許麗,孫海燕
阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域水鹽空間變異及影響因素研究
許麗,孫海燕
塔里木大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院, 新疆 阿拉爾 843300
新疆阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域?qū)俑珊蛋敫珊档貐^(qū)。受氣候、地理位置和農(nóng)業(yè)灌溉等影響,沿岸土壤出現(xiàn)大面積土壤鹽漬化現(xiàn)象。本文分析阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域水鹽空間變異及影響因素,使用樣本法采集土壤實(shí)際數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),研究區(qū)域內(nèi)土壤含水率和土壤含鹽量變化比較大。四月份土壤含水率和土壤含鹽量排列為亞表層(30cm~50cm)最高。十月份土壤含水率隨土壤深度增加而增加,土壤含鹽量隨土壤深度增加而減少。地形因素和土壤質(zhì)地因素均是影響水鹽空間變異的因素之一。不同因素對不同深度土壤的影響效果各有不同,高程對土壤含鹽量的影響最小。
新疆阿克蘇; 空間變異; 環(huán)境生態(tài)
受地理位置和氣候環(huán)境等方面的影響,土壤鹽漬化已成為影響我國西部省份,尤其是干旱半干旱地區(qū)土壤質(zhì)量的主要因素。我國阿拉爾地區(qū)尤其是阿克蘇河流域水分蒸發(fā)強(qiáng)烈,出現(xiàn)了嚴(yán)重的水資源短缺問題[1]。下游人類農(nóng)田灌溉以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)使阿克蘇河下游區(qū)域地下水大量流失、土壤出現(xiàn)大面積鹽漬化現(xiàn)象。與此同時(shí),為確保土壤脫鹽、起到“壓鹽”的目的,阿拉爾地區(qū)習(xí)慣使用過量用水對農(nóng)田開展“春灌”和“冬灌”[2]。由于該地區(qū)水資源嚴(yán)重匱乏,此策略是否能夠緩解當(dāng)?shù)赝恋佧}堿化現(xiàn)象仍有待進(jìn)一步的科學(xué)驗(yàn)證。本文對阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域土壤水鹽空間變化分析并探索其主要影響因素,能夠更好地了解當(dāng)?shù)赝寥利}漬化特征及空間變異性,進(jìn)一步優(yōu)化和完善阿克蘇河下流灌區(qū)灌溉制度,有效保護(hù)當(dāng)?shù)赝寥浪}平衡、實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)配置和可持續(xù)利用。
阿克蘇河流經(jīng)阿拉爾地區(qū)主要為下游灌區(qū)。2013年至2022年間的氣溫、降雨量和全年日照時(shí)長概況(表1)。年平均氣溫為11.0℃,年降雨量為59.1mm,全年日照時(shí)長為2732.6h。當(dāng)?shù)亟涤甏蠖嘣?月至8月間。受研究區(qū)域地形和氣候條件影響,當(dāng)?shù)亟涤炅枯^小,地下水蒸發(fā)、蒸騰強(qiáng)烈。研究區(qū)域阿克蘇河地下水沿地形由北向南垂直運(yùn)移,地下水類型主要為潛水和承壓水,補(bǔ)給方式為區(qū)域面狀補(bǔ)給,水位埋深一般小于3m。逐漸加重的土壤鹽漬化是研究區(qū)域存在的主要問題。人工過度開采阿克蘇河以及下游不科學(xué)的農(nóng)業(yè)灌溉方式極大地影響了水資源的合理利用。
表1 研究區(qū)域氣溫、降雨量和全年日照時(shí)長概況
在阿克蘇河流經(jīng)阿拉爾地區(qū)兩岸進(jìn)行土壤取樣,間隔為5km。依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蜃兓?、農(nóng)業(yè)灌溉習(xí)慣等選擇在2022年4月和2022年10月進(jìn)行土壤取樣,每次取的樣本數(shù)量為76個(gè)。按照土壤深度,在每個(gè)取樣點(diǎn)取3個(gè)樣本,分別為表層(0~30cm)、亞表層(30~50cm)和深層(50~80cm)。使用土壤三參數(shù)儀(WET Sensor)對土壤樣本的含水率進(jìn)行測定。使用美國麥奇克激光粒度分析儀對土壤粒徑分析。土壤含鹽量的測定依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-2019)。
