付 穎， 李素艷， 孫向陽(yáng)， 王琳琳， 張 薇， 張 濤， 張駿達(dá)

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院， 北京 100083)

天津市濱海鹽堿地刺槐種植區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

付 穎， 李素艷， 孫向陽(yáng)， 王琳琳， 張 薇， 張 濤， 張駿達(dá)

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院， 北京 100083)

水鹽運(yùn)動(dòng)； 含水量； 含鹽量

天津?yàn)I海鹽堿新區(qū)位于華北平原的東北部，東臨渤海[1]，鹽堿地分布廣泛，擁有鹽堿地總面積達(dá)4.93×105hm2，占全市土地總面積的42.3%，其中以濱海新區(qū)(塘沽、漢沽和大港)最為嚴(yán)重[2]。由于土壤鹽堿化嚴(yán)重，導(dǎo)致該地區(qū)植被稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱，已嚴(yán)重影響了該地區(qū)的農(nóng)林業(yè)以及種植業(yè)的發(fā)展，并對(duì)人類的身體健康和生態(tài)環(huán)境造成了現(xiàn)實(shí)的極大危害[3-4]。

土壤的水鹽動(dòng)態(tài)變化規(guī)律是治理土壤鹽堿化的理論基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤的水鹽動(dòng)態(tài)變化已做過(guò)大量研究[5-6]，但是降水和氣溫作為天津?yàn)I海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)的主要影響因素與其密切相關(guān)。天津?yàn)I海地區(qū)受季風(fēng)氣候的影響，雨量在年內(nèi)分配極度不均，呈現(xiàn)明顯的春旱夏澇、澇后又旱的現(xiàn)象，致使土壤中水鹽運(yùn)行頻繁，蒸發(fā)積鹽和淋溶脫鹽過(guò)程交替發(fā)生，氣候因素使土壤水鹽狀況呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化[7]。為了探索天津?yàn)I海地區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，本文對(duì)天津大港地區(qū)刺槐林地土壤的水鹽動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，擬在探討各離子的季節(jié)分布變化規(guī)律，以期為該地區(qū)的土壤改良、生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及農(nóng)林業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在天津市大港區(qū)進(jìn)行，該地地處渤海灣的濱海淤泥質(zhì)灘涂地區(qū)，屬北半球暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均降雨量為593.6 mm，而年平均蒸發(fā)量達(dá)1 900 mm，約為降雨量的3倍，降雨主要集中在6—9月。年平均氣溫為12.3 ℃，每年的12月至次年的2月平均氣溫在0 ℃以下，1月份最低，平均氣溫為-3.9 ℃。該地區(qū)為海河水系沖積與海相沉積相互作用下形成的濱海低平原，地勢(shì)低洼(大沽高程2.5 m)，地下水位高(距地面0.5～1.0 m)，礦化度大(70～1 089 g/L)，土壤含鹽量高，1 m土體中平均含鹽量4.73%，最高可達(dá)7%以上，為Na—Cl型的濱海鹽土，土壤質(zhì)地黏重，通氣透水性差，植被稀少，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量低，生態(tài)環(huán)境脆弱[8]，是中國(guó)鹽堿地的典型代表，研究天津?yàn)I海地區(qū)的鹽堿地水鹽動(dòng)態(tài)具有代表意義。

受季風(fēng)氣候的影響，天津的降水主要集中在夏季，春秋冬季為干旱季節(jié)，特別是冬春季節(jié)，經(jīng)常出現(xiàn)持續(xù)無(wú)降水現(xiàn)象，導(dǎo)致冬春連旱[9]。試驗(yàn)地區(qū)年(2012年)降水量為850.3 mm，降水主要集中在夏秋季節(jié)，6—9月降水量較高，占全年總降水總量的79.3%，春季降水占9.2%，秋季降水占11.5%，7月出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，降水總量達(dá)到357 mm，占總降水量的53%。天津地區(qū)從5月出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣，最高氣溫出現(xiàn)在8月，最高可達(dá)33.5 ℃；12月至翌年1月平均氣溫偏低，多數(shù)氣溫達(dá)到零下，此時(shí)容易出現(xiàn)凍土現(xiàn)象，各離子活動(dòng)微弱，因此本試驗(yàn)選取3—11月作為研究對(duì)象(圖1)。降雨和溫度都會(huì)對(duì)土壤中水鹽變化起關(guān)鍵性作用，降水將土壤表層的鹽分向下淋洗，并使地下水位迅速抬高，底部的鹽分隨地下水位上移，使底層土壤含鹽量升高，而隨著溫度的升高，蒸發(fā)量逐漸增大，使鹽分離子隨蒸發(fā)的水分離子向表層土壤積聚。

