阿布都熱合曼·哈力克

（1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

土壤作為歷史自然體，受氣候、生物、母質(zhì)、地形、成土?xí)r間等諸多成土因素的影響，具有復(fù)雜性和高度的時(shí)空變異性，不論在大尺度上還是在小尺度上，土壤的空間變異性均存在［1－2］。由于土壤特性是一種區(qū)域化變量，同時(shí)具有地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特性和統(tǒng)計(jì)學(xué)的隨機(jī)特性，基于區(qū)變量理論的地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論已被證明是分析土壤特性空間分布特征及其變異規(guī)律最為有效的方法之一［3－5］。地統(tǒng)計(jì)學(xué)不僅能夠有效地揭示屬性變量在空間上的分布、變異和相關(guān)特征，而且可以將空間格局與生態(tài)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，有效地解釋空間格局對(duì)生態(tài)過(guò)程與功能的影響［5］。近些年來(lái)GIS、GPS技術(shù)的發(fā)展，也為研究相對(duì)較大尺度上土壤特性的空間變異性提供了準(zhǔn)確、便捷的工具。土壤鹽分的分異狀態(tài)在一定程度上反映了土壤耕作層內(nèi)的鹽漬化程度和狀態(tài)，了解其分異對(duì)于指導(dǎo)人們根據(jù)土壤鹽分空間分異規(guī)律和變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行灌溉和排水及制訂防治土壤鹽漬化措施，保證土地質(zhì)量，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量具有重要意義。本研究以岳普湖縣為例，通過(guò)野外調(diào)查、采樣及GIS和地統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法，探討在人為作用下綠洲土壤鹽分的空間變異特征，為該地區(qū)鹽漬化土壤的分區(qū)、改良和利用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)岳普湖縣位于新疆西南部，地處蓋孜河下游，地理坐標(biāo)76°23′－77°25′E，38°48′－39°20′N(xiāo)?？偼恋孛娣e為3327 .1km2。研究區(qū)地勢(shì)平坦，地面自南西向北東方向傾斜，坡降1‰～1.2‰，海拔1150 ～1250 m，年降水量約51.7mm，多年平均蒸發(fā)量為2651 mm，年均溫度11.7℃，無(wú)霜期214d，≥10℃的年有效積溫約為4354 ℃。土壤質(zhì)地較輕，以壤土、沙壤土為主。植被類型主要有檉柳科植物、鹽爪爪、駱駝刺、西伯利亞白刺、花花柴、蘆葦、甘草、苦豆子、泡泡刺、芨芨草等。種植作物主要有小麥、玉米、大豆及棉花等。由于地處內(nèi)陸干旱區(qū)，蒸發(fā)強(qiáng)烈，灌溉不當(dāng)、排水不暢，加之土體母質(zhì)含鹽量較多，造成灌區(qū)土壤次生鹽漬化嚴(yán)重。

1.2 樣點(diǎn)布設(shè)及測(cè)定方法

1.2.1 樣點(diǎn)布設(shè) 本研究采用GPS定位技術(shù)，以岳普湖縣1∶100000 地形圖和土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ)底圖，對(duì)岳普湖縣土壤進(jìn)行定點(diǎn)取樣，取樣時(shí)兼顧代表性和均勻性，原則上每3km取一個(gè)點(diǎn)，樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。每個(gè)樣點(diǎn)挖2m×2m的土壤剖面，土壤取樣層次為0－30cm、30－60cm、60－100cm和100－200cm，共取樣點(diǎn)118個(gè)。采樣時(shí)間為2005年7月至2005年8月。

土壤監(jiān)測(cè)的采樣點(diǎn)是整個(gè)土壤監(jiān)測(cè)過(guò)程十分重要和困難的一環(huán)，如果采樣不當(dāng)，不能取得有代表性的土樣，那么所得到的數(shù)據(jù)就沒(méi)有意義。為提高以后根據(jù)土壤樣點(diǎn)數(shù)據(jù)分析成圖的精度，樣點(diǎn)必須比較均勻地分布在全工作區(qū)域內(nèi)，因此，基本上除了研究區(qū)的沙漠地區(qū)以外，其他區(qū)域采用了網(wǎng)格法，網(wǎng)格法具有樣點(diǎn)分布比較均勻、相對(duì)快速及易于用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理的優(yōu)點(diǎn)。

