牛芳鵬，李新國，靳萬貴，麥麥提吐爾遜·艾則孜

（新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室，新疆 烏魯木齊 830054）

土壤鹽分特征研究是土壤開發(fā)利用和土壤鹽漬化防治的基礎，土壤鹽分含量是衡量土壤鹽漬化程度和狀態(tài)的重要指標［1-2］。土壤鹽分離子比例分布規(guī)律及其運移過程隨地形、母質、水文地質及生物等因素的不同影響而存在較大差異［3-5］。西北地區(qū)干旱少雨，蒸散強烈，土壤中易溶性鹽分積累在土壤表層，形成大面積鹽漬化區(qū)域，加劇了土壤荒漠化的進程，影響著綠洲農業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性［6-8］。在土壤鹽漬化現(xiàn)象日益突出的情況下，對土壤鹽分特征的研究尤為重要。Zhang等［9］探討了覆膜滴灌作用下土壤鹽分沿水平方向和垂直方向的分布規(guī)律，分析表明MDI對土壤表層鹽分分布的影響隨著離地表向下距離的增加而減小。Gao等［10］對河套灌區(qū)上、中、下游農田土壤鹽分和地下水深度變化進行了研究，發(fā)現(xiàn)灌區(qū)土壤鹽分含量波動較大，而未開墾地土壤鹽分則表現(xiàn)為地表累積現(xiàn)象。貢璐等［11］結合經典統(tǒng)計分析和通徑分析方法，定量分析了于田綠洲不同土壤類型的鹽分含量特征及其影響因子，研究顯示綠洲內部的撂荒地與外圍的未利用地全鹽含量最高，影響綠洲土壤表層全鹽含量的主要因素是地下水埋深。董環(huán)等［12］利用灰色關聯(lián)分析法對設施農業(yè)區(qū)土壤鹽分指標進行分析，探討了土壤全鹽量和各鹽分指標間的灰度關系及影響全鹽量的主次因素，分析了土壤鹽分的發(fā)展過程與相互關系。劉遷遷等［13］對察南灌區(qū)土壤鹽分特征進行分析，并運用主成分分析法對土壤鹽分離子的區(qū)域影響因子進行了探討。董正武等［14］研究了塔克拉瑪沙漠不同區(qū)域柳沙包的土壤鹽分分布特征及其影響因素，主成分分析可知，土壤鹽分含量變化與檉柳的生物積鹽效應、沙漠地區(qū)強烈的蒸發(fā)作用、地下水埋深及地表風蝕強度等因素緊密相關。

以博斯騰湖西岸湖濱綠洲為研究區(qū)，在野外土壤調查采樣和室內試驗的基礎上，運用Pearson相關性分析與主成分分析，探究研究區(qū)土壤鹽分特征以及與主要土壤鹽分離子之間的關系，為區(qū)域土壤鹽漬化防治、耕地改良、農業(yè)生產及土地資源可持續(xù)利用提供重要的理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

博斯騰湖西岸湖濱綠洲位于新疆焉耆盆地東南面博湖縣境內，介于東經 86°15′～ 86°55′，北緯 41°45′～ 42°10′，是典型的人工綠洲和自然綠洲混合的山前湖泊綠洲，地形北高南低，高程在1 048～1 200 m；屬于南北疆過渡的典型大陸性荒漠氣候，表現(xiàn)為干旱少雨，蒸發(fā)強烈，氣溫年差較大，日照時間長，光熱資源豐富；年平均氣溫8.2～11.5℃，7月平均氣溫22.9～26.0℃，1月平均氣溫-7.8～-12.3℃，無霜期175.8～211.3 d，年蒸發(fā)量1 880.0～2 785.8 mm，年降水量47.7～68.1 mm，其蒸降比高達40∶1［15］；研究區(qū)土地利用類型主要為耕地、林地、草地與未利用地，土壤類型主要有綠洲潮土、沼澤土、棕鈣土、棕漠土、鹽土、龜裂土、荒漠林土等，土壤鹽漬化較為普遍［16］。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖

1.2 土壤樣品采集

采用GPS定位技術，結合博湖縣土壤類型圖、遙感影像解譯圖和地形圖，同時考慮研究區(qū)的土壤質地、土地利用現(xiàn)狀、植被類型和微地形等因素，按照“S”型線路進行設點取樣，布點時盡可能遍及研究區(qū)范圍內的主要土地利用類型。采樣時間為2017年8月15日至8月19日，分別對每一樣區(qū)土壤表層（0～30 cm）分兩層（0～10、10～30 cm）隨機均勻取樣，去除雜物后采用四分法選取200 g土裝袋，采集樣點50個，共計樣品100份；并實地記錄每一樣點經緯度坐標與高程數(shù)據(jù)、植被、地形與地貌類型。

1.3 樣品處理與分析

將采集的土壤樣品帶回實驗室內，經過自然風干后物理研磨，通過1 mm孔徑網篩后裝入新的采樣袋，貼好標簽以備用；稱取50 g土樣加入250 mL蒸餾水混合振蕩，過濾后浸提液按常規(guī)實驗方法進行主要土壤鹽分離子的測定［17］。土壤全鹽量采用電導儀法；SO42-用比濁法；Ca2+與Mg2+用EDTA滴定法；HCO3-用標準H2SO4雙指示劑—中和滴定法；Cl-使用AgNO3滴定法；Na++K+使用火焰光度法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用WPS 2016進行初步處理，采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行相關性分析、正態(tài)性檢驗與主成分分析等數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤鹽分統(tǒng)計特征

2.1.1 土壤全鹽量特征

由表1可知，研究區(qū)0～10 cm土層土壤全鹽量變化范圍在0.25～32.09 g·kg-1，平均值為4.92 g·kg-1，10～30 cm土層土壤全鹽量變化范圍在0.54～31.42 g·kg-1，平均值為5.75 g·kg-1，兩層土壤含鹽量平均值均大于其眾數(shù)與中位數(shù)，表現(xiàn)為重鹽土類型（含鹽量大于4.00 g·kg-1），土壤鹽分表聚強烈。0～10 cm 土層土壤全鹽量通過對數(shù)轉化后，利用K-S（P＜0.05）正態(tài)分布檢驗，符合對數(shù)正態(tài)分布，10～30 cm 土層土壤全鹽量符合正態(tài)分布，兩層土壤全鹽量偏度系數(shù)、峰度系數(shù)均大于0，均呈右偏尖峰態(tài)。變異系數(shù)（CV）反映土壤特性的空間分布離散程度，當CV≤10%時屬于弱變異性，10%＜CV≤100%為中等變異性；CV＞100%則呈強變異性［18］。研究區(qū)0～ 10與10～30 cm土層土壤全鹽量變異系數(shù)分別為137.58%與143.45%，均表現(xiàn)為強變異性。

表1 主要土壤鹽分離子統(tǒng)計特征參數(shù)

2.1.2 土壤鹽分離子特征

從表1可知，不同土層各主要鹽分離子中位數(shù)基本小于平均值，且偏度系數(shù)與峰度系數(shù)均大于0，這表明主要土壤鹽分離子的分布屬于右偏態(tài)，具有比正態(tài)分布曲線更陡峭的鋒態(tài)，數(shù)據(jù)分布的峰值越高，數(shù)據(jù)的正態(tài)分布越差。通過K-S法檢驗可知，0～10 cm土層中主要鹽分離子只有HCO3-服從正態(tài)分布，其它主要鹽分離子符合對數(shù)正態(tài)分布，10～30 cm土層中Cl-、、Ca2+與Mg2+服從對數(shù)正態(tài)分布，與Na++K+服從正態(tài)分布。從圖2可知，土壤表層（0～30 cm）土壤鹽分的陽離子主要以Na++K+為主，在0～10與10～30 cm土層中分別占總陽離子含量的95.38%、97.54%，Ca2+與Ma2+普遍缺乏；土壤表層（0～30 cm）土壤鹽分的陰離子以SO42-、Cl-為主，在0～10 cm土層中其含量分別占總陰離子含量的70.54%和21.18%，H含量最小，只占8.27%，在10～30 cm土層中與Cl-含量分別占總陰離子含量的75.16%和15.35%，含量占9.49%。

