黃河三角洲土壤鹽分剖面類型時空分布研究

摘 要:利用2002、2003年和2006年采集的土壤鹽分剖面分析數據，探討了黃河三角洲不同土壤鹽分剖面類型及其時空分布特征。結果表明:從2002年到2006年，該地區土壤鹽分剖面類型的空間分布格局基本沒有改變，黃河三角洲土壤鹽分剖面類型總體以表聚型為主，這表明黃河三角洲土壤鹽漬化風險大，必須進一步提高鹽漬土的治理和合理利用水平。

關鍵詞:黃河三角洲; 土壤鹽分剖面; 時空分布

中圖分類號:S152.2(252)文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2010)01-0057-

06Temporal-spatial Distribution of Soil Salinity Profile Typesin the Yellow River Delta

LIU Qing-sheng， LIU Gao-huan， FAN Xiao-mei

(Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences/State

Key Laboratory of Resources and Environmental Information System， Beijing 100101， China)

Abstract Types of soil salinity profiles and its temporal-spatial distribution characteristics in the Yellow River Delta were studied and discussed through analyzing data of soil salinity profiles collected in May 2002 and October 2003 and May 2006， respectively.Compared to May 2002 and October 2003， topsoil congregative type of soil salinity profiles increased in May 2006. The results showed that the temporal-spatial distribution pattern did not alter basically from May 2002 to May 2006， and the topsoil congregative type of soil salinity profiles was the majority in the Yellow River Delta， which indicated that the risk of soil salinization was great， and the level of amelioration and rational utilization for saline soils needed to be improved further in the Yellow River Delta.

Key words The Yellow River Delta; Soil salinity profile; Temporal-spatial distribution

科學地估計土壤鹽分含量和空間分布是環境研究中的一個重要課題，估算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律并進而因地制宜地提出鹽漬土改良措施的關鍵[1]。對于土壤鹽分含量水平方向上的空間分布前人做了大量研究[1～8]，而對于土壤鹽分含量垂直方向上(土壤鹽分剖面)的空間分布研究相對較少。土壤鹽分在剖面中的分布狀況被稱為土壤鹽分剖面，土壤鹽分在剖面上的分布特點綜合反映了氣候、地學和人為因素作用于鹽分運移的結果。因此，研究土壤鹽分剖面類型是了解其淋洗與積聚對比狀態的有效方法[9]。李韻珠(1992)[9]以河北省曲周縣北部為例，利用0～200 cm土層鹽分分析數據，將土壤鹽分剖面分為淋洗型、底聚型(又細分為完全、強度、中度和弱度)、下聚型、中聚型和表聚型五大類。白由路等(2001)[10]通過對整個黃淮海平原近1 000個點(0～200 cm土層鹽分分析數據)的系統聚類分析，根據相似系數，將樣品分為表聚型、底聚型、中聚型和平衡型四大類，并繪制了黃淮海平原不同土壤鹽分剖面類型的水平空間分布圖。趙成等(2004)[11]根據昌馬灌區土壤水鹽動態觀測(0～100 cm)及原位淋濾試驗資料，將土壤鹽分剖面動態分為脫鹽型、灌期脫鹽型、灌期積鹽型、平穩型和降水積鹽型五大類。杜金龍等(2008)[12]對焉耆盆地鹽分在土壤剖面上的分布特征進行了較為深入的研究，利用0～200 cm土層鹽分分析數據，將土壤鹽分剖面分為均布型(緩變型)、表聚型和振蕩型三大類，并分析了其與土壤顆粒組成的關系。在黃河三角洲，鹽漬化是制約該區農業生產發展的主要障礙因子之一，鹽漬土地的改良利用對實現該區土地資源的可持續利用具有重要意義，而對土壤鹽漬剖面類型、特征及其空間分布的定量研究是實現鹽漬土地科學管理及合理利用的必要前提[13]。姚榮江等(2007，2008)[13～15]在該區選取了面積約510 hm²的連續地塊，以0～180 cm土層鹽分分析數據，利用Q型聚類分析方法，根據歐氏距離系數，將研究區土壤鹽分剖面分為表聚型、底聚型和平均型三大類，并指出不同鹽分剖面類型的空間分布反映了植被類型和土地利用方式的差異，人為農業措施是形成底聚型與平均型鹽分剖面的最直接因素。上述黃河三角洲土壤鹽分剖面類型及空間分布研究僅限于局部、小的地塊，而對整個三角洲的時空分布研究更有意義，為此，本文利用2002、2003年和2006年采集的土壤鹽分剖面分析數據，探討了該地區(主要集中在土壤鹽漬化較為嚴重的近代和現代黃河三角洲范圍內)不同土壤鹽分剖面類型及其時空分布特征，為進一步提高鹽漬土的治理和合理利用水平提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黃河三角洲位于山東省東營市境內，由黃河尾閭從1855年至今不斷擺動建造而成，由于現行黃河河口包括在內，因此三角洲面積仍在不斷變化。該區域總的氣候特點是光照充足，熱量豐富，四季分明，氣溫適中，雨熱同期，風能資源豐富，但年內降水分配不均，且蒸發量大[16]。由于黃河三角洲地區成陸時間短，潛水位高，礦化度大，蒸發強烈，加之黃河和平原水庫水側滲，海水頂托和海潮侵襲等，黃河三角洲地區的土壤鹽分含量高，不僅原生鹽堿，而且次生鹽漬化日趨加劇。據統計，有近70%以上的土地為不同程度的鹽漬化土，在很大程度上制約了當地經濟尤其是農業經濟的發展。

