張 飛， 李怡博， 王東芳， 王小平， 張海威， 陳麗華

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室， 新疆 烏魯木齊 830046; 2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室, 新疆 烏魯木齊 830046； 3.博州水利水電勘測設(shè)計院， 新疆 博樂 833400; 4.新疆艾比湖濕地國家級自然保護區(qū)管理局， 新疆 博樂 833400)

土壤鹽分是限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素,土壤鹽分含量過高既是引起土壤肥力降低的重要原因之一,又是土地退化的重要誘因,是一個關(guān)鍵性的生態(tài)問題[1-2]。土壤鹽漬化指在自然和人為作用下土壤表層鹽分含量不斷增加以至超過某一限度的地質(zhì)過程和現(xiàn)象,而在干旱與半干旱地區(qū)土壤鹽漬化更是一種常見的土地退化問題[3],土壤鹽漬化及土地退化問題現(xiàn)已成為干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的最大障礙[4],危害了綠洲生態(tài)的穩(wěn)定性與環(huán)境的安全性,并已發(fā)展成為國內(nèi)外土壤學(xué)研究的熱點[5-8]。全世界鹽漬化土壤面積約9.55×108hm2,其中中國鹽漬土壤面積約為3.6×107hm2[9],并隨著全球變暖的趨勢日益加劇,中低緯度區(qū)域的土壤鹽漬化問題亦日漸明顯[10]。我國鹽堿地面積大，分布范圍廣,區(qū)域性因素制約和影響著土壤鹽漬化的變化及程度,使其鹽分成分及鹽離子比例呈現(xiàn)地域性特點,對植物和農(nóng)作物的生長發(fā)育有著不同程度的影響[11]。因此，為了合理開發(fā)利用鹽堿地資源,常常需要快速獲得土壤含鹽量、電導(dǎo)率和pH值的準確信息,這是鹽漬土改良治理必不可少的基礎(chǔ)性資料。國內(nèi)一些學(xué)者基于反距離加權(quán)插值法(inverse distance weighted,IDW)的研究較多,如徐丹等[12]和劉廣明等[13]均利用IDW方法對土壤全氮、有機質(zhì)和鹽分進行空間插值,說明IDW方法具有一定的空間變異作用。因此筆者基于IDW的空間插值方法對土壤的理化性質(zhì)進行空間插值。

新疆是中國重要的耕地后備資源區(qū),但受地形、氣候、水分等自然條件以及人類不合理開發(fā)利用的影響,生態(tài)環(huán)境脆弱,土壤退化及鹽堿化程度較為嚴重,嚴重阻礙了農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施。作為鹽漬化大區(qū),新疆的鹽堿土面積達1.6×106hm2[14],現(xiàn)有耕地中已有約31.1%的面積受到鹽堿危害。精河綠洲位于博爾塔拉蒙古自治州以及塔城地區(qū)的烏蘇、托里縣、奎屯和克拉瑪依市境內(nèi),對北疆地區(qū)來說是極為重要的自然資源和經(jīng)濟資源區(qū),并發(fā)揮著不可替代的生態(tài)環(huán)境功能[15],因此對精河綠洲土壤鹽漬化的研究具有非常重要的意義。于2014年5月中旬在精河綠洲進行野外調(diào)查和采樣工作,在分析土壤電導(dǎo)率、含鹽量、pH值等土壤特征的基礎(chǔ)上,探討研究區(qū)鹽分特征量的空間變異以及分布格局,對于快速了解鹽漬化程度與分布,合理制定生態(tài)改良措施,實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等方面具有非常重要的作用。

1 研究區(qū)概況

精河綠洲位于新疆維吾爾自治區(qū)準噶爾盆地西南邊緣,天山支脈婆羅科努山北麓,東西介于82°40′ ～83°10′ E之間,該區(qū)大陸性氣候特征顯著,夏季高溫少雨,冬季寒冷干燥。此外,該地區(qū)也是天山北坡經(jīng)濟帶中受風(fēng)沙危害最嚴重的區(qū)域,浮塵天數(shù)由20世紀60年代的0.4 d·a-1增加為現(xiàn)在的44 d·a-1。干燥的氣候和強勁、活躍的風(fēng)力決定了精河強烈的蒸發(fā),多年平均蒸發(fā)量1 625 mm,為降水量的20倍[16]。此外,該區(qū)域是一個干旱區(qū)內(nèi)陸封閉綠洲子系統(tǒng),是一個集濕地、水文、強氣流和人類活動過程于一體的綜合復(fù)雜的區(qū)域[17],因此分析精河綠洲鹽漬地重要指標(biāo)對艾比湖流域的生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟的發(fā)展具有重要作用[18]。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)樣本采集與指標(biāo)測定