岳普湖縣地勢(shì)平坦，東北部和西南部為戈壁沙漠，西北部和東南部為沖積平原。水資源有岳普湖河、鐵熱木河、達(dá)瓦昆湖等水系。

根據(jù)研究區(qū)的土地利用、地形和土壤性狀差異等具體情況，土壤采樣主要是已開(kāi)發(fā)的、靠近河渠水源的農(nóng)區(qū)為主、其次牧區(qū)、再次綠洲－沙漠之間的交錯(cuò)帶及沙漠邊緣。

1.2.2 樣品處理與分析 對(duì)所采集的土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干，過(guò)l mm篩，然后以5∶1的水土比進(jìn)行抽濾浸提，按常規(guī)方法進(jìn)行土壤鹽分及其組成的測(cè)定［6］。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法 將GPS測(cè)得的帶有坐標(biāo)記錄的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)利用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 9.0轉(zhuǎn)為具有空間坐標(biāo)的空間點(diǎn)，并進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，生成用于地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的樣點(diǎn)分布圖；半方差函數(shù)應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)處理軟件GS＋for windows 5.3b進(jìn)行計(jì)算。利用ArcGIS軟件并根據(jù)擬合的模型及其參數(shù)進(jìn)行Kriging插值。

圖1 岳普湖縣土壤樣點(diǎn)分布示意圖

1.2.4 地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用半方差函數(shù)進(jìn)行地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，其理論模型及參數(shù)的確定參考文獻(xiàn)［4，7］。

為了更直觀地反映土壤鹽分的空間分布狀況，根據(jù)所得到的半方差函數(shù)模型，利用Kriging最優(yōu)內(nèi)插法［8］，繪制土壤鹽分分布特征圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鹽分的統(tǒng)計(jì)特征分析

按經(jīng)典統(tǒng)計(jì)方法，不同層次土壤鹽分的統(tǒng)計(jì)特征值列于表1。全部采樣點(diǎn)為118個(gè)，剔除其中的異常點(diǎn)后，0－30cm、30－60cm、60－100cm和100－200 cm土壤鹽分的樣本數(shù)分別為118，117，117和115個(gè)。由表1可以看出，研究區(qū)不同層次土壤的土壤含鹽量普遍較高，根據(jù)有關(guān)新疆土壤鹽堿化的分級(jí)［9］，0－30cm和30－60cm土壤鹽分的均值分別為17.44 g／kg和11.67g／kg，屬于重度鹽化；60－100cm 和100－200cm 的均值分別為9.10g／kg和8.14g／kg，屬于中度鹽化。變異系數(shù)（Cv）反映的是相對(duì)變異，即隨機(jī)變量的離散程度。根據(jù)相關(guān)研究，Cv≤0.1為弱變異性；0.1＜Cv＜1為中等變異性；Cv≥1為強(qiáng)變異性。研究區(qū)各層土壤鹽分的變異系數(shù)雖然屬于中等變異性，但變異性均比較高，接近于強(qiáng)變異性，分別為0.959，0.941，0.877，0.860，從表層向深層變異系數(shù)逐漸降低，這可能與人為灌排、耕作方式不當(dāng)有關(guān)，使得表層土壤鹽分的變異系數(shù)較大。土壤特性數(shù)據(jù)的正態(tài)分布性檢驗(yàn)是使用地統(tǒng)計(jì)學(xué)Kriging方法進(jìn)行土壤特性空間分析的前提，由于半方差函數(shù)的計(jì)算一般要求數(shù)據(jù)符合正態(tài)或近似正態(tài)分布，否則可能存在比例效應(yīng)［5，10］。

根據(jù)K－S檢驗(yàn)各層土壤鹽分的原始數(shù)據(jù)均不屬于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布（表1），經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后，消除了可能存在的比例效應(yīng)，經(jīng)檢驗(yàn)，4組數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布。

表1 岳普湖縣不同層次土壤鹽分統(tǒng)計(jì)特征值

2.2 土壤鹽分空間變異特征分析

不同層次土壤的含鹽量表現(xiàn)出了空間等方向性。其半方差模擬模型及其擬合參數(shù)見(jiàn)表2，地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的半變異函數(shù)圖及其模型擬合結(jié)果見(jiàn)圖2。從中可以看出土壤鹽分的空間變程由土壤表層到深層逐漸變大，分別為56.40，91.10，114.10，160.00km，這是由于表土層受結(jié)構(gòu)性因素影響相對(duì)較小，而受人為因素影響較大，隨著土壤深度的增加，后者影響逐漸減小，前者影響加強(qiáng)，土壤含鹽量的影響范圍加大。表面三層土壤鹽分的半變異函數(shù)符合指數(shù)模型，其決定系數(shù)為分別為0.855，0.676，0.864，100－200cm 符合球狀模型，其決定系數(shù)為0.924。