圖1 刺槐林地降水量及氣溫年動(dòng)態(tài)變化

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)樹種為耐鹽堿喬木刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)，于2010年春季栽植，植株行距為3 m×3 m，翌年用同齡苗補(bǔ)植，利用自然降水，保持試驗(yàn)地的自然狀態(tài)，目前(2012年)刺槐生長(zhǎng)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 刺槐林生長(zhǎng)指標(biāo)

2.2 研究方法

2012年5—11月間，在刺槐林地內(nèi)設(shè)置取樣點(diǎn)，每月中下旬在同一取樣點(diǎn)挖掘土壤剖面，剖面深度為80 cm，共設(shè)置5個(gè)層次：0—10，10—20，20—40，40—60和60—80 cm分層采集土樣，測(cè)定土壤的含水量、含鹽量以及各鹽基離子含量，通過(guò)對(duì)土壤含水量和化學(xué)性質(zhì)的分析測(cè)定，研究不同層次土壤的水鹽動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 刺槐林土壤水鹽年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化

3.1.1 試驗(yàn)地土壤含水量年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)地刺槐林土壤的含水量的年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化研究發(fā)現(xiàn)(圖2)：不同的土層之間的高峰期不同，0—20 cm的土壤含水量高峰期出現(xiàn)在降水量最大的7月，最高達(dá)28.8%，最低值出現(xiàn)在11月為11.9%；20—80 cm 的土壤含水量高峰期分別出現(xiàn)在5和10月，分別為26.0%和28.1%，最低值出現(xiàn)在11月為14.7%?？偟膩?lái)說(shuō)，20—80 cm的土壤含水量高且穩(wěn)定，0—20 cm土壤的含水量隨時(shí)間波動(dòng)大。這與試驗(yàn)地地區(qū)的氣候特征以及土壤的組成特性有關(guān)，表層土壤疏松，受降水影響比較大，水分補(bǔ)充快，散失也快，而底層土壤受氣溫和降雨影響較小，隨季節(jié)性變化不明顯。圖2中反映出表層土壤的含水量主要受降雨和蒸發(fā)量的控制，而深層土壤含水量則同時(shí)受到降雨量和地下水位的多層控制。

圖2 刺槐林各土層土壤含水量年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化

3.1.2 試驗(yàn)地區(qū)鹽分含量年動(dòng)態(tài)變化 土壤的含鹽量與土壤含水量變化密切相關(guān)[11]。0—20 cm土壤含鹽量在5和10月出現(xiàn)2個(gè)高峰期，分別為18.4%和12.8%，最低值出現(xiàn)在6月為5.4%；20—80 cm的土壤含鹽量最高值出現(xiàn)在8月為9.1%，最低值出現(xiàn)在5月為4.2%。春(3—5月)秋(9—11月)季節(jié)土壤鹽分含量隨土層深度的增加而降低，表層土壤積鹽嚴(yán)重，夏季(6—8月)土壤中的鹽分被雨水向下淋洗，土壤含鹽量隨土層深度的增加而增大(圖3)?？偟膩?lái)說(shuō)，土壤中各土層鹽分含量夏季低于春秋季節(jié)，表層土壤(0—20 cm)含鹽量季節(jié)變化比較明顯。