于2014年5月13日至23日進行11 d野外土壤采集活動,主要根據(jù)精河綠洲實際地表的植被類型、土壤質(zhì)地和微地形等因素,利用GPS盡可能選取具有空間分布代表性的樣點。由于艾比湖周圍鹽漬化空間變異較強,而綠洲內(nèi)部及其周圍鹽漬化空間變異較緩,因此采樣點主要集中于艾比湖周圍(圖1)。此次野外采集土壤表層剖面按2層取樣(0～10和>10～20 cm),依據(jù)每個土壤樣方30 m×30 m進行采樣,每個樣方按對角線采集5個樣品,共采集土壤樣品155個,混合均勻后作為該樣點的1個代表性樣品;在土樣自然風(fēng)干后篩去雜質(zhì)(如植物殘茬、石粒、磚塊等),將土壤樣品平鋪在木板上,先用木棒進行研磨、壓碎,再過2 mm孔徑篩;稱量20 g土壤樣品與100 mL去離子水配制成水土質(zhì)量比為5∶1 的土壤溶液,含鹽量、電導(dǎo)率采用Orion115+A儀器測定,pH值采用LP115 PH Meter 酸度計法測定。

圖1 研究區(qū)采樣點分布示意Fig.1 Distribution of sampling points in the study area

2.2 研究方法

2.2.1反距離加權(quán)插值法(IDW)

IDW是一種常用、簡便的空間插值方法,它以插值點與樣本點間的距離為權(quán)重進行加權(quán)平均,離插值點越近的樣本點賦予的權(quán)重越大[19],采用ArcGIS 10.0軟件進行空間插值。

(1)

式(1)中,Z0為點0的估計值;Zi為控制點i的值;di為控制點i與點0間的距離;n為在估計中用到的樣點數(shù);k為指定的冪。

2.2.2空間自相關(guān)方法

空間自相關(guān)分析源于生物計量學(xué),是檢驗樣本要素間是否存在顯著的空間依賴關(guān)系、描述地理現(xiàn)象在研究區(qū)內(nèi)空間分布規(guī)律的空間統(tǒng)計方法[20],它是開展線性回歸分析的前提和基礎(chǔ)。該方法通過空間自相關(guān)指數(shù)(Moran′sI)來實現(xiàn)的,采用此指數(shù)進行土壤鹽分的空間自相關(guān)分析,其表達式如下:

(2)

(3)

(4)

式(4)中，E(I)為理論上的數(shù)學(xué)期望值;var(i)為變異數(shù)。當(dāng)Z(I)=0時,即I等于其數(shù)學(xué)期望時,觀測值呈獨立的隨機分布,對應(yīng)在 Moran′sI散點圖上觀測值均勻分布在4個象限,在LISA集聚圖上表現(xiàn)為不顯著;當(dāng)Z(I)>0時,表明區(qū)域內(nèi)存在空間正相關(guān),對應(yīng)在Moran′sI散點圖上觀測值分布在1、3象限,在LISA集聚圖上呈空間相似性;當(dāng)Z(I)<0時,表明區(qū)域內(nèi)存在空間負相關(guān),對應(yīng)在Moran′s I 散點圖上觀測值分布在2、4象限,在LISA集聚圖上呈空間異質(zhì)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 精河綠洲土壤鹽漬化特征分析

土壤鹽漬化和由于農(nóng)業(yè)灌溉引起的土壤次生鹽漬化等問題是新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的最大障礙,也是影響新疆綠洲生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因素。對2014年5月精河綠洲土壤的電導(dǎo)率、含鹽量和pH值進行描述性統(tǒng)計分析,如表1所示。

表1土壤鹽分因子的數(shù)據(jù)分析

Table1Statisticalanalysisofsoilsaltaffectingfactors

統(tǒng)計值0～10cm>10～20cm電導(dǎo)率/(mS·cm-1)含鹽量/(g·kg-1)pH值電導(dǎo)率/(mS·cm-1)含鹽量/(g·kg-1)pH值最大值68004630910118491100924最小值01907390170770平均值13718348298103291820中值885500819481255812方差20862912101437339735009標(biāo)準差14449550371932271031變異系數(shù)10531146004238093004偏度系數(shù)182201042562147116峰度系數(shù)4285750213286273259

從表1可知,0～10 cm層電導(dǎo)率和含鹽量的最大值與最小值之間相差很大,最大值分別達到68 mS·cm-1和46.3 g·kg-1,而且根據(jù)實地考察發(fā)現(xiàn),土壤表層有不同厚度的鹽殼;>10～20 cm層電導(dǎo)率和含鹽量的最大值分別為118.49 mS·cm-1和11.00 g·kg-1,最小值分別為0.17 mS·cm-1和0 g·kg-1。0～10 cm層土壤pH值最大值為9.10,最小值為7.39;>10～20 cm層pH值最大值為9.24,最小值為7.70。