本研究的溫度、降雨量及全年日照時(shí)長數(shù)據(jù)來源于2013年至2022年間的《新疆兵團(tuán)第一師阿拉爾市統(tǒng)計(jì)年鑒》。地表微地形數(shù)據(jù)如研究區(qū)域的高程、坡度、坡向等均來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站。
使用SPSS 22.0對實(shí)驗(yàn)室得到的土壤含水率、土壤含鹽量等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和空間變異性分析。使用灰色關(guān)聯(lián)分析法隊(duì)取樣點(diǎn)的基礎(chǔ)因素進(jìn)行定量分析,如坡度、坡向等。地表微地形數(shù)據(jù)使用Arcgis 10.2進(jìn)行柵格處理。將土壤粒徑分為粘粒(<0.002 mm)、粉粒(0.002 mm~0.02 mm)和砂粒(0.02 mm~2 mm),并對其無量綱化處理。
2.1.1土壤含水率分析結(jié)果研究區(qū)域不同時(shí)間內(nèi)土壤含水率的比較分析結(jié)果見下表2。從四月份數(shù)據(jù)來看,表層(0~30cm)含水率為14.44%,亞表層(30~50cm)含水率為17.45%,深層(50~80cm)為16.31%。亞表層含水率最高,其次為深層,表層含水率最少。變異系數(shù)自表層至深層為0.288、0.346和0.231。上述指標(biāo)均小于1,為中等變異性。從十月份數(shù)據(jù)來看,表層(含水率為15.15%,亞表層含水率為16.50%,深層為17.93%。與四月份結(jié)果不同的是,此時(shí)期土壤含水率隨土層加深而增加。變異系數(shù)自表層至深層為0.324、0.268和0.245。上述指標(biāo)均小于1,為中等變異性。隨時(shí)間變化,表層和深層的土壤含水率會(huì)增加,而亞表層的土壤含水率會(huì)減少。
表2 研究區(qū)域不同時(shí)間土壤含水率比較結(jié)果
2.1.2土壤含鹽量分析結(jié)果下表3顯示的研究區(qū)域在不同時(shí)間內(nèi)土壤含鹽量的比較分析結(jié)果。四月份時(shí),土壤的含鹽量平均值分別為表層3.11g·kg-1、亞表層4.19g·kg-1和深層3.73g·kg-1。其變化規(guī)律與土壤含水率變化規(guī)律一致,即亞表層含鹽量最高,其次為深層,表層含鹽量最少。變異系數(shù)自土壤表層至深層為1.004、1.431和1.035。上述指標(biāo)均大于1,為強(qiáng)變異性。十月份時(shí),土壤表層、亞表層和深層的含鹽量平均值分別為6.52g·kg-1、5.75g·kg-1和4.62g·kg-1。其變化規(guī)律為土壤含鹽量隨土層加深而遞減。變異系數(shù)自土壤表層至深層為 1.113、1.071和1.008。上述指標(biāo)均大于1,為強(qiáng)變異性。隨時(shí)間變化,表層、亞表層和深層的土壤含鹽量均增加,且表層增加幅度最大為109.65%。
表3 研究區(qū)域不同時(shí)間土壤含鹽量比較結(jié)果
2.2.1地形因素地形高程、坡度、坡向等變換會(huì)直接影響到土壤顆粒的機(jī)械組成,從而影響鹽水和水分的分布及轉(zhuǎn)移。土壤含鹽量與地形因素的相關(guān)性分析結(jié)果見下表4。結(jié)果發(fā)現(xiàn),土壤含鹽量與地形高程、坡度、坡向等部分因素具有顯著相關(guān)性。其中,表層土壤含鹽量與高程和坡度顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),與坡向顯著正相關(guān)(<0.05)。亞表層土壤含鹽量與高程顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),與坡向顯著正相關(guān)(<0.05)。深層土壤含鹽量與與高程顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),與坡向顯著正相關(guān)(<0.05),與坡度正相關(guān),但是相關(guān)性不顯著。可見,隨地表高程增加,土壤含鹽量逐漸減少。坡度越高,土壤含鹽量越小。陽坡受太陽照射時(shí)長較高,水分揮發(fā)比陰坡大,故土壤含鹽量較高。這表明地形因素是影響水鹽空間變異的因素之一。
表4 土壤含鹽量與地形因素的相關(guān)性分析結(jié)果
*為<0.05,**為<0.01
