濰北平原土壤鹽漬化特征及其影響因素

　　摘 要: 了解和掌握沿海地區(qū)土壤鹽分分布特征、鹽漬化程度及其主要影響因素，可為規(guī)劃區(qū)工程樁基防腐措施制定和區(qū)域生態(tài)環(huán)境改良提供科學(xué)依據(jù)。以濰北平原為研究區(qū)，通過野外調(diào)查采樣與室內(nèi)測試分析獲取土壤鹽分?jǐn)?shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和地理信息系統(tǒng)技術(shù)分析了土壤鹽分和鹽漬化指標(biāo)的平面分布特征，識(shí)別了土壤鹽漬化的主要影響因素，并提出了鹽漬化的防治建議。結(jié)果顯示，研究區(qū)土壤鹽漬化總體處于低-中等水平，約 20%的面積處于弱至中等鹽漬化等級(jí)，土壤鹽漬化程度呈現(xiàn)出由東北向西南逐漸降低趨勢。土壤鹽漬化類型主要為氯鹽漬化和亞氯鹽漬化，NaCl 是鹽分存在的主要形態(tài)。土壤鹽分含量受多種因素的影響，其中土壤固有鹽分的含量受沉積相( 土壤成因) 背景控制，地下水咸化是土壤鹽分積聚的最主要影響因素。

　　關(guān)鍵詞: 土壤鹽漬化; 土壤鹽分分布特征; 濰北平原

　　0 引 言

　　氣候變化和人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，使得土壤鹽漬化成為干旱、半干旱及沿海地區(qū)最主要的生態(tài)環(huán)境和土地退化問題之一。目前全球鹽堿土面積約為 9.5×108 hm2 ，其中我國鹽堿化土壤面積高達(dá) 3.4×107 hm2 ，約占耕地面積的 1 /3，鹽漬化災(zāi)害現(xiàn)狀非常嚴(yán)峻[1，2]。土壤鹽分積聚和淡水資源緊缺成為限制我國沿海地區(qū)開發(fā)的主要因素[3]，及時(shí)掌握土壤鹽分的分布特征及其影響因素是實(shí)現(xiàn)鹽漬化土地合理利用和科學(xué)開發(fā)的必要前提。

　　濰北平原年均降水較少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，加之不合理的地下水資源開發(fā)利用活動(dòng)，土壤鹽漬化問題日趨嚴(yán)重。目前，關(guān)于濰北平原土壤鹽漬化的研究已有大量成果，馬恭博等[4]指出該區(qū)土壤以輕度鹽漬化和中度鹽漬化為主，且不同深度土層鹽分呈現(xiàn)條帶狀和塊狀分布規(guī)律，自北向南土壤鹽分含量呈現(xiàn)降低的趨勢; 陳廣泉等[5]指出不同土層土壤鹽分含量具有明顯的空間變異性，其中 60 ～ 100 cm 等層段鹽分具有較強(qiáng)空間相關(guān)性; 李晶瑩等[6]發(fā)現(xiàn)受海水入侵因素影響，該區(qū)鹽漬化范圍向內(nèi)陸最遠(yuǎn)可至 20 km 處; 陳銘達(dá)等[7]發(fā)現(xiàn)土壤鹽分的組成受地下微咸水灌溉影響強(qiáng)烈; 劉文全等[8] 指出耕層( 表層) 土壤全鹽和有機(jī)質(zhì)含量的空間分布均呈現(xiàn)明顯的條帶狀格局，且離海岸線距離越遠(yuǎn)鹽分越低，認(rèn)為海水入侵、土地利用及人為的耕地措施是形成該格局的重要因素。可以看出，已有研究對土壤鹽漬化的分布特征進(jìn)行了充分梳理，但其評價(jià)方法和服務(wù)對象重點(diǎn)針對農(nóng)業(yè)種植和土壤改良，且未較全面分析土壤鹽漬化的影響因素。

　　本次通過野外采樣和室內(nèi)測試獲取土壤鹽分離子數(shù)據(jù)，分析不同鹽漬化指標(biāo)的分布特征和規(guī)律，應(yīng)用工程勘察規(guī)范和建筑規(guī)范評價(jià)土壤鹽漬化程度，并分析土壤鹽漬化與主要影響因素的相關(guān)關(guān)系，旨在有針對性的為沿海地區(qū)規(guī)劃、新城鎮(zhèn)建設(shè)和土壤環(huán)境改良提供基礎(chǔ)依據(jù)。