按照反映離散程度的變異系數(shù)大小可以將土壤變異性進行粗略分級:變異系數(shù)(CV)<10%為弱變異性;變異系數(shù)(CV)在10%～100%之間為中等變異性;變異系數(shù)(CV)>100%為強變異[21]。由表1可知，精河綠洲0～10 cm層土壤電導(dǎo)率和含鹽量變異系數(shù)均>100%,呈強變異強度,變異系數(shù)分別為1.053和1.146,主要原因在于表層干擾因素較多(大氣降水、灌溉、植被覆蓋、蒸散發(fā)、根系吸水及地表微地形的差異等);>10～20 cm層土壤電導(dǎo)率變異系數(shù)也>100%,呈強變異。而含鹽量呈中等變異。由于受隨機性因素影響小,0～10和>10～20 cm層土壤pH值的變異系數(shù)均<10%,屬于弱變異。

在所采集的31個表層土壤樣本中,27和19號樣點的電導(dǎo)率和含鹽量最高(圖2);27號樣點為艾比湖水位下降形成的干涸湖床,地表形成灰白色鹽殼,地下水水位較高,地下40 cm已出水;植被稀少,蓋度較差,表層土壤含鹽量較高,達46.30 g·kg-1,為所有樣點中土壤含鹽量最高值,在土壤類型上屬于鹽土。19號樣點為荒地,位于交通道路旁邊,土質(zhì)為沙壤土,植被主要以鹽節(jié)木、白刺為主,地表蓋度好;但受放牧的影響,表層土壤擾動較強,風(fēng)蝕量較大;由于樹木攔截了一部分沙粒并成為表層土壤的一部分,使地下水蒸發(fā)較易達到土壤表層,導(dǎo)致土壤含鹽量較高。6和16號樣點為耕地,6號樣點已進行了翻耕并已種植棉花,含鹽量為所有樣點中最低值;而18號樣點為新開墾土地,還未進行耕種,含鹽量也較低。

圖2 精河綠洲表層土壤含鹽量和電導(dǎo)率變化趨勢Fig.2 Variation trends of soil salt content and electrical conductivity in the topsoil layer in the Jinghe Oasis

3.2 精河綠洲土壤電導(dǎo)率、含鹽量和pH值空間變異

同一質(zhì)地的土壤從橫向和垂直方向并不完全均質(zhì),其他土壤參數(shù)在各點的值也不相同,這種土壤特征在空間分布上的非均一性稱為土壤特性的空間變異性[22-23]。已有研究表明,土壤特性分布存在空間異質(zhì)性[24-29]。

用GS+軟件的地統(tǒng)計分析模塊對電導(dǎo)率、含鹽量和pH值進行半方差函數(shù)分析,具體參數(shù)如表2所示,其中,塊金值代表隨機因素引起的變異,基臺值表示系統(tǒng)總的變異,結(jié)構(gòu)性因子表示系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性程度,變程指變異函數(shù)達到基臺值所對應(yīng)的距離,它體現(xiàn)了數(shù)據(jù)分布的結(jié)構(gòu)變化特征,反映的是屬性因子空間自相關(guān)范圍的大小。

表2鹽漬土鹽分因子的半方差函數(shù)類型和模型參數(shù)

Table2Typesandmodelparametersofsemi-varianceofsoilsaltaffectingfactors

主要參數(shù)深度/cm模型塊金值(C0)基臺值(C0+C)空間結(jié)構(gòu)比/%殘差變程/km電導(dǎo)率0～10S125021121941290810233>10～20E89824506344702650含鹽量0～10S716948692470740086>10～20S07274179032650086pH值0～10L0010139350010090>10～20S0010099230020090

L表示線性模型; E表示指數(shù)模型; S表示球狀模型。

0～10 cm層土壤電導(dǎo)率、含鹽量和pH值的塊金值和基臺值明顯大于>10～20 cm層,說明總空間變異程度較大,空間結(jié)構(gòu)比>90%,屬于強空間相關(guān)性,說明研究區(qū)土壤電導(dǎo)率、含鹽量和pH值空間變異是由結(jié)構(gòu)性變異與隨機因子共同作用引起的。0～10 cm層土壤電導(dǎo)率、含鹽量和pH值的變程均大于>10～20 cm層,說明0～10 cm層土壤電導(dǎo)率、含鹽量和pH值更容易受到人為活動的影響,>10～20 cm層更具有小尺度的空間自相關(guān)性。