1.2 樣品采集

利用GPS定位技術，以當年土地利用/土地覆被數據和土地單元為參考，使采樣點盡可能遍及研究區不同的土地利用類型和土地單元內，而且盡可能使樣點分布規則和易于采集。本研究所用數據分別為采集于2002年5月23～29日，取樣深度為3層(表層0～10 cm、中層10～30 cm和底層30～60 cm)，每層共計145個樣品;2003年10月8～27日，取樣深度為2層(表層30～40 cm和底層90～100 cm)，每層共計238個樣品;2006年5月15～20日，取樣深度為2層(表層0～30 cm和底層90～100 cm)，每層共計194個樣品。

1.3 樣品處理與分析

對所有采集的樣品風干，碾碎，過1 mm篩，然后以5∶1的水土比進行抽濾浸提，按《土壤農業化學常規分析方法》[17]進行土壤鹽分的測定。其中，CO2-3和HCO-3采用雙指示劑中和法測定;Cl-采用AgNO3滴定法測定;SO2-4采用EDTA間接滴定法測定;Ca2+和Mg2+采用EDTA絡合滴定法測定;K+和Na+采用差減法;全鹽含量以土壤中上述8種離子的重量之和計算。

2 結果與分析

2.1 土壤鹽分剖面類型的定義

為了解研究區不同空間位置的土壤鹽分剖面類型，首先就要進行土壤鹽分剖面類型的界定。黃河三角洲地處渤海之濱，春、秋兩季蒸發強烈，蒸發條件下土壤鹽分總體處于向上運移的狀態。為此，本文引用白由路等(2001)[10]對整個黃淮海平原土壤鹽分剖面類型的定義，將該區域土壤鹽分剖面劃分為表聚型、底聚型、中聚型和平衡型4種鹽分剖面類型。其中，前3種鹽分剖面中的土壤鹽分處于非穩定狀態，而最后一種中的土壤鹽分處于相對穩定狀態。表聚型鹽分剖面的主要特征是土壤表層鹽分含量較多，其它層次的鹽分含量少于該層。具有該類特征的鹽分剖面，可認為其目前土壤脫鹽過程不太明顯，土壤鹽分的運移處于上升狀態，如果沒有人為因素的強烈干預或適宜的氣候條件(如降雨)，這種類型的土壤在近期內不會發生明顯的脫鹽過程;底聚型鹽分剖面的主要特征是表層含鹽量低，而下層含鹽量較高。具有該類特征的鹽分剖面，可認為目前土壤鹽分的運移處于下行狀態，但當此類剖面中底層鹽分含量較高時，土壤次生鹽漬化的威脅性較大，容易發生次生鹽漬化;中聚型鹽分剖面的主要特征是中間土層的含鹽量相對于表層和底層較高。具有該類特征的鹽分剖面，可認為目前處于脫鹽或積鹽過程的中間狀態，土壤鹽分的運移處于動蕩狀態，外力的因素疊加易改變其土壤鹽分運移的方向;平衡型鹽分剖面的主要特征是從表層到底層整個土體土壤含鹽量差異不大。具有該類特征的鹽分剖面，其土壤鹽分處于總體平衡狀態。

