馬國飛，滿蘇爾·沙比提，張雪琪

（新疆師范大學 地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054）

土壤鹽漬化是土壤研究領域的世界性問題。全世界約有1.0×109hm2的土壤發(fā)生鹽漬化，嚴重制約著區(qū)域農業(yè)生產，是干旱、半干旱地區(qū)最突出的生態(tài)環(huán)境問題之一。我國約有0.36×108hm2的各種鹽漬土壤，而且還有逐年上升的趨勢［1］。鹽漬化是我國西北干旱、半干旱地區(qū)土壤的一個普遍特征，研究土壤中化學物質的含量與空間分布是了解多孔介質中水鹽運移規(guī)律并進而因地制宜提出鹽漬土改良措施的關鍵［2］。隨著人類對土壤資源尤其是干旱地區(qū)土壤的深度開發(fā)，土壤次生鹽漬化現象越來越嚴重。在干旱地區(qū)，水源是人類聚居地的首慮要素。河流流域理所當然成為土壤次生鹽漬化的重災區(qū)，而河流上游流域的土壤鹽分含量多少則是影響下游流域土壤次生鹽漬化空間變異的重要一環(huán)。

近年來，國內外學者對不同尺度土壤鹽分空間變異的研究逐漸增多［3-8］。新疆位處我國西北內陸腹地，是我國綠洲農田土壤次生鹽漬化最嚴重的區(qū)域之一。不少學者對新疆地區(qū)鹽漬化土壤鹽分特征、鹽分運移規(guī)律及鹽漬土改良治理等方面的研究在不斷深入，但多集中于河流下游流域和河流入湖流域的綠洲區(qū)［9-14］，而作為影響下游流域次生鹽漬化空間變異的重要一環(huán)，河流上游河谷土壤鹽分特征的研究卻并不多見。在新疆，受全球氣候大環(huán)境的影響而水資源更加短缺，人類對水源的開發(fā)進一步加劇，河流上游流域的人類活動進一步頻繁，直接對該區(qū)域的土壤、水文、生態(tài)等多方面產生重大影響。文章以托木爾峰國家級自然保護區(qū)南坡喀拉玉爾滾河上游河谷為研究區(qū)域，應用經典統(tǒng)計分析方法對該區(qū)域土壤的鹽分特征進行研究，分析了研究區(qū)各鹽基離子之間及其與土壤全鹽含量之間的關系和該區(qū)土壤鹽漬化的類型、程度及反映土壤鹽漬化狀況的主要特征因子。以期為研究區(qū)土壤鹽漬化防治與土壤資源的可持續(xù)利用以及下游流域的土壤次生鹽漬化治理提供重要的理論依據，并為類似區(qū)域土壤鹽漬化問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

喀拉玉爾滾河上游河谷位于托木爾峰國家級自然保護區(qū)內，喀拉玉爾滾河源于托木爾峰東側的瓊庫孜巴依峰南麓，最高海拔5 300 m左右，山頂終年積雪。由大小庫孜巴依河及庫爾歸魯克河等三條支流在柯爾克孜民族聚居的博孜墩柯爾克孜民族鄉(xiāng)匯流而成。山區(qū)積水面積740 km2，主要補給形式為高山冰雪融水、山區(qū)降水及泉水。河道全長95.5 km，沿山口以上50.5 km范圍，四周高山環(huán)繞，山高谷深，河谷大部分為V型-U型，谷底縱坡陡，落差大。每年7-8月為豐水期，平均流量16.4 m3/s，枯水期在每年冬季至翌年初春，平均流量為2.3 m3/s，山口處多年平均徑流量2.4億m3左右［15］。研究區(qū)土壤類型以荒漠棕漠土（海拔［下同］1 900 m以下）、山地棕鈣土（1 900-2 200 m）和山地栗鈣土（2 200-2 600m）為主［16］，局部出現紅棕色泥壤、黃土及黃土狀物質。研究區(qū)植被類型主要有旱生叢生禾草類植物戈壁針茅（Stipa gobica）、沙生針茅（Stipa glareosa）、短花針茅（Stipa breviflora）、高加索針茅（Stipa caucasica）、克氏針茅（Stipa sareptana）、羊茅（Festuca ovina），旱生小半灌木及灌木類植物琵琶柴（Reaumuria soongorica）、假木賊（Anabasis truncata）、膜果麻黃（Ephedra przewalskii）、霸王（Sarcozygium xanthoxylon）、合頭草（Sympegma regelii）、駝絨藜（Ceratoides latens）、蒿屬（Artemisia spp）、錦雞兒（Caragana spp）及伴生的中生和中旱生的禾草、豆科牧草和雜類草植物等。