不管在大尺度上還是小尺度上,鹽漬化主要參數(shù)均存在空間變異性[30-31],精河綠洲土壤鹽漬化主要參數(shù)的空間變異因素主要有:成土母質(zhì)、氣候和人類活動。精河綠洲由于近年來耕地面積不斷擴大,需水量持續(xù)增長,及不合理的用水造成水資源浪費和緊缺,使得艾比湖湖面近幾年持續(xù)干縮,引起艾比湖水鹽運動發(fā)生變化,土壤鹽分增加,使得土壤中電導(dǎo)率、含鹽量、pH值在不同地區(qū)空間變異情況存在較大差異,空間分布不均,出現(xiàn)局部偏高或偏低的狀況,不同等級區(qū)域相互嵌合在一起,空間變異結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。為了準確、直觀地描述精河綠洲0～10和>10～20 cm層土壤含鹽量、電導(dǎo)率和pH值的空間分布情況,利用ArcGIS 10.1軟件繪制空間插值圖(圖3)。

圖3 鹽漬土表層電導(dǎo)率、含鹽量和pH值的空間差值分布Fig.3 Spatial interpolation distribution of electrical conductivity, soil salt content and pH in the topsoil layer of the salinized soil

空間插值圖可以更直觀地展示鹽漬化要素的空間分布格局及變異程度?？臻g分布的復(fù)雜程度代表空間變異的強弱,分布越復(fù)雜,變異就越強烈,反之就越弱。

由圖3可知，(1)0～10 cm土壤剖面在艾比湖東南方向及西北部土壤電導(dǎo)率較高,鹽漬土分布范圍較廣,呈片狀分布;在艾比湖東南部植被稀疏,下滲率高,蒸發(fā)強烈,引起地下水位抬升,土壤電導(dǎo)率也較高,鹽漬化程度較高,因此分布在精河鹽場及艾比湖南側(cè)以及以耕地為主的大河沿子鎮(zhèn)、阿合其農(nóng)場和精河鎮(zhèn)等組成的綠洲內(nèi)部及研究區(qū)四周未利用的裸巖,植被覆蓋度較高,植被根系的穿透能力以及對土壤水分阻滯的作用使得土壤水分充沛,表層土壤含鹽量和電導(dǎo)率較低,鹽漬化程度不高。>10～20 cm土壤剖面電導(dǎo)率的高值區(qū)主要集中于鳥島及精河鹽場附近,低值區(qū)主要集中于研究區(qū)東南部,分布范圍廣;并且>10～20 cm土壤剖面層的最大值為118.24 mS·cm-1,是0～10 cm剖面層的近2倍。(2)2層土壤剖面的含鹽量高值主要集中于艾比湖東南部以及湖區(qū)干涸湖床,2層土壤剖面的含鹽量分布并無明顯的差異變化,呈高低值交錯分布的狀態(tài),表明在土壤剖面上含鹽量分布變化不大,較前2者結(jié)構(gòu)性特征不明顯。(3)土壤pH值高值區(qū)主要集中在西北部以及東南部的鳥島附近,這些區(qū)域大部分是未利用地,植被覆蓋度極低,并且位于阿拉山口的下風(fēng)向,常年大風(fēng)使得鹽塵移動和積累,造成這些區(qū)域土壤鹽漬化程度較高;研究區(qū)內(nèi)額爾齊斯河沿岸pH值相對于其他區(qū)域也較高,河流沿岸的地下水位的變化容易受河流流量的影響,穩(wěn)定性不高。2層土壤剖面pH值的低值區(qū)主要集中在綠洲內(nèi)部地區(qū)。

3.3 精河綠洲土壤電導(dǎo)率、含鹽量和pH值空間分布格局

為了進一步研究精河綠洲土壤鹽漬化空間上依賴程度和局部分布格局,將精河綠洲進行格網(wǎng)化(圖4),提高研究精度。用Moran′sI作為衡量土壤鹽分空間自相關(guān)性的指標(biāo)。具體利用Geoda平臺進行土壤含鹽量、電導(dǎo)率和pH值的全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)分析,得到LISA 集聚圖和Moran′sI散點圖(圖5～6)。

由圖5～6可知,綠洲土壤鹽分在總體上具有空間差異,呈現(xiàn)西北高東南低,西南、東北差異不顯著，局部區(qū)域出現(xiàn)異常值的特點。在綠洲西北部土壤鹽分具有較高的相似性,呈現(xiàn)高—高集聚,該區(qū)域被土壤鹽分含量比較高的其他區(qū)域所包圍;在綠洲東南部即土壤鹽分呈現(xiàn)低—低集聚,該區(qū)域被土壤鹽分含量較低的其他區(qū)域所包圍;綠洲西南、東北方向鹽分分布比較隨機。由此可知,綠洲西北部是土壤鹽分含量的高—高集聚區(qū),存在潛在的鹽漬化風(fēng)險,是鹽漬化治理的重點區(qū)域。