綜上研究可得，土壤中鹽分含量隨土壤水分含量呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，有“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去”的特點(diǎn)[12]。土壤含鹽量隨含水量變化主要分為以下4個(gè)階段：第1階段(3—6月)，該時(shí)期內(nèi)土壤嚴(yán)重缺水，氣溫開始回升，在太陽(yáng)輻射和風(fēng)力作用下，土壤中水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，導(dǎo)致鹽分殘留在土壤表層，該時(shí)期為土壤含鹽量最高峰時(shí)期[13]，鹽分隨土層深度的增加而減少；第2階段(6—9月)，該時(shí)期隨著降雨的增加，土壤含水量達(dá)到最高，而土壤含鹽量卻隨著雨水的淋洗降至最低，鹽分隨土層深度的增加而增大。到8月隨著降水的開始減少，氣溫達(dá)到全年中最高，地表水分蒸發(fā)快，地下水位高[14]，鹽分離子隨著水分子的蒸發(fā)從底層土壤被帶到上層土壤，使表層土壤的鹽分得到補(bǔ)充，含鹽量有小幅增加。第3階段(9—11月)，氣溫逐漸降低，仍有少量的降水，此時(shí)氣候干燥，水分蒸發(fā)使鹽分向上層聚積，鹽分隨土層深度的增加而減少。第4階段(11—2月)，此時(shí)降水量基本為零，氣溫急劇下降，土壤凍結(jié)，內(nèi)部各項(xiàng)活動(dòng)減弱，土壤含水量含鹽量基本不變[7]，因此本文不做贅述。總的來(lái)看，表層土壤受氣溫和降水影響比較顯著，水分和鹽分含量隨季節(jié)波動(dòng)明顯；而深層土壤水分與鹽分含量隨季節(jié)變化不明顯，這可能與底層土壤受地下水位影響以及根系活動(dòng)的影響有關(guān)。

圖3 刺槐林各土層土壤含鹽量年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化

3.2 刺槐林土壤中各鹽分離子以及pH值年分布規(guī)律

3.2.1 試驗(yàn)地區(qū)各鹽分離子以及pH值年動(dòng)態(tài)變化 Na作為鹽堿地中主要的鹽分離子，K，Ca，Mg作為土壤中的大量營(yíng)養(yǎng)元素，其含量變化直接影響植物的生長(zhǎng)情況[15]。對(duì)土壤中主要鹽分陽(yáng)離子分布特征分析：土壤中Na+，Ca2+和Mg2+含量在各層土壤中變化趨勢(shì)相似，在0—10 cm土層中季節(jié)變化比較明顯，春季(3—5月)各離子含量明顯高于其他季節(jié)，Na+在5月達(dá)到年最高值4.27 g/kg，Ca2+和Mg2+在4月達(dá)到年最高值2.69和1.04 g/kg；在10—80 cm土層中各離子含量隨季節(jié)變化不明顯，分別在8和10月有小幅度上升趨勢(shì)。K+作為土壤中含量最少的組分在不同季節(jié)中各土層含量變化比較明顯，變化趨勢(shì)基本一致，峰值分別出現(xiàn)在5和9月，為0.04和0.03 g/kg，同期表層土壤(0—10 cm)含量高于底層土壤(10—80 cm)(圖4)?？偟膩?lái)看，K+，Na+，Ca2+和Mg2+含量變化與鹽分含量變化趨勢(shì)一致，春季(3—5月)氣溫回升，土壤水分蒸發(fā)嚴(yán)重，各離子在地表強(qiáng)烈積累；夏季(6—8月)隨著降雨量的增多，離子被淋洗，土壤中各離子含量降低，到8月隨著土壤中水分的增加，一些礦物質(zhì)得到釋放的，使土壤中各離子含量有所增加；秋季(9—11月)隨著降雨的減少，氣候干燥，地下水位抬高[14]，土壤中鹽分隨著土壤水分蒸發(fā)量逐漸升高。

圖4 0-10 cm刺槐林土壤陽(yáng)離子含量年內(nèi)動(dòng)態(tài)變化

試驗(yàn)地土壤的pH值偏高，集中在7.5～8之間，屬于堿性土壤，pH值隨季節(jié)變化不明顯，同期各土層之間差異不顯著，最高值出現(xiàn)在6月，土壤pH值為8.39，最低值出現(xiàn)在5月，pH值為7.37(圖5)。