1.2 樣品采集

野外采樣工作于2015年7月開展，選取位處托木爾峰自然保護區(qū)南坡的喀拉玉爾滾河上游河谷進行調查采樣，土壤采樣沿河谷進行，根據坡度、坡向、植被生長狀況，選擇具有代表性的樣點，采用土鉆法進行土壤表層（0-10cm）取樣，每一樣點重復取樣三次，將所采土樣混合均勻后用四分法取土0.5kg裝袋貼標，樣點總數30個，用GPS測定采樣點的經緯度坐標及高程并做好記錄。

1.3 樣品處理與分析

土樣帶回實驗室，經自然風干后除去礫石和枯落物，磨碎，過60目篩后貼標備用。測定指標為土壤pH值、全鹽及8大離子（Cl-、、、、Ca2+、Mg2+、K++Na+）。測定方法如下：（1）取50g風干土與250ml蒸餾水混合，經過浸泡和振動使土壤鹽分充分溶解后用漏斗過濾，取清亮浸出液；（2）土壤pH值使用PHS-4型智能酸度計測定土壤浸提液（土水比為1：5）；（3）進行土壤全鹽及8大離子（Cl-、、、、Ca2+、Mg2+、K++Na+）的測定。其中，全鹽采用質量法測定，和采用雙指示劑法、鹽酸滴定法測定，Cl-采用AgNO3滴定法測定采用容量法測定，Ca2+、Mg2+采用EDTA絡合滴定法測定，K++Na+采用差減法測定。

1.4 數據處理

數據處理采用了統(tǒng)計學軟件SPSS21.0進行土壤鹽分描述性統(tǒng)計、主成分分析，利用Excel進行繪圖，土壤鹽漬化類型和土壤鹽化程度測定采用了《新疆土壤鹽漬化類型和土壤鹽化程度分級標準》［17］。

2 結果與分析

2.1 研究區(qū)土壤鹽分統(tǒng)計分析

土壤作為時間和空間上的連續(xù)體，其自然屬性的變異是許多因素相互作用的結果，具有尺度上的相關性。在描述性統(tǒng)計特征值中，變異系數是反映隨機變量離散程度的重要指標，在一定程度上揭示了變量的空間分布特征。一般認為CV≤10%為弱變異性；10%＜CV＜100%為中等變異性；CV≥100%為強變異性［18］。由表1可知，研究區(qū)表層土壤中陰離子含量：Cl-＞＞＞，Cl-是陰離子的主要成分；陽離子含量：K++Na+＞Ca2+＞ Mg2+，K++Na+是陽離子的主要成分；Cl-、、Mg2+及K++Na+的變異系數CV＞100%，屬于強變異性；其中Cl-、Mg2+的變異系數CV甚至超過200%，說明研究區(qū)土壤鹽分離子的空間差異性巨大。全鹽、及Ca2+含量的變異系數CV＜100%，屬于中等變異性；pH值的變異系數CV極小，僅為2.18%，說明研究區(qū)土壤酸堿度空間變化極小，基本穩(wěn)定；因在實驗中未檢出，其變異系數CV為0，無變異。

表1 土壤鹽分含量描述性統(tǒng)計/（g/kg）

2.2 研究區(qū)土壤鹽漬化類型及程度分析

土壤中的鹽分一般為多種可溶性鹽的組合，不同土壤含不同的主成分鹽類。所含主要組成鹽類不同，會導致土壤理化性質及對其上覆植被的危害方面產生差異。由圖1可知，所測定的大部分樣點的鹽漬化系數＜1.00，且明顯分為兩個階段，從土壤鹽漬化類型判斷：1、8、18、20、27、29號樣本的 Cl-/2比值＜0.20，屬于硫酸鹽型；2、4、5、6、7、9號樣本的 Cl-/2比值＞1.00，顯著傾向于氯化物型鹽漬化；其它的樣本Cl-/2比值＜1.00，屬于氯化物-硫酸鹽型。研究區(qū)土壤鹽漬化類型自南往北整體上是從氯化物型鹽漬化向硫酸鹽型逐漸過渡的。由圖2及《新疆土壤鹽漬化類型和土壤鹽化程度分級標準》判斷土壤鹽化程度：2、4、5號樣本屬于輕度鹽化土壤，而其它90%的樣本均低于0.3%，屬于極輕度鹽化或無鹽化。從樣點分布的整體上看，喀拉玉爾滾河上游河谷表層土壤以硫酸鹽型或偏硫酸鹽型的鹽漬化類型為主，占比達80%；研究區(qū)表層土壤含鹽量不高，土壤鹽化程度較輕。