圖4 研究區(qū)格網(wǎng)化Fig.4 Grid map of the study area

由表3可見,0～10 cm處pH值的Moran′sI值最大,為0.535,Z值為 2.681；其次為含鹽量,Moran′sI值為0.268,Z值為 2.771；電導(dǎo)率的Moran′sI值最小,為0.268,Z值為 2.612。>10～20 cm處電導(dǎo)率的Moran′sI值最大,為0.684,Z值為 2.678；其次為含鹽量,Moran′sI值為0.527,Z值為 2.623；pH值的Moran′sI值最小,為0.328,Z值為2.480。在5%的顯著性水平下,Z值均大于0,以上2層均呈空間正相關(guān),高度顯著,表明含鹽量、電導(dǎo)率和pH值在空間上具有較強的依賴關(guān)系。除個別點以外的絕大多數(shù)樣點的散點都落在 1、3 象限,在空間上呈集聚態(tài)勢。由此可見,精河綠洲土壤0～10層和>10～20 cm層含鹽量、電導(dǎo)率和pH值在空間上并非隨機分布,具有規(guī)律性,呈現(xiàn)一定的空間集聚特征,且這種集聚特征是由樣點所處環(huán)境因子(地形、地下水、植被覆蓋等)的空間異質(zhì)性所決定。

4 討論

首先,以精河綠洲為研究靶區(qū),采用地統(tǒng)計學(xué)及空間自相關(guān)分析方法分析鹽漬土表層土壤(0～10和>10～20 cm)的含鹽量、電導(dǎo)率和pH值的空間變異及其分布格局。采用IDW方法對精河綠洲鹽漬土重要指標(biāo)進行插值,取得了較好的效果,IDW方法強制性地為所選結(jié)點加了一個空間條件。因為土壤鹽漬化插值數(shù)據(jù)在某些區(qū)域跨度較大,即某個極高的數(shù)值的近處可能會有一個極低的數(shù)值。該方法避免了某些高值點影響區(qū)域過大而帶來的插值結(jié)果嚴重失真的現(xiàn)象。

圖5 鹽漬土0～10和>10～20 cm層Moran′s I散點圖Fig.5 Moran′s I scattergraph of the 0-10 and >10-20 cm soil layers of the salinized soil

圖6 鹽漬土0～10和>10～20 cm層LISA集聚圖Fig.6 LISA cluster map in 0-10 and >10-20 cm of salinized soil

表3鹽漬土各層重要指標(biāo)Moran′sI統(tǒng)計

Table3Moran′sIstatisticsofthemajorsoilsalinityindicesofthesalinizedsoilrelativetosoillayer

深度/cmMoran′sIZ值顯著性P電導(dǎo)率pH值含鹽量電導(dǎo)率pH值含鹽量電導(dǎo)率pH值含鹽量0～10026805350306261226812771<005<005<005>10～20068403280527267824802623<005<005<005

因此,該方法在土壤鹽漬化空間分析領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用性,如吳亞坤等[32]基于反距離權(quán)重插值對南疆巴州典型綠洲土壤鹽分分布區(qū)的研究取得了較好的效果。

為了進一步精確研究精河綠洲土壤鹽漬化空間上依賴程度和局部分布格局,將精河綠洲進行格網(wǎng)化(圖 4)。這是基于諸多前人研究基礎(chǔ)上的改進,如袁玉蕓等[33]以樣點為中心建立 Thieseen Polygons,構(gòu)成面域數(shù)據(jù),作為基本空間單元,取土壤表層鹽分空間屬性值,用具有公共邊界的一階 ROOK權(quán)重矩陣進行土壤表層鹽分的全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)分析,因為土壤含鹽量、電導(dǎo)率和pH值的空間變異性研究與研究尺度密切相關(guān),取樣面積、采樣點間距較大,造成在大尺度上的空間變異性研究不夠精確,該研究中采用格網(wǎng)化的小尺度避免了這一缺點造成的誤差。

其次,根據(jù)變異系數(shù)可知精河綠洲表層土壤含鹽量和電導(dǎo)率呈強變異強度,主要受到自然與人為因素的影響,其中自然因素的影響包括大氣降水、植被覆蓋、蒸散發(fā)、根系吸水及地表微地形的差異等;人為因素包括農(nóng)田施肥、灌溉、耕作方式等影響。而表層與亞層土壤pH值的變異系數(shù)均小于10%,屬于弱空間變異;說明精河綠洲土壤pH值受到人類活動、地下水的利用和土地利用方式等隨機因素的影響較小。根據(jù)空間插值結(jié)果可知,土壤表層與亞層電導(dǎo)率和含鹽量高值區(qū)主要集中在艾比湖東南部和西北部,由于艾比湖東南部與西北部植被類型較少,受到阿拉山口常年風(fēng)蝕和各種自然與人文因素的影響,導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率與含鹽量聚集;而在研究區(qū)艾比湖西側(cè)以及以耕地為主的綠洲內(nèi)部及研究區(qū)四周未利用的裸巖、植被覆蓋度較高的地方鹽漬化程度較低,表層含鹽量較低,可能是由于植被覆蓋度較高,減少了土壤水分的蒸發(fā),降低了土壤鹽漬化的進程。從LISA集聚圖可知，研究區(qū)各層土壤含鹽量和電導(dǎo)率自西南向東部逐漸增加,土壤pH值并無明顯規(guī)律。研究區(qū)西南方向精河綠洲農(nóng)田向東部托托鄉(xiāng)方向含鹽量與電導(dǎo)率增加,主要是由于人類活動、灌溉和土地利用等因素的影響。