按照鹽分組成劃分鹽漬土類型，0～10 cm土層土壤類型18.37%屬硫酸鹽型，61.22%屬氯化物-硫酸鹽類型，8.16%屬硫酸鹽-氯化物型，12.24%屬氯化物型；10～30 cm土層土壤類型28.57%屬硫酸鹽型，63.27%屬氯化物-硫酸鹽類型，4.08%屬硫酸鹽-氯化物型，4.08%屬氯化物型。從兩個不同土層土壤鹽分離子的空間變異性可知，Cl-、、Ca2+和Na++K+均呈強變異性，變異系數(shù)均大于100.00%，表明氯化物、硫酸鹽、鈣鹽以及鉀鈉鹽在區(qū)域土壤鹽分積聚過程中分布極不穩(wěn)定，與土壤全鹽量的空間變異程度具有一致性；HCO3-在0～10與10～30 cm土層中變異系數(shù)分別為91.79%和93.22%，表明重碳酸鹽在表層土壤中含量變化相對穩(wěn)定，呈中等變異性；Mg2+在0～10 cm土層中變異系數(shù)為132.85%，在10～30 cm土層中變異系數(shù)為93.30%，說明鎂鹽在不同土層中分布相對不均勻，變異性較強。

圖2 土壤各主要鹽分離子含量百分比與變異系數(shù)

2.2 土壤鹽分離子相關性分析

土壤主要鹽分離子間的相關性分析可以反映出鹽分在土體中的存在狀態(tài)以及與各主要鹽分離子間的相關性，并能在一定程度上揭示土壤鹽分的運動趨勢和形成原因［19］。由表2可知，土壤表層（0～30 cm）土壤全鹽量與主要鹽分離子均存在極顯著正相關（P＜0.01），且主要鹽分離子間存在不同的正相關性，其中土壤全鹽量與H、顯著性極強，相關系數(shù)分別為0.90、0.93、0.99，均大于0.90，說明全鹽量的變化主要受控于HCO3-、Na++K+含量；HCO3-與、Na++K+的相關系數(shù)均為0.89，存在極顯著正相關（P＜0.01）；Cl-與其它主要鹽分離子呈極顯著正相關性（P＜0.01），同Ca2+相關性最強，相關系數(shù)為0.46，與相關性最弱，相關系數(shù)為0.37；Ca2+與Mg2+、之間相關性最強，相關系數(shù)均大于0.71，存在極顯著正相關（P＜0.01）。

表2 主要土壤鹽分離子相關分析矩陣（n=100）

2.3 不同土地利用類型對土壤鹽分的影響

選取研究區(qū)的草地、耕地、林地和未利用地4種主要土地利用類型，分析土地利用對土壤鹽分含量變化的影響。由圖3可知，在4種不同土地利用方式下表層（0～30 cm）土壤全鹽量分布規(guī)律為未利用地（11.82 g·kg-1）＞ 林地（5.98 g·kg-1）＞草地（4.89 g·kg-1）＞耕地（2.50 g·kg-1），且未利用地和草地的表層含鹽量均值遠高于其它土地利用類型。4種土地利用類型上土壤鹽分含量變異系數(shù)呈耕地＞草地＞林地＞未利用地，耕地、草地和林地全鹽量呈強變異性，變異系數(shù)分別為176.31%、123.71%和121.39%，未利用地土壤鹽分含量呈中等變異性，變異系數(shù)為87.97%。4種土地利用類型中，Na++K+與的含量均大于其它主要土壤鹽分離子，在耕地土壤中，Na++K+與SO42-變異性最強，變異系數(shù)分別為228.37%、133.69%，未利用地中Na++K+與變異性弱于耕地，但未利用地中這兩種離子含量明顯高于其它3種土地利用類型，平均含量分別達8.14、2.65 g·kg-1。

