新疆岳普湖縣土壤鹽分空間變異及其分布特征研究

阿布都熱合曼·哈力克

（1.新疆大學 資源與環境科學學院，綠洲生態教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046；2.中國礦業大學 環境與測繪學院，江蘇 徐州 221008）

土壤作為歷史自然體，受氣候、生物、母質、地形、成土時間等諸多成土因素的影響，具有復雜性和高度的時空變異性，不論在大尺度上還是在小尺度上，土壤的空間變異性均存在［1－2］。由于土壤特性是一種區域化變量，同時具有地質結構的特性和統計學的隨機特性，基于區變量理論的地統計學理論已被證明是分析土壤特性空間分布特征及其變異規律最為有效的方法之一［3－5］。地統計學不僅能夠有效地揭示屬性變量在空間上的分布、變異和相關特征，而且可以將空間格局與生態過程聯系起來，有效地解釋空間格局對生態過程與功能的影響［5］。近些年來GIS、GPS技術的發展，也為研究相對較大尺度上土壤特性的空間變異性提供了準確、便捷的工具。土壤鹽分的分異狀態在一定程度上反映了土壤耕作層內的鹽漬化程度和狀態，了解其分異對于指導人們根據土壤鹽分空間分異規律和變化動態進行灌溉和排水及制訂防治土壤鹽漬化措施，保證土地質量，提高農業產量具有重要意義。本研究以岳普湖縣為例，通過野外調查、采樣及GIS和地統計分析相結合的方法，探討在人為作用下綠洲土壤鹽分的空間變異特征，為該地區鹽漬化土壤的分區、改良和利用提供一定的理論基礎。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

研究區岳普湖縣位于新疆西南部，地處蓋孜河下游，地理坐標76°23′－77°25′E，38°48′－39°20′N。總土地面積為3327 .1km2。研究區地勢平坦，地面自南西向北東方向傾斜，坡降1‰～1.2‰，海拔1150 ～1250 m，年降水量約51.7mm，多年平均蒸發量為2651 mm，年均溫度11.7℃，無霜期214d，≥10℃的年有效積溫約為4354 ℃。土壤質地較輕，以壤土、沙壤土為主。植被類型主要有檉柳科植物、鹽爪爪、駱駝刺、西伯利亞白刺、花花柴、蘆葦、甘草、苦豆子、泡泡刺、芨芨草等。種植作物主要有小麥、玉米、大豆及棉花等。由于地處內陸干旱區，蒸發強烈，灌溉不當、排水不暢，加之土體母質含鹽量較多，造成灌區土壤次生鹽漬化嚴重。

1.2 樣點布設及測定方法

1.2.1 樣點布設 本研究采用GPS定位技術，以岳普湖縣1∶100000 地形圖和土地利用現狀圖為基礎底圖，對岳普湖縣土壤進行定點取樣，取樣時兼顧代表性和均勻性，原則上每3km取一個點，樣點分布見圖1。每個樣點挖2m×2m的土壤剖面，土壤取樣層次為0－30cm、30－60cm、60－100cm和100－200cm，共取樣點118個。采樣時間為2005年7月至2005年8月。

土壤監測的采樣點是整個土壤監測過程十分重要和困難的一環，如果采樣不當，不能取得有代表性的土樣，那么所得到的數據就沒有意義。為提高以后根據土壤樣點數據分析成圖的精度，樣點必須比較均勻地分布在全工作區域內，因此，基本上除了研究區的沙漠地區以外，其他區域采用了網格法，網格法具有樣點分布比較均勻、相對快速及易于用計算機軟件進行處理的優點。

岳普湖縣地勢平坦，東北部和西南部為戈壁沙漠，西北部和東南部為沖積平原。水資源有岳普湖河、鐵熱木河、達瓦昆湖等水系。

根據研究區的土地利用、地形和土壤性狀差異等具體情況，土壤采樣主要是已開發的、靠近河渠水源的農區為主、其次牧區、再次綠洲－沙漠之間的交錯帶及沙漠邊緣。

1.2.2 樣品處理與分析 對所采集的土壤樣品進行風干，過l mm篩，然后以5∶1的水土比進行抽濾浸提，按常規方法進行土壤鹽分及其組成的測定［6］。

1.2.3 數據處理方法 將GPS測得的帶有坐標記錄的采樣點數據利用地理信息系統軟件ArcGIS 9.0轉為具有空間坐標的空間點，并進行投影轉換，生成用于地統計學分析的樣點分布圖；半方差函數應用地統計學處理軟件GS＋for windows 5.3b進行計算。利用ArcGIS軟件并根據擬合的模型及其參數進行Kriging插值。