　　1 研究區(qū)概況

　　研究區(qū)位于萊州灣南岸濰坊北部平原( 圖 1) ，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型氣候區(qū)，地形南高北低，平均坡降 0.047%。多年平均降水量為 610 mm，多年平均蒸發(fā)量為 1 020 mm。區(qū)內(nèi)地貌層次清晰，由南部山前洪積、沖積平原向北過渡為沖積、海積平原，發(fā)育彌河、虞河、白浪河、濰河等多條河流。該區(qū)屬于華北平原東緣，大地構(gòu)造上屬于膠萊地塹北段[9]，第四系沉積物由南向北增厚，巖性分布具有一定規(guī)律，由山前至沖洪積扇前緣依次為含礫砂、砂、砂質(zhì)黏土和黏土，北部濱海沉積物巖性主要為粉細(xì)砂、黏質(zhì)砂土、砂質(zhì)黏土和黏土。區(qū)內(nèi)地下水開采強(qiáng)度較大，形成了多個(gè)地下水降落漏斗，引發(fā)了北部咸-鹵水南侵南部淡水含水層[10]。淺層土壤類型主要以潮土與鹽化潮土為主，沉積相主要為沖洪積相、湖積淺平洼地相、三角洲平原相和潮間帶相等[11]。

　　2 材料和方法

　　2.1 樣品采集與測試

　　2015 年 10 月于水鹽相對均衡期內(nèi)[12]，近似垂直于地下水流向布設(shè) 6 條剖面，對鹽分相對富集的 50 ～ 60 cm 土層進(jìn)行了 52 組土壤樣品的采集。采樣位置根據(jù)研究區(qū)土壤巖性、微地貌特征和土地利用類型等因素確定，定位坐標(biāo)采用差分 GPS 記錄 ( 圖 1) 。

　　樣品采集后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自然風(fēng)干、碾碎和過 20 目篩，制備形成 1 ∶ 5 的土、水浸出液進(jìn)行土壤鹽分測定。K+ 、Na + 用火焰光度計(jì)法測定，Ca2+ 、Mg2+ 用 EDTA 絡(luò)合滴定法測定，CO2- 3 、 HCO- 3 用雙指示劑中和法測定，SO2- 4 用 EDTA 間接絡(luò)合滴定法測定，Cl -用標(biāo)準(zhǔn) AgNO3 滴定法測定，全鹽量用電導(dǎo)法測定、pH 值采用 pHB-4 型便攜儀測定。樣品測試工作由天津地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心完成。

　　2.2 數(shù)據(jù)處理

　　本次對樣品鹽分?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析用 SPSS 軟件進(jìn)行，空間投影和克里格( Kriging) 法插值分析用 MAPGIS 軟件進(jìn)行。

　　2.3 評價(jià)方法

　　( 1) 平均含鹽量。平均含鹽量是指示土壤鹽漬化程度的直接指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于鹽漬化評價(jià)工作中。本次以巖土工程勘察規(guī)范( GB 50021- 2001) [13]和鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范( SY/T 0317-2012) [14]為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)土壤含鹽量將鹽漬土分為弱鹽漬土、中鹽漬土、強(qiáng)鹽漬土和超強(qiáng)鹽漬土四類( 表 1) 。同時(shí)，根據(jù)土壤化學(xué)成分含量將鹽漬土類型細(xì)分為氯鹽漬土、亞氯鹽漬土、亞硫酸鹽漬土、硫酸鹽漬土和堿性鹽漬土五種( 表 2) 。

　　2) 鈉交換比( ESP) 。鈉交換比，又稱堿化度，是通過計(jì)算土壤 Na + 交換 Ca2+ 和 Mg2+ 能力來指示土壤堿化程度的指標(biāo)。通常有兩種計(jì)算方法，一是常用的用交換性鈉離子占陽離子交換量的百分比法，其中交換性鈉需用乙酸銨-氫氧化銨-火焰光度法測得，陽離子交換量用氯化銨-乙酸銨交換法測得