圖1 研究區(qū)土壤Cl-/2值

圖2 研究區(qū)土壤含鹽百分比值

2.3 研究區(qū)表層土壤鹽分離子空間變化特征

整個研究區(qū)表層土壤（0-10cm）pH值與海拔高度之間存在顯著的負相關性（圖3），二者呈現很好的線性相關關系（R2=0.7203，n=30），即隨海拔高度的增加，土壤表層土壤pH值呈不斷降低趨勢。通過實測研究區(qū)不同海拔表層土壤鹽分離子含量（圖4），分析表明，研究區(qū)較低海拔的表層土壤中，全鹽、K++Na+和Cl-含量變化異常，遠超過其它鹽分離子，且3個測定指標含量變化趨勢近似一致，說明所測土樣全鹽的含量主要受K++Na+和Cl-含量變化的影響。隨著海拔高度的增加，土壤中各鹽分離子含量變化微小，趨于穩(wěn)定，這與研究區(qū)表層土壤成土母質發(fā)育程度、植被覆蓋度、氣候條件及人類干擾度等因素的影響密不可分。研究區(qū)表層土壤鹽分含量整體空間差異明顯，較低海拔含量高，較高海拔則含量低。

2.4 研究區(qū)土壤鹽分離子間主成分分析

研究區(qū)土壤總鹽分及各鹽分離子含量多表現出空間上的強變異性，難以精確定量描述土壤鹽分及各離子含量的空間分布特征，因此本研究選取土壤pH值、全鹽、、Cl-、、Ca2+、Mg2+、K++Na+等測定指標進行主成分分析，通過降維過程，進行多目標的轉化代替，從而獲取具有代表性和綜合反映土壤鹽漬化的特征因子，用于合理評價研究區(qū)土壤鹽漬化狀況。

圖3 土壤pH值與海拔相關關系

圖4 不同海拔表層土壤pH值、全鹽與離子含量變化曲線

表2 土壤鹽漬化主成分的特征值與方差貢獻率

對選取的各測定指標進行主成分分析，獲得各主成分特征值及貢獻率（表2）。分析結果表明，按照特征值＞1確定的主成分為第一、二。其方差貢獻率分別為75.98%、15.72%，其累計貢獻率達到91.70%，表明原來8個指標所反映的大部分信息可由前2個主成分表征。其中，第一主成分貢獻率最高，包含的信息最多，其對土壤鹽漬化影響最大。從主成分載荷來看，各指標系數的大小反映該指標對各主成分的貢獻程度。由表3可以看出，全鹽、、及K++Na+在第一主成分上的載荷值較大，且均為正向負荷，載荷值分別為0.930、0.972、0.939和0.971，說明全鹽、、及K++Na+與第一主成分之間相關性高，即這4個指標與土壤鹽漬化關系密切，在實際意義上代表了土壤鹽漬化狀況。pH值在第二主成分的載荷較大且呈負相關，高達-0.961，說明該主成分在第一主成分的基礎上進一步反映出該區(qū)土壤鹽漬化在一定程度上也受到pH值的影響。