圖1 岳普湖縣土壤樣點分布示意圖

1.2.4 地統計學分析 采用半方差函數進行地統計學分析，其理論模型及參數的確定參考文獻［4，7］。

為了更直觀地反映土壤鹽分的空間分布狀況，根據所得到的半方差函數模型，利用Kriging最優內插法［8］，繪制土壤鹽分分布特征圖。

2 結果與分析

2.1 土壤鹽分的統計特征分析

按經典統計方法，不同層次土壤鹽分的統計特征值列于表1。全部采樣點為118個，剔除其中的異常點后，0－30cm、30－60cm、60－100cm和100－200 cm土壤鹽分的樣本數分別為118，117，117和115個。由表1可以看出，研究區不同層次土壤的土壤含鹽量普遍較高，根據有關新疆土壤鹽堿化的分級［9］，0－30cm和30－60cm土壤鹽分的均值分別為17.44 g／kg和11.67g／kg，屬于重度鹽化；60－100cm 和100－200cm 的均值分別為9.10g／kg和8.14g／kg，屬于中度鹽化。變異系數（Cv）反映的是相對變異，即隨機變量的離散程度。根據相關研究，Cv≤0.1為弱變異性；0.1＜Cv＜1為中等變異性；Cv≥1為強變異性。研究區各層土壤鹽分的變異系數雖然屬于中等變異性，但變異性均比較高，接近于強變異性，分別為0.959，0.941，0.877，0.860，從表層向深層變異系數逐漸降低，這可能與人為灌排、耕作方式不當有關，使得表層土壤鹽分的變異系數較大。土壤特性數據的正態分布性檢驗是使用地統計學Kriging方法進行土壤特性空間分析的前提，由于半方差函數的計算一般要求數據符合正態或近似正態分布，否則可能存在比例效應［5，10］。

根據K－S檢驗各層土壤鹽分的原始數據均不屬于標準正態分布（表1），經對數轉換后，消除了可能存在的比例效應，經檢驗，4組數據均服從正態分布。

表1 岳普湖縣不同層次土壤鹽分統計特征值

2.2 土壤鹽分空間變異特征分析

不同層次土壤的含鹽量表現出了空間等方向性。其半方差模擬模型及其擬合參數見表2，地統計學分析的半變異函數圖及其模型擬合結果見圖2。從中可以看出土壤鹽分的空間變程由土壤表層到深層逐漸變大，分別為56.40，91.10，114.10，160.00km，這是由于表土層受結構性因素影響相對較小，而受人為因素影響較大，隨著土壤深度的增加，后者影響逐漸減小，前者影響加強，土壤含鹽量的影響范圍加大。表面三層土壤鹽分的半變異函數符合指數模型，其決定系數為分別為0.855，0.676，0.864，100－200cm 符合球狀模型，其決定系數為0.924。

圖2 岳普湖縣不同土層土壤含鹽量的半方差圖

從表2可見:各層的基臺值均為正值，尤其是0－30cm土層，說明存在著由采樣誤差或最小距離內的變異或隨機和固有變異引起的各種正基底效應。各層土壤含鹽量的塊基值比為34.6%～61.2%，具有中等空間相關性，但從表層到深層，塊基值比逐漸降低，表明空間相關性逐漸增加，受結構性因子影響逐漸加大。研究區土壤鹽分的空間變異性除了受結構性因子的影響外，人為的灌溉、施肥和管理水平等生產管理措施也起到了很大的作用。表層（0－30cm）土壤是人為因素影響較大的層次，致使該層土壤鹽分在小的范圍內表現出較大的差異；深層（100－200 cm）土壤的塊金系數最小，結構方差較大，說明土壤受結構因素影響較大，在較大的范圍內表現出變異性。

表2 不同層次土壤鹽分變異函數理論模型及其擬合參數

2.3 土壤鹽分的空間分布特征分析

通過對岳普湖縣118個樣點的取樣分析，在GPS和GIS支持下，經過地統計學分析和Kriging插值，得到岳普湖縣各層次土壤鹽漬化現象相當嚴重，表層土壤鹽漬化主要在分布在岳普湖鎮、岳普湖鄉、色也克鄉、阿其克鄉和鐵熱木鄉，即農牧業開發活動最為強烈、靠近河渠水源和地勢較為低洼的區域，其余三層土壤鹽分高值區的分布趨勢與表層類似。研究區土壤鹽漬化由深及淺逐漸增大，特別是表層土壤鹽含鹽量＞20g／kg的面積占總面積的47.87%，這說明鹽分由深層土壤向表層聚集。在垂直方向上總的趨勢是表層土壤含鹽量高于深層土壤。

3 結論

（1）岳普湖縣土壤含鹽量普遍較高，0－30，30－60cm土壤含鹽量的均值分別為17.44g／kg和11.67g／kg，屬于重度鹽化；60－100cm和100－200 cm的均值分別為9.10g／kg和8.14g／kg，屬于中度鹽化。各層土壤鹽分的變異系數為0.877～0.959，變異性均比較高，接近于強變異性。

（2）由半方差函數分析可知，0－30cm、30－60 cm、60－100cm土壤鹽分符合指數模型，100－200 cm土壤鹽分符合球狀模型。土壤鹽分的空間變異由土壤表層到深層逐漸變大，主要是由于表土層受區域因素影響相對較小，而受非區域因素影響較大，隨著土壤深度的增加，地形、淺層地下水位和上游來水含鹽量等區域性因素的影響加強，土壤含鹽量的空間變異加大。

（3）岳普湖縣土壤鹽漬化及其嚴重，0－30cm土層，強度鹽漬化面積占總面積的40.42%，鹽土47.87%。水平方向上，主要在分布在岳普湖鎮、岳普湖鄉、色也克鄉、阿其克鄉和鐵熱木鄉，即農牧業開發活動最為強烈區域、鹽化草甸、河渠水源和地勢較為低洼的沙漠區域。

（4）Kriging差值，可準確、直觀地了解當地鹽土分布，農田土壤質量狀況，土壤含鹽量空間分布等情況，并能分析土壤鹽堿化的成因及變化趨勢，可為該地區合理利用水土資源，防治土壤次生鹽堿化提供理論依據。

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