2.4 土壤鹽分離子主成分分析

將 主 要 土 壤 鹽 分 離 子 Mg2+、Na++K+、Ca2+、Cl-、HCO3-和SO42-作為統(tǒng)計指標，通過KMO與Bartlett球型檢驗得到 KMO=0.64＞0.50，Bartlett球型檢驗P＜0.05，且F=281.97，F(xiàn)值顯著，可以進行因子分析。以方差累積貢獻率大于85.00%作為依據(jù)來確定因子個數(shù)，并計算主成分與各主要鹽分離子的相關系數(shù)，結合研究區(qū)西北地區(qū)干旱成因及特點，最終確定本研究區(qū)域中最主要的影響因子，能夠對區(qū)域土壤鹽化防治和土壤改良提供理論依據(jù)［20］。

圖3 不同土地利用類型土壤鹽分及其離子組成

2.4.1 特征值及貢獻率

由表3可知，第一、第二、第三主成分方差累計貢獻率達到93.27%，信息損失量6.73%，表明前3個主成分對大多數(shù)指標已進行了概括。第一主成分的特征值為3.82，代表引入第一主成分后可以反映平均至少3個指標的信息；第二主成分特征值為1.11，可以反映平均至少1個指標的信息。第一主成分解釋了63.70%的方差，遠大于第二、第三主成分方差貢獻率，說明第一主成分包含的信息最多、最豐富，對土壤鹽分含量的影響最大。

表3 主要土壤鹽分離子主成分特征值及貢獻率

2.4.2 主成分因子載荷

載荷值反映了各要素在相應的主成分中的相對重要性。在第一主成分中，主成分與所有要素均呈正相關，Na++K+、與的得分最大，載荷值分別為0.85、0.88、0.94，Cl-、Ca2+與Mg2+次之，說明第一主成分與Na++K+、HCO3-、SO42-的相關性較高。從圖4可知，研究區(qū)土壤主要鹽分離子存在明顯的聚類現(xiàn)象，Na++K+、HCO3-、SO42-聚成一簇，三者均位于第一主成分正端，根據(jù)鹽分離子之間的離散程度，進一步驗證可將其作為反映研究區(qū)土壤鹽分狀況的特征因子。在第二主成分中Cl-、Ca2+與Mg2+因子載荷值較大且呈正相關，相關系數(shù)分別為0.38、0.40、0.63，均位于第二主成分正端并聚為一簇，說明該主成分代表研究區(qū)土壤堿性特征；Cl-位于第三主成分正端，且表現(xiàn)出較高的相關性，因子載荷量為0.71，說明第三主成分是土壤氯化物含量的表現(xiàn)。

圖4 主要土壤鹽分離子二維因子圖

2.4.3 主成分綜合得分

建立主成分表達式，有利于更清楚的表達各公因子與主成分之間的線性關系。通過計算因子得分系數(shù)，提取出3個主成分表達式，主要土壤鹽分離子系數(shù)的大小反映了該離子在各主成分中的貢獻程度。

在描述研究區(qū)土壤鹽分特征時，設表達式F1、F2與F3為綜合新變量，以每個主成分的特征值占總特征值之和的份額為權重系數(shù)，進一步可得出研究區(qū)鹽分離子指標綜合得分模型Y，計算評價對象的綜合得分，對研究區(qū)土壤鹽分空間分布特征進行綜合分析與評價。