5 結(jié)論

依據(jù)典型景觀類型變化選取土壤樣本,選取表征精河綠洲土壤鹽漬化特征的含鹽量、電導(dǎo)率和pH值為指標(biāo)對其空間特征進行探討,主要結(jié)論如下:

(1)精河綠洲表層土壤含鹽量和電導(dǎo)率呈強變異強度,變異系數(shù)分別為1.053和1.146,>10～20 cm土壤電導(dǎo)率的變異系數(shù)也>100%,呈強變異。精河綠洲土壤pH值的變異系數(shù)<10%,屬于弱空間變異。

(2)從空間插值結(jié)果可知,0～10和>10～20 cm剖面層土壤電導(dǎo)率和含鹽量高值區(qū)主要集中在艾比湖東南部和西北部。土壤剖面pH值分布無明顯的變化規(guī)律,呈現(xiàn)高低值交錯分布的狀態(tài),表明pH值分布的隨機性較強。

(3)土壤含鹽量的空間Moran′sI指數(shù)在0～10 cm層為0.306,在>10～20 cm層為0.527,電導(dǎo)率的空間Moran′sI指數(shù)在0～10 cm層為0.268,在>10～20 cm層為0.684。土壤pH值的空間Moran′sI指數(shù)在0～10 cm層為0.535,在>10～20 cm層為0.328。

總之,該研究所采用的IDW以及空間自相關(guān)方法對于及時掌握鹽漬化程度與分布、合理制定土地利用政策與生態(tài)改良措施、實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要作用。

[1] ELIA S,TODD H S,DENNIS L C.Regional Scale Soil Salinity Evaluation Using Landsat 7,Western San Joaquin Valley,California,USA[J].Geoderma Regional,2014,2/3:82-90.

[2] IVITS E,CHERLET M,TTH T,etal.Characteristic on of Productivity Limitation of Salt-Affected Lands in Different Climatic Regions of Europe Using Remote Sensing Derived Productivity Indicators[J].Land Degradation & Development，2013,24(5):438-452.

[3] FARIFTEH J,FARSHAD A,GEORGE R J.Assessing Salt-Affected Soils Using Remote Sensing,Solute Modeling,and Geophysics[J].Geoderma,2006,130(3/4):191-206.

[4] 張芳,熊黑鋼,田源,等.區(qū)域尺度地形因素對奇臺綠洲土壤鹽漬化空間分布的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究,2014,24(7):731-739.[ZHANG Fang,XIONG Hei-gang,TIAN Yuan,etal.Impacts of Regional Topographic Factors on Spatial Distribution of Soil Salinization in Qitai Oasis[J].Research of Environmental Sciences,2014,24(7):731-739.]

[5] 姜洪濤,塔西甫拉提·特依拜,買買提·沙吾提,等.于田綠洲土壤鹽漬化動態(tài)變化研究[J].土壤通報,2014,45(1):123-129.[JIANG Hong-tong,TASHPOLAT·TIYIP,MAMAT·SAWTU,etal.Study on Spatial and Temporal Dynamics Change of Soil Salinization in Keriya Oasis[J].Chinese Journal of Soil Science,2014,45(1):123-129.]

[6] 樊自立,馬英杰,馬映軍.中國西部地區(qū)的鹽漬土及其改良利用[J].干旱區(qū)研究,2007,18(3):1-6.[FAN Zi-li,MA Ying-jie,MA Ying-jun.Salinized Soils and Their Improvement and Utilization in West China[J].Arid Zone Research,2007,18(3):1-6.]

[7] 王永東,李生宇,徐新文,等.塔里木沙漠公路防護林咸水灌溉土壤鹽漬化狀況研究[J].土壤學(xué)報,2012,49(5):886-891.[WANG Yong-dong,LI Sheng-yu,XU Xin-wei,etal.Soil Salinization of the Windbreak Forest Belts Irrigated With Saline Water Alongside the Tarim Desert Highway[J].Acta Pedologica Sinica,2012,49(5):886-891.]

[8] 賴寧,李新國,梁東.開都河流域下游綠洲鹽漬化土壤高光譜特征[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2015,29(2):151-156.[LAI Ning,LI Xin-guo,LIANG Dong.Spectral Characteristics of Salinized Soil in the Lower Reaches of Kaidu River Basin[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2015,29(2):151-156.]