2.2.2土壤質(zhì)地因素土壤顆粒的大小對直接影響到土壤中水分轉(zhuǎn)移速度,對土壤含鹽量產(chǎn)生直接影響。下表5顯示的是土壤含鹽量與土壤質(zhì)地的相關(guān)性分析結(jié)果。結(jié)果顯示,結(jié)果發(fā)現(xiàn),土壤含鹽量與粘粒、粉粒和砂粒等部分因素具有顯著相關(guān)性。其中,表層土壤含鹽量與粘粒正相關(guān),但關(guān)系不顯著。與粉粒和砂粒顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。亞表層土壤與粘粒和粉粒顯著正相關(guān)(<0.05),與砂粒顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。深層土壤與粘粒和粉粒顯著正相關(guān)(<0.05),與砂粒顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。這說明當(dāng)土壤中粘粒和粉粒較高時(shí),其土壤含鹽量也會(huì)增高。土壤中砂礫含量高時(shí),其土壤含鹽量則會(huì)降低。即土壤空隙相對較小時(shí),水分轉(zhuǎn)移速度變慢,在蒸發(fā)作用影響下鹽分會(huì)大概率滯留,從而土壤含鹽量。隨地表高程增加,土壤含鹽量逐漸減少。坡度越高,土壤含鹽量越小。研究結(jié)果表示土壤質(zhì)地因素是影響水鹽空間變異的因素之一。
表5 土壤含鹽量與土壤質(zhì)地的相關(guān)性分析結(jié)果
*為<0.05,**為<0.01
2.2.3水鹽空間變異影響因素定量分析結(jié)果對地形因素和土壤質(zhì)地因素進(jìn)行定量分析,結(jié)果見下表6。結(jié)果可見,表層土壤含鹽量影響因素排序由高至低分布為為坡向、粘粒、坡度、粉粒、砂粒和高程。亞表層土壤含鹽量影響因素排序由高至低分布為為坡度、坡向、粘粒、粉粒、砂粒和高程。深層土壤含鹽量影響因素排序由高至低分布為為坡向、粉粒、坡度、粘粒、砂粒和高程。其中,高程對土壤含鹽量的影響最小。坡度和坡向的影響因素相對較高,其主要原因是因?yàn)橐陨蟽蓚€(gè)因素會(huì)直接受到水分蒸發(fā)和日照影響,導(dǎo)致水鹽轉(zhuǎn)移速度變化。而粘粒和粉粒等因素對于土壤含鹽量的影響均大于砂粒,也支持了2.2.2中對于土壤含鹽量與土壤質(zhì)地的相關(guān)性分析結(jié)果。
表6 水鹽空間變異影響因子分析結(jié)果
在水鹽空間變異方面,主要分析了不同時(shí)間內(nèi)土壤含水率和土壤含鹽量的比較變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),研究區(qū)域在灌溉前(四月)土壤含水率亞表層(30cm~50cm)>深層(50cm~80cm)>表層(0~30 cm)。灌溉后(十月)土壤含水率隨土壤深度變化而逐漸增加。含水率的變異程度均為中等變異。其主要原因應(yīng)該是灌溉后受水資源印象和外界氣溫變化影響,土壤含水率會(huì)逐漸增加。這與胡越等、王卓然等和Harne等的研究結(jié)論保持一致[3-5]。研究區(qū)域在灌溉前(四月)土壤含鹽量亞表層(30cm~50cm)>深層(50cm~80cm)>表層(0~30 cm)。灌溉后(十月)土壤含鹽量隨土壤深度變化而逐漸減少。含水率的變異程度均為強(qiáng)變異。其主要原因是因?yàn)檠芯繀^(qū)域?yàn)橄掠喂鄥^(qū),地下水位埋深較淺。部分地區(qū)由于排堿渠排水不通暢,導(dǎo)致土壤含鹽量也逐漸增加。這表明每年的“春灌”和“冬灌”的確會(huì)對土壤含鹽量產(chǎn)生影響,具有一定的“壓鹽”作用。這與呂廷波等、宋穎等、王慧敏等和Duncan等對干旱區(qū)鹽漬化土壤鹽分含量分析結(jié)果一致[6-9]。
在影響因素方面,主要分析了地形因素、土壤質(zhì)量因素和水鹽空間變異影響因素定量分析結(jié)果。地形因素是影響水鹽空間變異的因素之一。不同深度的土壤含鹽量與高程顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),與坡向顯著正相關(guān)(<0.05)。需要強(qiáng)調(diào)的是,坡度與深層土壤含鹽量相關(guān)性不顯著。王昊等、魯涵等和林棟等均對新疆干旱-半干旱區(qū)典型灌區(qū)土壤鹽分特征及成因開展分析,Shah等也對地形因素對水鹽空間變異開展了研究,其結(jié)果與本研究結(jié)果高度類似[10-13]。土壤質(zhì)地因素同樣是影響水鹽空間變異的因素之一。粘粒與不同深度的土壤含鹽量顯著正相關(guān)(<0.05),但與表層土壤含鹽量相關(guān)性不顯著。粉粒與表層土壤含鹽量顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),與亞表層和深層顯著正相關(guān)(<0.05)。粘粒與不同深度的土壤含鹽量顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。這與代云豪等、白建鐸等和劉新路等對于新疆地區(qū)土壤質(zhì)量與含鹽量分析結(jié)果具有一致性[14-16]。針對不同深度的土壤,不同因素的影響力各不相同,但是高程對土壤含鹽量的影響最小。這與陳霖明等、賀文君等、代云豪等和Chen等對于水鹽空間變化影響因素的分析結(jié)果類似[17-20]。
對阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域土壤水鹽空間變化開展分析,并深入探索其主要影響因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn),研究區(qū)域內(nèi)土壤含水率和土壤含鹽量變化比較大。灌溉前(四月)土壤含水率和土壤含鹽量亞表層>深層>表層。灌溉后(十月)土壤含水率隨土壤深度增加而增加,土壤含鹽量隨土壤深度增加而減少。地形因素和土壤質(zhì)地因素均是影響水鹽空間變異的因素之一。不同因素對不同深度土壤的影響效果各有不同,高程對土壤含鹽量的影響最小。其主要原因是在地形方面,會(huì)受到水分蒸發(fā)和陽光日照、人為灌溉等因素影響水鹽運(yùn)移效果。在土壤質(zhì)量方面會(huì)受土壤孔隙、粒徑等因素影響水鹽運(yùn)移效果。本研究的局限性在于僅對灌溉前(四月)和灌溉后(十月)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,樣本數(shù)量相對較小。在未來應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大研究時(shí)間樣本,從而更好地分析研究區(qū)域水鹽空間變異影響因素,為環(huán)節(jié)阿克蘇流域土壤鹽漬化問題提供有效解決方案。
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Research on Spatial Variation and Influencing Factors of Water and Salt in Aksu River Basin in Alar Region
XULi, SUNHai-yan
843300,
Akesu River Basin in the Alar region of Xinjiang is an arid and semi-arid area. Affected by climate, geographical location and agricultural irrigation, coastal soils have extensive soil salinization. This article analyzes the spatial variation and influencing factors of water and salt in the Aksu River Basin in the Alar region, and uses the sample method to collect actual soil data and conduct statistical analysis. It discovered that the soil moisture content and soil salinity varied greatly in the study area. In April, the soil moisture content and soil salinity are ranked as the highest in the subsurface layer (30cm – 50cm). In October, the soil water content increased with the increase of soil depth, and the soil salinity decreased with the increase of soil depth. Topographic factors and soil texture factors are the factors affecting the spatial variation of water and salt. Different factors have different effects on soil at different depths, and elevation has the least effect on soil salinity.
Xinjiang Aksu; spatial variation; environmental ecology
S151.9
A
1000-2324(2023)04-0577-05
10.3969/j.issn.1000-2324.2023.04.014
2023-01-05
2023-03-06
許麗(1983-),女,本科,副教授,研究方向:農(nóng)業(yè)水土及水資源研究. E-mail:18399216525@163.com