2.2 土壤鹽分剖面類型的確定方法

縱觀前人土壤鹽分剖面類型的確定方法[9～15]，主要是通過聚類分析來進行分類，或者依據定性描述的“差異明顯”，結果未能定量，難以重復和推廣。筆者對2006年5月的土壤鹽分分析數據，利用聚類分析方法，根據歐氏距離系數和相似系數進行了鹽分剖面劃分，發現結果并不理想。實際上，差、倍數和差/基值是描述個體變異最為常用的統計量。按只有表、底兩層土壤數據來說，如果簡單劃分，差(表層含鹽量-底層含鹽量)大于零為表聚型、等于零為平衡型、小于零則為底聚型，倍數(表層含鹽量/底層含鹽量)大于1為表聚型、等于1為平衡型、小于1則為底聚型。實際上，從表層到底層整個土體土壤含鹽量有一個相對變異的范圍，只有差異明顯才能作為界定土壤鹽分剖面類型的依據。為此，我們把各層土壤含鹽量差的絕對值為1 g/kg及以上時定義為差異明顯。對于2002年5月，取樣土層分為3層(0～10 cm、10～30 cm和30～60 cm)，因此將該時期土壤鹽分剖面分為:表聚型、底聚型、中聚型和平衡型4種。表聚型為:差(表層含鹽量-底層含鹽量)≥1 g/kg，且差(表層含鹽量-中層含鹽量)≥0;中聚型為:差(中層含鹽量-表層含鹽量)≥1 g/kg，且差(中層含鹽量-底層含鹽量)≥1 g/kg;底聚型為:差(底層含鹽量-表層含鹽量)≥1 g/kg，且差(底層含鹽量-中層含鹽量)≥0;平衡型為:差(表層含鹽量-底層含鹽量的絕對值)<1 g/kg，且差(表層含鹽量-中層含鹽量的絕對值)<1 g/kg，且差(中層含鹽量-底層含鹽量的絕對值)<1 g/kg。對于2003年10月和2006年5月，取樣土層均為2層，因此將該時期土壤鹽分剖面分為:表聚型、底聚型和平衡型3種。表聚型為:差(表層含鹽量-底層含鹽量)≥1 g/kg;底聚型為:差(底層含鹽量-表層含鹽量)≥1 g/kg;平衡型為:差(表層含鹽量-底層含鹽量的絕對值)<1 g/kg。

2.3 土壤鹽分剖面類型及時空分布分析

2.3.1 不同年份土壤鹽分剖面類型的統計特征 依照上述土壤鹽分剖面類型劃分標準，2002年5月的145個鹽分剖面中，表聚型、底聚型、中聚型和平衡型鹽分剖面個數分別為58、21、11個和55個，各占總剖面數的40.0%、14.5%、7.6%和37.9%;2003年10月的238個鹽分剖面中，表聚型、底聚型和平衡型鹽分剖面個數分別為92、52個和94個，各占總剖面數的38.7%、21.8%和39.5%;2006年5月的194個鹽分剖面中，表聚型、底聚型和平衡型鹽分剖面個數分別為123、39個和32個，各占總剖面數的63.4%、20.1%和16.5%。其統計特征見表1。從3個年份土壤鹽分剖面含鹽量總的來看，表層土壤平均含鹽量和