　　鑒于前述“平均含鹽量評價(jià)法”中設(shè)定了堿性鹽堿土這一分類，故本次工作沒有單獨(dú)測試交換性鈉和陽離子交換量，而采用經(jīng)驗(yàn)公式法來計(jì)算相對 ESP( 1 ∶ 5 土、水重量比溶解) 來計(jì)算土壤相對堿化程度。

　　3 結(jié)果與分析

　　3.1 土壤鹽分離子含量及相關(guān)性分析

　　由表 3 可見，研究區(qū)土壤 pH 介于 6.79 ～ 10.12，平均值為 8.20，總體呈弱堿性，協(xié)方差為 0.38，含量分布具有中等變異強(qiáng)度。土壤含鹽量( 全鹽量) 介于 0.25～ 23.07 g /kg，平均值為2.09 g /kg，總體較低，協(xié)方差為 15.48，含量分布具有強(qiáng)變異性。陽離子以 Na + 為主，平均值為 0.588 g /kg，協(xié)方差為 1.61，含量分布具有強(qiáng)變異性。陰離子以 Cl -為主，平均值為 0.77 g /kg，協(xié)方差為 4.41，含量分布具有強(qiáng)變異性; 其次為 SO2- 4 ，平均值為0.32 g /kg，協(xié)方差為 0.26，含量分布具有強(qiáng)變異性。土壤 ESP 介于 2.11～ 25.68 mmol /L，平均值為 6.97 mmol /L，協(xié)方差為38.93，含量分布具有強(qiáng)變異性。

　　全鹽量和 ESP 含量分布的強(qiáng)變異性以及 Cl -、Na + 含量分布的中強(qiáng)變異性，揭示這兩項(xiàng)指標(biāo)在區(qū)域分布上存在明顯的濃度梯度，且 NaCl 是土壤中鹽分存在的主要形態(tài)。

　　為了更好的揭示鹽分在土壤中的存在形態(tài)，對各離子的相關(guān)性進(jìn)行分析。表 4 中結(jié)果表明，土壤全鹽量與 Na + 、Cl -、K+ 、 Mg2+ 、SO2- 4 等顯著正相關(guān)( P<0.01) ，這說明全鹽量會(huì)隨這些離子含量的增加明顯升高。Cl -與 K+ 、Na + 、Mg2+ 呈顯著正相關(guān)， SO2- 4 與 K+ 、Na + 、Mg2+ 、Ca2+ 等也明顯正相關(guān)( P<0.01) ，說明土壤中鹽分會(huì)以 NaCl、KCl、MgCl2、Na2 SO4、K2 SO4、MgSO4 等形態(tài)存在。這些鹽分組成及相對含量與當(dāng)?shù)睾Ｋ?、?水 極 為 相似[16]，說明該區(qū)土壤鹽漬化受海、咸水( 微咸水灌溉、鹵水曬鹽滲漏、海水混合養(yǎng)殖排放等) 影響明顯。

　　3.2 鹽漬化指示指標(biāo)的分布特征

　　前述分析中已表明全鹽量、SO2- 4 、Cl -、ESP 等對土壤鹽堿化具有很好指示作用。如圖 2 ～ 圖 4，全鹽量、Cl -、SO2- 4 三項(xiàng)指標(biāo)顯示土壤鹽分高值主要分布于北部海岸地區(qū)，由北向南鹽分含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢; ESP 呈現(xiàn)北部和西北部堿化程度偏高，向南和西南方向逐漸降低的分布規(guī)律( 圖 5) 。全鹽量四項(xiàng)指標(biāo)顯示其含量沿近北東向中軸線在侯鎮(zhèn)南部出現(xiàn)局部峰值的現(xiàn)象，可能與該處土壤巖性相對較粗且位于地下水降落漏斗區(qū)( 圖 1) ，局部地下水循環(huán)引起咸水優(yōu)勢侵入相關(guān)。此外，可以發(fā)現(xiàn)受河水對土壤鹽分的溶濾、淋濾作用影響，在彌河、白浪河等主河道附近各項(xiàng)指標(biāo)含量出現(xiàn)相對減弱的特征。

