào)查，凡是潛水埋深大于3m區(qū)，土壤不易產(chǎn)生鹽漬化；潛水埋深2m-3m區(qū)，土壤多呈輕度鹽漬化；潛水埋深1m-2m區(qū)，土壤多呈中度鹽漬化；潛水埋深小于1.5m區(qū)，土壤多呈重度鹽漬化。近幾年來，渭干河流域綠洲日益擴大的水資源利用活動，造成地下水位下降，使一部分地區(qū)的地下水位降到返鹽臨界深度以下，但仍有大面積的地下水位高于返鹽臨界深度，地下水礦化度逐漸升高的趨勢，會使土壤鹽漬化程度加重。

4.2 人為因素

4.2.1水利方面的問題 在人類活動的影響下，隨著天然河道的人工渠道化，平原水庫建設以及樞紐工程上移，加速了地表水資源的時空再分配，使得地下水的補給格局也發(fā)生了巨大的變化。地下水補給方式也由天然河道滲漏補給為主轉(zhuǎn)向以渠系、田間入滲補給為主。人工綠洲區(qū)地下水補給量隨地表水引入量的提高而不斷增加；天然綠洲區(qū)因自然水系的消失使地下水的補給量不斷減少，地下水位下降，水質(zhì)咸化。長期以來，受經(jīng)濟及技術條件制約，人們普遍重灌輕排。開墾初期，采用無排水設施的大水漫灌，土壤鹽分向下移動，收到較好效果，但因地下徑流排泄不暢，鹽分僅被淋洗到下層，并未隨地下徑流排走，且由于地下水的補給水量大于排出量，造成灌溉區(qū)地下水位不斷上升，地下水礦化度也不斷增加。此外，長期引水灌溉，灌溉水中所攜帶的鹽分，也成為地下水體鹽分的重要來源。

此外，由于粗放的農(nóng)業(yè)用水方式和落后的灌溉技術，加之渠道防滲率低，水資源在輸送過程中有很大一部分損失，使得水資源利用方面存在嚴重浪費現(xiàn)象，同時也引起地下水位的抬高，超過臨界深度，影響灌區(qū)周圍和灌區(qū)內(nèi)部一些荒地或夾荒地的地下水位上升，成為干排荒地，導致這些土壤鹽分積累增加，成為發(fā)生土壤鹽漬化的另一重要原因。

4.2.2農(nóng)業(yè)方面問題 盲目開荒。根據(jù)渭干河流域在水土資源方面的優(yōu)勢，適度擴大耕地面積是可行的，但在調(diào)查時，所到之處幾乎都有新墾荒地，有相當一部分開了以后沒有種就棄荒。這些棄荒、撂荒地往往地下水位很高，開荒后破壞了原有的地表植被，很難恢復，因而成為鹽漬化的隱患。

土地不平整，特別是新墾地，土地未精平細整，使灌水不均勻，造成低處積水，高處積鹽。而新疆生產(chǎn)建設兵團和一些公安農(nóng)場的土地，由于重視平整土地，格田內(nèi)地面高差不超過3cm，所以同樣開墾是重鹽堿地，而鹽漬化程度就減輕很多。種植作物單一，除了糧食作物外，大部分為棉花，而養(yǎng)地作物苜蓿、綠肥幾乎見不到，使土地用養(yǎng)失調(diào)。有機肥使用量減少，化肥使用量增加，造成土壤板結，影響土壤蓄水保墑，降低了作物的抗鹽性能。

5 結論與討論

（1）渭干河流域鹽漬化耕地總面積11.48×104km2，占耕地總面積的39.83%。土壤鹽漬化現(xiàn)象普遍，主要分布在綠洲的下部邊緣地帶，河流中下游、地勢平緩低洼等區(qū)域。從景觀角度來說主要分布在綠洲和沙漠之間的交錯帶。鹽漬化耕地呈條形狀分布，在綠洲邊緣帶呈片狀分布，邊緣的重度鹽漬化耕地交錯分布在輕度和中度鹽漬化耕地中。在古河道、河漫灘等地下水埋深淺的區(qū)域，分布著大面積的鹽漬化土和鹽土。

（2）流域土壤pH值平均值為8.42，屬于堿性土壤。土壤含鹽量普遍較高，平均值達到19.28 g/kg，土壤鹽漬化類型主要以硫酸鹽和氯化鹽為主。在空間分布上，拜城盆地以硫酸鹽為主，而由庫車、新和和沙雅所構成的渭干河三角洲的鹽分組成以硫酸鹽-氯化物或氯化物-硫酸鹽為主。

（3）渭干河流域土壤鹽漬化是自然因素和人為因素相結合的產(chǎn)物。自然因素是形成條件，人為因素則促進了鹽漬化的發(fā)展。因此為了改善退化的生態(tài)系統(tǒng)和確保流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，在土地開發(fā)利用過程中，應尊重自然規(guī)律，嚴格控制墾荒規(guī)模，加強農(nóng)田水利建設，發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)，實行以水定地，科學灌溉，提高水的利用率，重點解決灌排不協(xié)調(diào)的問題，以降低地下水位，防治次生鹽漬化的發(fā)生[23]。

（4）在今后渭干河流域土壤鹽漬化的治理中，應考慮在不同的區(qū)域、地貌條件下采取不同的改良治理措施。如在流域沖積扇上地下水埋藏深，一般無鹽漬化，適合河水灌溉，有少量滲漏可回補扇緣地下水；扇緣溢出帶地下水位高，是土壤積鹽重的地方，但地下水比較豐富，可建水源地或以井灌為主；沖積平原下部和干三角洲，地下水補給減少，可在缺水年份開發(fā)地下水，實行井渠結合，以渠水為主。

（5）遙感和地理信息系統(tǒng)技術在鹽堿地動態(tài)監(jiān)測方面具有無可比擬的優(yōu)勢[4]。本文基于2006年CEBERS遙感影像以及實地取樣調(diào)查獲取土壤鹽漬化數(shù)據(jù)的技術，能夠體現(xiàn)鹽漬化土壤分布狀況和土壤鹽漬化特征。今后我們將進一步利用多期遙感影像，如1980s中期的土壤普查數(shù)據(jù)，1990s末期的TM影像以及當前的CEBERS遙感影像，并結合其他相關資料重建歷史時期鹽堿地分布，進行長時間序列的多時段集成分析，以更加詳細地揭示渭干河流域土壤鹽漬化演變的時空規(guī)律性。

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