[9] 劉廣明,吳亞坤,楊勁松,等.基于電磁感應(yīng)技術(shù)的區(qū)域三維土壤鹽分空間變異研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2013,44(7)78-82.[LIU Guang-ming,WU Ya-kun,YANG Jing-song,etal.Regional 3-D Soil Salt Spatial Variability Based on Electromagnetic Induction Technology[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2013,44(7)78-82.]

[10] 李建國,濮勵杰,朱明,等.土壤鹽漬化研究現(xiàn)狀及未來研究熱點[J].地理學(xué)報,2012,67(9):1233-1245.[LI Jian-guo,PU Li-jie,ZHU Ming,etal.The Present Situation and Hot Issues in the Salt-Affected Soil Research[J].Acta Geographica Sinica,2012,67(9):1233-1245.]

[11] 王雪梅,柴仲平,塔西甫拉提·特依拜,等.塔里木盆地北緣綠洲土壤鹽漬化特征分析:以渭干河-庫車河三角洲綠洲為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2009,23(9):134-138.[WANG Xue-mei,CHAI Zhong-ping P,TASHPOLAT·TIYIP,etal.Analysis on the Characteristics of Soil Salinization in the Northern Margin of Tarim Basin:A Case Study in the Delt a Oasis of Weigan and Kuqa Rivers[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2009,23(9):134-138.]

[12] 徐丹,劉昌華,蔡太義,等.農(nóng)田土壤有機質(zhì)和全氮三維空間分布特征研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2015,46(12):157-163.[XU Dan,LIU Chang-hua,CAI Tai-yi,etal.3D Spatial Distribution Characteristics of Soil Organic Matter and Total Nitrogen in Farmland[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery,2015,46(12):157-163.]

[13] 劉廣明,吳亞坤,楊勁松,等.基于電磁感應(yīng)技術(shù)的區(qū)域三維土壤鹽分空間變異研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2013,44(7):78-82,66.[LIU Guang-ming,WU Ya-kun,YANG Jin-song,etal.Regional 3-D Soil Salt Spatial Variability Based on Electromagnetic Induction Technology[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2013,44(7):78-82,66.]

[14] 李曉明,楊勁松,楊奇勇.基于電磁感應(yīng)的南疆典型田塊土壤鹽分空間異質(zhì)性研究[J].水土保持學(xué)報,2011,25(1):167-170.[LI Xiao-ming,YANG Jin-song,YANG Qi-yong.Spatial Heterogeneity of Soil Salinity in a Typical Field in South Xinjiang Based on Electromagnetic Induction[J].Journal of Soil and Water Conservation,2011,25(1):167-170.]

[15] 趙振亮,塔西甫拉提·特依拜,丁建麗,等.新疆典型綠洲土壤電導(dǎo)率和pH值的光譜響應(yīng)特征[J].中國沙漠,2013,33(5):1413-1419.[ZHAO Zhen-liang,TASHPOLAT·TIYIP,DING Jian-li,etal.Characteristics of Spectral Responding to Soil Electrical Conductivity and pH in the Typical Oasis of Xinjiang[J].Journal of Desert Research,2013,33(5):1413-1419.]

[16] 施云霞,王范霞,毋兆鵬.基于CLUE_S模型的精河流域綠洲土地利用空間格局多情景模擬[J].國土資源遙感,2016,28(2):154-160.[SHI Yun-xia,WANG Fan-xia,WU Zhao-peng.Multi-Simulation of Spatial Distribution of Land Use Based on CLUE_S in Jinhe Watershed[J].Remote Sensing for Land & Resources,2016,28(2):154-160.]

[17] 王宏,塔西甫拉提·特依拜,謝霞,等.新疆艾比湖地區(qū)不同土地利用類型的土壤鹽漬化敏感性評價[J].地理科學(xué)進展,2011,30(5):593-599.[WANG Hong,TASHPOLAT·TIYIP,XIE Xia,etal.Assessment of Soil Salinization Sensitivity for Different Types of Land Use in the Ebinur Lake Region in Xinjiang[J].Progress in Geography,2011,30(5):593-599.]

[18] ZHANG F,TIYIP T,VERNER C.JOHNSON V C,etal.Evaluation of Land Desertification From 1990 to 2010 and Its Causes in Ebinur Lake Region,Xinjiang China[J].Environmental Earth Sciences,2015,73(9):5731-5745.

[19] 范玉潔,余新曉,張紅霞,等.降雨資料Kriging與IDW插值對比分析:以漓江流域為例[J].水文,2014,34(6):61-66.[FAN Yu-jie,YU Xin-xiao,ZHANG Hong-xia,etal.Comparison Between Kirging Interpolation Method and Inverse Distance Weighting Tension for Precipitation Data Analysis:Taking Lijiang River Basin as a Study Case[J].Journal of China Hydrology,2014,34(6):61-66.]