圖2 岳普湖縣不同土層土壤含鹽量的半方差圖

從表2可見(jiàn):各層的基臺(tái)值均為正值，尤其是0－30cm土層，說(shuō)明存在著由采樣誤差或最小距離內(nèi)的變異或隨機(jī)和固有變異引起的各種正基底效應(yīng)。各層土壤含鹽量的塊基值比為34.6%～61.2%，具有中等空間相關(guān)性，但從表層到深層，塊基值比逐漸降低，表明空間相關(guān)性逐漸增加，受結(jié)構(gòu)性因子影響逐漸加大。研究區(qū)土壤鹽分的空間變異性除了受結(jié)構(gòu)性因子的影響外，人為的灌溉、施肥和管理水平等生產(chǎn)管理措施也起到了很大的作用。表層（0－30cm）土壤是人為因素影響較大的層次，致使該層土壤鹽分在小的范圍內(nèi)表現(xiàn)出較大的差異；深層（100－200 cm）土壤的塊金系數(shù)最小，結(jié)構(gòu)方差較大，說(shuō)明土壤受結(jié)構(gòu)因素影響較大，在較大的范圍內(nèi)表現(xiàn)出變異性。

表2 不同層次土壤鹽分變異函數(shù)理論模型及其擬合參數(shù)

2.3 土壤鹽分的空間分布特征分析

通過(guò)對(duì)岳普湖縣118個(gè)樣點(diǎn)的取樣分析，在GPS和GIS支持下，經(jīng)過(guò)地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和Kriging插值，得到岳普湖縣各層次土壤鹽漬化現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，表層土壤鹽漬化主要在分布在岳普湖鎮(zhèn)、岳普湖鄉(xiāng)、色也克鄉(xiāng)、阿其克鄉(xiāng)和鐵熱木鄉(xiāng)，即農(nóng)牧業(yè)開(kāi)發(fā)活動(dòng)最為強(qiáng)烈、靠近河渠水源和地勢(shì)較為低洼的區(qū)域，其余三層土壤鹽分高值區(qū)的分布趨勢(shì)與表層類似。研究區(qū)土壤鹽漬化由深及淺逐漸增大，特別是表層土壤鹽含鹽量＞20g／kg的面積占總面積的47.87%，這說(shuō)明鹽分由深層土壤向表層聚集。在垂直方向上總的趨勢(shì)是表層土壤含鹽量高于深層土壤。

3 結(jié)論

（1）岳普湖縣土壤含鹽量普遍較高，0－30，30－60cm土壤含鹽量的均值分別為17.44g／kg和11.67g／kg，屬于重度鹽化；60－100cm和100－200 cm的均值分別為9.10g／kg和8.14g／kg，屬于中度鹽化。各層土壤鹽分的變異系數(shù)為0.877～0.959，變異性均比較高，接近于強(qiáng)變異性。

（2）由半方差函數(shù)分析可知，0－30cm、30－60 cm、60－100cm土壤鹽分符合指數(shù)模型，100－200 cm土壤鹽分符合球狀模型。土壤鹽分的空間變異由土壤表層到深層逐漸變大，主要是由于表土層受區(qū)域因素影響相對(duì)較小，而受非區(qū)域因素影響較大，隨著土壤深度的增加，地形、淺層地下水位和上游來(lái)水含鹽量等區(qū)域性因素的影響加強(qiáng)，土壤含鹽量的空間變異加大。

（3）岳普湖縣土壤鹽漬化及其嚴(yán)重，0－30cm土層，強(qiáng)度鹽漬化面積占總面積的40.42%，鹽土47.87%。水平方向上，主要在分布在岳普湖鎮(zhèn)、岳普湖鄉(xiāng)、色也克鄉(xiāng)、阿其克鄉(xiāng)和鐵熱木鄉(xiāng)，即農(nóng)牧業(yè)開(kāi)發(fā)活動(dòng)最為強(qiáng)烈區(qū)域、鹽化草甸、河渠水源和地勢(shì)較為低洼的沙漠區(qū)域。

（4）Kriging差值，可準(zhǔn)確、直觀地了解當(dāng)?shù)佧}土分布，農(nóng)田土壤質(zhì)量狀況，土壤含鹽量空間分布等情況，并能分析土壤鹽堿化的成因及變化趨勢(shì)，可為該地區(qū)合理利用水土資源，防治土壤次生鹽堿化提供理論依據(jù)。

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