式中F1、F2與F3分別代表第一、第二、第三主成分量，x1、x2、x3、x4、x5、x6表示標準化后的、Cl-、、Ca2+、Mg2+、Na++K+。 在 綜合得分模型中Cl-、Ca2+與Mg2+的系數(shù)權重大于平均值0.15，故在得分起關鍵作用。根據(jù)該模型計算出每個樣本點的綜合分值，可對區(qū)域內土壤鹽分特征進行綜合評價。研究區(qū)綜合分值范圍在0.06～2.34，平均值為0.58，變異系數(shù)為122.00%，整體呈強變異性。

3 討論

博斯騰湖西岸湖濱綠洲土壤鹽分變化已有大量研究，涉及到土壤鹽分動態(tài)變化［21］、土壤鹽漬化影響因子［22］、土壤鹽分與不同植被生長的關系［15］、不同季節(jié)土壤鹽分特征［16］等方面。本文主要探討土壤表層（0～30 cm）鹽分特征，研究結果表明土壤表層的土壤全鹽量呈強變異性；土壤鹽分陰離子以與Cl-為主，在0～10 cm土層中分別占總陰離子含量的70.54%和21.18%，在10～30 cm土層中分別占總陰離子含量的75.16%和15.35%，這與王戰(zhàn)等［23］、呂真真等［24］對區(qū)域鹽漬化土壤相關研究的結果基本一致；研究區(qū)土壤鹽分的陽離子主要以Na++K+為主，在0～10與10～30 cm土層中分別占總陽離子含量的95.38%、97.54%，這與王巧煥等［20］對干旱區(qū)綠洲土壤鹽分特征的研究結果基本一致；在不同土地利用類型下，研究區(qū)表層土壤鹽分含量從高到低依次為未利用地、林地、草地、耕地，4種土地利用類型中Na++K+、SO42-與Cl-的含量均大于其它主要土壤鹽分離子，研究區(qū)耕地土壤全鹽量相對較低，這是由于在灌溉時耕層土壤會發(fā)生脫鹽現(xiàn)象，土壤鹽分隨水分下滲或流向未利用地，導致未利用地鹽分含量增加；土壤鹽分類型主要為硫酸鹽型和氯化物型，且已受到Na++K+的嚴重影響。Wang等［25］通過了解農業(yè)用地擴張過程及其對土壤性質的影響，表明過度開發(fā)利用土地資源對土壤鹽化有較大而持久的影響，這是干旱區(qū)類似生態(tài)區(qū)土地綜合管理的經驗教訓。針對研究區(qū)土壤表層鹽分狀況，不僅要注重降低主要土壤鹽分SO2-的含量，也要加強Na++K+、HCO3-和Cl-等土壤鹽分離子含量的控制。

4 結論

土壤表層土壤全鹽量表現(xiàn)為強變異性，在0～10與10～30 cm兩個不同深度的土層變異系數(shù)分別為137.58%與143.45%，主要土壤鹽分離子整體呈強、中變異性，變異系數(shù)在91.79%～170.47%之間。

土壤表層土壤鹽分類型屬氯化物—硫酸鹽類型，在0～10與10～30 cm土壤層占比均大于60.00%；土壤全鹽量與主要土壤鹽分離子均存在極顯著性正相關（P＜0.01），相關性最強的為Na++K+，相關系數(shù)為0.99，與Mg2+相關性最弱，相關系數(shù)為0.37。

不同土地利用方式下土壤表層的土壤全鹽量從高到低依次為未利用地＞林地＞草地＞耕地，未利用地的平均土壤鹽分含量為11.82 g·kg-1，耕地的平均土壤鹽分含量為2.50 g·kg-1；4種土地利用類型土壤鹽分含量變異系數(shù)呈耕地＞草地＞林地＞未利用地，變異系數(shù)最大為176.31%，最小為87.97%。

土壤鹽分狀況的特征因子為Na++K+、HCO3-、，主成分綜合得分模型Y=0.09（HCO3-）+0.30（Cl-）+0.10（）+0.17（Ca2+）+0.18（Mg2+）+0.09 （Na++K+），綜合得分的平均值為0.58，變異系數(shù)為122.00%，呈強變異性。