[20] 周在明,張光輝,王金哲,等.環(huán)渤海微咸水區(qū)土壤鹽分及鹽漬化程度的空間格局[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2010,26(10):15-20,385.[ZHOU Zai-ming,ZHANG Guang-hui,WANG Jin-zhe,etal.Spatial Pattern of Soil Salinity and Soil Salinization in Area Around Bohai Sea[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2010,26(10):15-20,385.]

[21] 趙秀芳,楊勁松,姚榮江.基于典范對應(yīng)分析的蘇北灘涂土壤春季鹽漬化特征研究[J].土壤學(xué)報,2010,47(3):422-428.[ZHAO Xiu-fang,YANG Jin-song,YAO Rong-jiang.Characterization of Soil Salinization in Mudflay of North Jiangsu Province on Canonical Correspondence Analysis[J].Acta Pedologica Sinica,2010,47(3):422-428.]

[22] LARK R M,BELLAMY P H,RAWLINS B G.Spatiotemporal Variability of Some Metal Concentrations in the Soil of Eastern England,and Implications for Soil Monitoring[J].Geoderma,2006,133(3/4):363-379.

[23] MARTIN Y,DAVID G R,ROSALINE N.Multi-Scale Characterization of Soil Variability Within an Agricultural Landscape Mosaic System in Southern Cameroon[J].Geoderma,2006,125(1/2):117-143.

[24] JIN J Y,JIANG C.Spatial Variability of Soil Nutrients and Site-Specific Nutrient Management in the P.R.China[J].Computers and Electronics in Agriculture,2002,36(2/3):165-172.

[25] QIU Y,FU B J,WANG J,etal.Spatial Variability of Soil Moisture Content and Its Relation to Environmental Indicates in a Semi-Arid Gully Catchment of the Loess Plateau,China[J].Journal of Arid Environments,2001,49(4):723-750.

[26] QIU Y,FU B J,WANG J.Soil Moisture Variation in Relation to Topography and Land Use in a Hillslope Catchment of the Loess Plateau,China[J].Journal of Hydrology,2001,240(3/4):243-263.

[27] LI X M,YANG J S,LIU M X,etal.Spatial Heterogeneity of Soil Salinity in Typical Arid Area Based on Electromagnetic Induction[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2010,26(12):97-101.

[28] 顏安,蔣平安,盛建東,等.瑪納斯河流域表層土壤鹽分空間變異特征研究[J].土壤學(xué)報,2014,51(2):410-414.[YAN An,JIANG Ping-an,SHENG Jian-dong,etal.Spatial Variability of Surface Soil Salinity in Man as River Basin[J].Acta Pedologica Sinica,2014,51(2):410-414.]

[29] LI H Y,SHI Z,WEBSTER R,etal.Mapping the Three-Dimensional Variation of Soil Salinity in a Rice-Paddy Soil[J].Geoderma,2013,195/196:31-41.

[30] 鄭田,李建貴,李衛(wèi)紅,等.塔里木河下游綠洲荒漠過渡帶土壤異質(zhì)性及對植物群落的影響[J].中國沙漠,2010,30(1):128-

134.[ZHENG Tian,LI Jian-gui,LI Wei-hong,etal.Soil Heterogeneity and Its Effects on Plant Community in Oasis Desert Transition Zone in the Lower Reaches of Tarim River[J].Journal of Desert Research,2010,30(1):128-134.]

[31] 馬成霞,丁建麗,楊愛霞,等.綠洲區(qū)域土壤鹽漬化主要參數(shù)的空間異質(zhì)性分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2015,29(2):144-150.[MA Cheng-xia,DING Jian-li,YANG Ai-xia,etal.Spatial Variability of Key Parameters of Soil Salinization in Oasis Area[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2015,29(2):144-150.]

[32] 吳亞坤,劉廣明,楊勁松,等.基于反距離權(quán)重插值的土壤鹽分三維分布解析方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2013,29(3):100-106.[WU Ya-kun,LIU Guang-ming,YANG Jin-song,etal.Interpreting Method of Regional Soil Salinity 3D Distribution Based on Inverse Distance Weighting[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(3):100-106.]

[33] 袁玉蕓,瓦哈甫·哈力克,關(guān)靖云,等.基于 GWR 模型的于田綠洲土壤表層鹽分空間分異及其影響因子[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2016,27(10):3273-3282.[YUAN Yu-yun,WAHAP HALIK,GUAN Jing-yun,etal.[Spatial Differentiation and Impact Factors of Yutian Oasis′s Soil Surface Salt Based on GWR Model[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2016,27(10):3273-3282.]