對(duì)比不同季節(jié)各離子在垂直剖面的變異系數(shù)，3—5月各離子的變異系數(shù)明顯高于其他月份，說(shuō)明春季各離子在土層中連續(xù)性差，表層土壤鹽分積聚嚴(yán)重，造成離子在土壤各土層中分布不均，這與本文各離子分布分析研究結(jié)果一致。6—9月隨著降雨增多，淋溶作用增強(qiáng)，各離子的遷移運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈，使得各離子在各土層之間的分布變的均勻。在10—11月份經(jīng)過(guò)鹽分的蒸發(fā)后，地下水對(duì)深層土壤的鹽分有了一定的補(bǔ)給，使得各離子在不同土層中分布相對(duì)均勻。綜上所述，我們可以針對(duì)不同季節(jié)的各離子在土壤剖面中的分布變化特征有針對(duì)性的對(duì)鹽漬土進(jìn)行改良。

圖5 0-10 cm刺槐林土壤陰離子含量和pH值年內(nèi)變化表2 土壤鹽分離子的變異系數(shù)

離子變異系數(shù)/%3月4月5月6月7月8月9月10月11月K+162.98136.93111.4988.1339.1225.9130.1167.7542.70Na+34.0474.8776.3314.2121.5218.8618.0113.3124.80Ca2+69.7465.81104.982.8711.4114.2213.1826.5915.68Mg2+79.6693.30116.1320.7044.7626.3427.1471.7547.24Cl-29.9954.3388.477.6620.4619.2513.5825.8537.92SO2-415.9519.5969.8131.4316.4127.1010.8944.5119.12HCO-310.761.8813.5213.4812.3811.5211.9738.2910.41

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)地區(qū)春夏秋3季土壤含水量和含鹽量變化規(guī)律分析，得出試驗(yàn)地各土層年含水量變化范圍在11.9%～28.8%；含鹽量變化范圍在4.2%～18.4%，含水量和含鹽量隨降雨量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，表層土壤(0—20 cm)水鹽含量受降水影響變化最為明顯；不同土層中土壤的含鹽量隨土壤含水量變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性：春(3—5月)秋(9—11月)季，氣候干燥少雨，土壤含水量低，在土壤的蒸發(fā)作用下表層土壤反鹽嚴(yán)重，土壤鹽分含量隨土層深度的增加逐漸減小，夏季(6—8月)隨著雨水的增多使鹽分向下淋洗，地下水位抬高，土壤中含水量增大含鹽量減小，土壤鹽分含量隨土層深度的增加而增大。降水直接影響表層土壤中的水分含量和各層次中鹽分離子分布，大大降低了土壤鹽分含量，促進(jìn)刺槐林的生長(zhǎng)。

本文對(duì)研究區(qū)域內(nèi)各土層空間、季節(jié)的土壤水鹽變化規(guī)律進(jìn)行的研究與前人研究結(jié)果基本保持一致，并初次對(duì)濱海鹽堿地不同鹽基離子的具體季節(jié)的分布和變化規(guī)律做了探究，可作為該地區(qū)植樹造林，改良濱海地區(qū)鹽漬土的初步依據(jù)。但是在天津?yàn)I海地區(qū)造林除要充分考慮季節(jié)因素，選擇根系范圍深的林木外，植樹造林時(shí)最好還要考慮到地下水位的影響，根據(jù)不同季節(jié)鹽分特征進(jìn)行綜合治理，在旱季土壤返鹽作用強(qiáng)烈的時(shí)節(jié)，做好排鹽措施，在汛期要做好排水防澇措施。

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Soil Water and Salt Dynamic Variation inRobiniaPseudoacaciaPlanting Area of Coastal Saline-Alkali Area in Tianjin City

FU Ying， LI Suyan， SUN Xiangyang， WANG Linlin， ZHANG Wei， ZHANG Tao， ZHANG Junda

(AcademyofForestry，BeijingForestryUniversity，Beijing100083，China)

water and salt movement； water content； salt content

2014-06-23

2014-08-04

國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建”(2014 FY120700)； 林業(yè)科技支撐項(xiàng)目(2009 BADB2 B0504)

付穎(1990—)，女(漢族)，山東省濰坊市人，碩士研究生，研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)。 E-mail:momoyingying5@163.com。

李素艷(1968—)，女(漢族)，內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市人，博士，副教授，主要從事土壤與植物營(yíng)養(yǎng)。 E-mail:lisuyan@bjfu.edu.cn。

A

1000-288X(2015)05-0028-06

S156.41