表1不同年份土壤鹽分剖面類型的統計特征

年份土層(cm)表聚型個數平均值(%)變異系數底聚型個數平均值(%)變異系數中聚型個數平均值(%)變異系數平衡型個數平均值(%)變異系數平均值(%)變異系數

20020～1010～3030～60581.450.770.630.750.670.59210.300.370.520.760.590.55110.641.020.531.020.810.80550.250.240.240.610.600.590.760.530.461.200.940.75

200330～4090～100920.780.480.560.75520.260.531.080.57─────940.290.300.790.770.470.420.870.75

20060～3090～1001231.370.570.660.61390.410.800.580.70─────320.580.590.680.691.050.620.820.67

圖1 土壤鹽分剖面類型空間分布(A，2002年5月;B，2003年10月;C，2006年5月)

變異系數均大于底層， 說明該區土壤鹽分表聚型的特點和表層受隨機因素影響空間變異強，底層受隨機因素影響小，主要受控于結構性因素而空間變異弱，這與前人研究[13～15]和該區實際相吻合。2002年5月和2003年10月表聚型、底聚型和平衡型鹽分剖面所占比例基本相當，說明兩年間該區土壤鹽分變化不大，而2006年5月表聚型鹽分剖面占到半數以上，相比之下說明2006年土壤鹽漬化程度增強，土壤鹽分向表層積聚明顯。

2.3.2 不同年份土壤鹽分剖面類型的時空分布 圖1A為2002年5月土壤鹽分剖面類型的空間分布，獲取的鹽分剖面遍布整個黃河三角洲。表聚型鹽分剖面主要分布于孤北水庫北側及其附近、河口區所在地周邊、寧海到西城區之間、辛安水庫與廣北水庫周邊以及現行黃河流路北汊沿線，這些地區離海都較近，表聚型鹽分剖面反映了這些地區土壤鹽漬化比較嚴重的狀況。平衡型鹽分剖面主要分布在黃河兩側和西城區以南到廣饒縣之間，這些地區大多是農作區，土壤鹽漬化較輕。底聚型和中聚型鹽分剖面散落分布在表聚型和平衡型鹽分剖面周邊，受微地貌和土地利用方式等局域影響大。

圖1B為2003年10月土壤鹽分剖面類型的空間分布，獲取的鹽分剖面主要分布在近代或現代黃河三角洲。與2002年5月相似，表聚型鹽分剖面也主要分布在孤北水庫北側及其附近、河口區所在地周邊、寧海到西城區之間和辛安水庫與廣北水庫周邊，同樣反映了這些地區比較嚴重的土壤鹽漬化狀況，一年后并沒有明顯改善。平衡型鹽分剖面主要分布在寧海村以東北側和黃河兩側，與2002年5月相似。底聚型鹽分剖面主要分布在孤北水庫以西南側和漁洼村以東南側，為農、林、果種植區，土壤鹽漬化狀況較輕。圖1B右上區域a圖為樣點加密區，該區域土壤鹽分表聚明顯，圖1B右上區域b圖為a圖的一個小區域的樣點加密區，該圖的左上角樣點加密區的土地利用方式主要為人工種植的苜蓿和刺槐林，該區域以底聚型鹽分剖面為主，土壤鹽漬化狀況較輕，是苜蓿、刺槐林和人為因素干預共同作用所致。圖1B右下區域c圖為樣點加密區，該區域表聚型和平衡型鹽分剖面數量相當，圖1B右下區域d圖為c圖的一個小區域的樣點加密區，該圖的中下樣點加密區的土地利用方式主要為棉花地，該區域以平衡型鹽分剖面為主，土壤鹽漬化狀況較輕，是種植棉花和人為因素干預共同作用所致。圖1B右側區域b、d兩圖所示區域土地利用方式不同，其土壤鹽分剖面類型也不同，說明了土地利用方式會對土壤鹽分的運移產生影響，進而改變土壤鹽分剖面類型。同時，也說明多年生的苜蓿和刺槐林可以減少表層土壤的鹽分含量。