　　3.3 評價(jià)結(jié)果

　　從鹽漬化程度來看( 圖 6) ，52 組土壤樣品中有 7 組屬于中鹽漬土，4 組屬于弱鹽漬土，樣品點(diǎn)鹽漬化比例為 21.15%，區(qū)域上較大面積土壤處于未鹽漬化狀態(tài)。從鹽化類型來看，屬于氯鹽漬土的有 5 組，屬于亞氯鹽漬土的有 5 組，屬于亞硫酸鹽漬土的有 1 組，其中氯鹽和亞氯鹽類型占到鹽化類型的 90.91%。

　　4 主要影響因素

　　除受土壤沉積相( 土壤成因) 背景影響外，土壤鹽分變化規(guī)律還受氣候( 降水與蒸發(fā)) 、地形、土壤巖性、地下水埋深及地下水鹽度、灌溉條件等因素的影響和制約。根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果，結(jié)合實(shí)際情況選擇地面高程、微地貌、潛水埋深、地下水鹽度、土壤全鹽量、灌溉情況、與排水情況、土壤巖性 8 個(gè)因子進(jìn)行相關(guān)性分析。其中，全鹽量、地面高程、潛水埋深、地下水鹽度為實(shí)測數(shù)據(jù)，灌溉情況、排水情況、微地貌根據(jù)地面調(diào)查結(jié)果進(jìn)行定量數(shù)值化[11]( 表 5) 。

　　5 結(jié) 論

　　研究區(qū)土壤鹽漬化程度總體處于低-中等水平，僅 21.15% 的樣品點(diǎn)出現(xiàn)鹽漬化現(xiàn)象，鹽漬化等級(jí)為弱至中等。中等鹽漬化土壤主要分布在研究區(qū)北部的下三角洲平原地段，弱鹽漬化土壤主要分布在上三角洲平原。土壤鹽分含量存在明顯的分布規(guī)律，整體呈現(xiàn)出由東北向西南含量逐漸降低的近條帶狀分布特征; 其中在地下水漏斗區(qū)和河流兩側(cè)分別呈現(xiàn)出鹽分含量偏高和偏低的特點(diǎn); 這與前人研究成果[5]較為一致。

　　6 防治鹽漬化建議

　　6.1 建設(shè)生態(tài)防護(hù)林

　　在靠近海岸線的大家洼鎮(zhèn)、央子鎮(zhèn)、下營鎮(zhèn)等下三角洲沉積地段，土壤顆粒相對較細(xì)，地下水位相對較淺，土壤含鹽量較高。建議種植耐鹽性速生喬木和灌木，組成喬、灌、草相結(jié)合的生態(tài)防護(hù)林帶，針對地下水咸化是土壤鹽分積聚的最重要影響因素，可利用防護(hù)林增加蒸騰減少地面蒸發(fā)，降低地下水位，減緩?fù)寥利}漬化程度。同時(shí)，防護(hù)林根系可疏松土壤提高通透性，增強(qiáng)雨水的垂向?yàn)V鹽作用。此外，應(yīng)考慮和濰坊市第二平原水庫、引黃濟(jì)青渠等水利工程相配套，從而達(dá)到排、灌結(jié)合的合理布局。

　　6.2 實(shí)施農(nóng)業(yè)生態(tài)工程

　　在河流入海區(qū)域?qū)嵤┺r(nóng)業(yè)生態(tài)工程，選育耐鹽小麥和棉花品種，作物的枯枝落葉和根系的生理活動(dòng)可改善土壤的理化性質(zhì)，提升土壤肥力，減輕土壤鹽漬化。同時(shí)，作物生長過程可吸收土壤中的鹽分，經(jīng)由人工收割和換季種植可大量減少土壤鹽分。

　　6.3 濕地修復(fù)

　　在沿海海洋生態(tài)保護(hù)區(qū)區(qū)域，通過大量種植耐鹽堿的植被，如堿蓬、鹽角草、檉柳、蘆葦、白刺等鹽生植物，大力開展生態(tài)濕地修復(fù)。已有研究成果顯示[17，18]，堿蓬、鹽角草等植被適應(yīng)高鹽土壤且對 Cl -、Na + 和 SO2- 4 具有顯著的攝取和富集能力，被廣泛用于鹽漬土改良。

　　按鹽漬化程度的不同，在該區(qū)配置合理的物種組成，構(gòu)建檉柳、堿蓬群叢、羊角菜群叢等景觀結(jié)構(gòu)單元，形成和不同鹽漬化程度相適宜的濕地景觀恢復(fù)區(qū)。 □

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