表3 旋轉后主成分因子矩陣

3 討論與結論

3.1 討論

鹽分運移或積鹽是各種環(huán)境因子（氣候、溫度、地形、成土母質等）影響行為的綜合反應［19］?？駹枬L河上游河谷土壤呈堿性甚至出現鹽漬化現象與上述條件有密切關系。隨著海拔高度的不斷增加，土壤pH值會由低向高的趨勢轉變。這是由于海拔升高，溫度下降，有機礦化速度較慢，pH值有所提高。受研究區(qū)地形影響，隨著海拔高度的增加，容易導致地形雨形成，降水增加使土壤表層的易溶鹽分得到淋溶，土壤表層pH值亦隨之降低但并不明顯。也可能是由于大量的植被凋落物覆蓋在土壤表層引起鹽基離子的下移，且表層土壤枯落物層有機質的分解過程中產生的中間產物單寧有機酸多，導致土壤pH值均有所下降［20］?？駹枬L河上游河谷土壤出現鹽漬化現象值得引起重視和深入研究。通過研究分析其主要成因得出以下幾點：（1）研究區(qū)所在的托木爾峰自然保護區(qū)高山多為古生代變質巖系，大理巖、石灰?guī)r及其它含鈣質巖石的廣泛存在，為土壤和水富含碳酸鈣提供了重要的來源［16］。（2）研究區(qū)位處托木爾峰自然保護區(qū)的南坡，多陽坡坡向，日照時間長，蒸發(fā)量大；喀拉玉爾滾河上游河谷落差較大，水流湍急，河水將大量易溶鹽鹽分攜帶至下游，沿河谷兩岸河灘階地土壤累積鹽分含量大，這與土壤一般呈堿性也是相關的。（3）加之氣候干旱，受我國最大的沙漠——塔克拉瑪干沙漠影響顯著，夏季氣溫高，蒸發(fā)強烈，較高礦化度的河水及地下水隨著水分蒸發(fā)沿土壤毛細管上升到地表，鹽分也隨著水分蒸發(fā)而上升到地表，水分到達地表后迅速蒸發(fā)散失，鹽分卻在地表聚積。（4）研究區(qū)相對低海拔河谷地區(qū)為荒漠棕漠土質地背景下的荒漠帶，植被覆蓋率極低，降水截留率很低，土壤含水率低，很少受到淋溶，造成土壤表層的鹽分含量居高不下。而較高海拔的上游河谷表層土壤因植被覆蓋率的增加，一方面降水截留率得到增加，土壤含水率提高；另一方面減弱了地表土壤水分蒸發(fā)，鹽分不易上升而造成聚積。（5）土壤質地不同，則土壤的孔隙狀況不同，因而也直接影響鹽分的積累過程。粘質土壤，顆粒細，毛管水上升高度大，臨界深度較小，土壤易于鹽化；砂質土壤，顆粒粗，地下水在毛管力作用下上升速度快，上升高度低，臨界深度較大，不易鹽化。而研究區(qū)較低海拔的表層土壤為荒漠棕漠土，相比于較高海拔地帶，其土壤層粘粒含量高，顆粒細，受蒸發(fā)作用強烈，地下水毛細上升高度大，將鹽分攜帶至地表，易產生積鹽現象。（6）人為因素的干擾度不同，從研究區(qū)較低海拔的高強度干擾向上游逐漸減弱，尤其是2013年托木爾峰國家級自然保護區(qū)作為新疆天山的一部分被列入世界自然遺產后，研究區(qū)的自然性得到有效保護，大大減弱了人類活動對研究區(qū)的干擾度，這在一定程度上有益于研究區(qū)生態(tài)恢復與自然保護，從而達到降減研究區(qū)土壤鹽分的效果，為研究區(qū)土壤鹽漬化防治與土壤資源的可持續(xù)利用以及下游流域的土壤次生鹽漬化治理提供重要的保障。

3.2 結論

（1）研究區(qū)土壤中陰離子含量：Cl-＞＞＞，Cl-是陰離子的主要成分；陽離子含量：K++Na+＞Ca2+＞ Mg2+，K++Na+是陽離子的主要成分；全鹽、Cl-、、Mg2+及K++Na+的變異系數CV＞100%，屬于強變異性；pH值、及Ca2+含量的變異系數CV＜100%，屬于中等變異性。

（2）從土壤鹽漬化類型判斷：1、8、9、18、20、27、29號樣地的 Cl-/2比值小于0.20，屬于硫酸鹽型；2、4、5、6、7號樣地的 Cl-/2比值大于1.00，顯著傾向于氯化物型鹽漬化；其它的樣地Cl-/2比值小于1.00，屬于氯化物-硫酸鹽型。研究區(qū)土壤鹽化程度：僅5號樣地的全鹽量超過2%，屬于重度鹽化土壤，2、3、4、6號樣地屬于輕度鹽化土壤，而其它5/6的樣地均低于0.3%，屬于極輕度鹽化或無鹽化。

（3）研究區(qū)表層土壤鹽分離子空間變化特征分析表明，土壤呈微堿性，整體上空間差異不大；研究區(qū)較低海拔的土壤樣本中，全鹽、K++Na+和Cl-含量變化異常，遠超過其它鹽分離子，且3個測定指標含量變化趨勢近似一致，隨著海拔高度的增加，土壤中各鹽分離子含量微小，趨于穩(wěn)定。

（4）主成分分析結果表明，第一、二主成分的方差貢獻率分別為75.98%、15.72%，其累計貢獻率達到91.70%，表明原8個指標所反映的大部分信息可由前2個主成分表征。從主成分載荷來看，全鹽、、及K++Na+在第一主成分上的載荷值較大，且均為正向負荷，載荷值分別為0.930、0.972、0.939和0.971，說明全鹽、、及K++Na+與第一主成分之間相關性高，pH值在第二主成分的載荷較大且呈負相關，高達-0.961。