圖1C為2006年5月土壤鹽分剖面類型的空間分布，獲取的鹽分剖面主要分布在現代黃河三角洲。表聚型鹽分剖面遍布整個現代黃河三角洲。平衡型鹽分剖面主要分布在孤北水庫以西南側、河口區所在地東側以及漁洼村東側。底聚型鹽分剖面主要分布在孤北水庫以西南側和漁洼村周邊。與2002年5月和2003年10月明顯不同，這個時期土壤鹽分表聚作用強烈。2002年5月和2003年10月所測為平衡型和底聚型鹽分剖面的一部分轉為表聚型鹽分剖面。但平衡型和底聚型鹽分剖面主要的空間分布區域與2002年5月和2003年10月基本一致。這說明從2002年到2006年黃河三角洲土壤鹽分剖面類型的空間分布格局基本沒有改變，黃河三角洲土壤鹽分剖面類型總體以表聚型為主，表明黃河三角洲土壤鹽漬化風險大，鹽漬土的治理和合理利用任務相當艱巨。

3 討論

土壤鹽分剖面類型及其時空分布格局的定量研究是實現鹽漬土科學管理、防治和合理利用的必要前提，具有重要的指導意義。盡管本研究把各層土壤含鹽量差的絕對值為1 g/kg及以上時定義為差異明顯作為土壤鹽分剖面類型劃分的依據，并利用2002年5月、2003年10月和2006年5月土壤鹽分分析數據對黃河三角洲土壤鹽分剖面類型及時空分布作了分析，其結果可為預測該地區土壤鹽漬化的發生發展和合理利用提供一定的理論基礎和參考依據，但還需進一步深入研究和探討。首先是土壤鹽分剖面類型劃分時土壤的采樣深度和層數，所用采樣深度和層數不同所劃分的土壤鹽分剖面就不會完全一致，這將導致對同一地區不同人有不同的結果，無法準確地而只能定性地相互比較。本研究所用3年采樣數據采樣深度和層數都不盡相同，但從區域典型土壤鹽份剖面[13]來看，土壤采樣0～60 cm或30～100 cm均能較好地反映土壤鹽分剖面變化趨勢，可以用來進行土壤鹽分剖面類型的劃分。盡管如此，統一、連續的土壤鹽分剖面采集仍是進行土壤鹽分剖面類型劃分的理想方法，雖然要花費更多的人力、物力和財力。其次是聚類分析方法、定性描述和本研究所用方法雖然都能進行鹽分剖面類型的劃分，但對同一剖面數據用不同方法所得結果可能不完全一致，也無法相互比較。今后應著重這兩方面的研究。

4 結論

4.1 黃河三角洲土壤鹽分剖面類型以表聚型為主。與2002年5月和2003年10月相比，2006年5月表聚型鹽分剖面所占比例增多，表明土壤鹽分向表層積聚明顯。

4.2 黃河三角洲表聚型鹽分剖面主要沿北部和東部沿海地帶以及連海河渠分布。平衡型鹽分剖面主要分布在孤北水庫以西南側、河口區所在地東側以及漁洼村東側。底聚型鹽分剖面主要分布在孤北水庫以西南側和漁洼村周邊。

4.3 不同土地利用方式會對土壤鹽分的運移產生影響，進而改變土壤鹽分剖面類型。研究結果表明多年生的苜蓿和刺槐林可減少表層土壤的鹽分含量，其鹽分剖面類型以底聚型為主。

4.4 從2002年到2006年，黃河三角洲土壤鹽分剖面類型的空間分布格局基本沒有改變，黃河三角洲土壤鹽分剖面類型總體以表聚型為主，表明黃河三角洲土壤鹽漬化風險大，鹽漬土的治理和合理利用任務相當艱巨。

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