松原灌區蘇打鹽堿土壤垂向剖面鹽分定位監測研究

許永德，譚曉雪，喬 婷，楊瑞卓

（吉林省松原灌區工程建設有限公司，吉林松原138000）

松原灌區境內分布著大量的蘇打鹽堿土。蘇打鹽堿土的成因主要是該區域特殊的氣候、地質、地貌、水文及水文地質等自然因素以及人類不合理的生產活動等綜合作用的結果。準確監測和掌握土壤鹽分在垂向剖面上的空間分布特征和隨時間的變化不同季節的變異規律，對于松原灌區蘇打鹽堿地的改良治理具有指導意義。

傳統的土壤鹽分監測一般是用土鉆鉆取土壤樣品進行室內分析，比較費時、費力，無法獲取動態連續數據[1-2]。本研究通過野外在不同土壤層次設置鹽分傳感器來定位動態監測土壤鹽分，獲取連續的動態監測數據進行統計分析，研究土壤垂向剖面鹽分的時空分布特征以及影響因素。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究地點位于松原灌區試驗站內（45°10′11″N，124°04′44″E），海拔 129～131m，屬于北溫帶半干旱大陸性季風氣候，多年平均降雨量425．8 mm，集中在7～8月，蒸發量高達1800mm。2017年蒸發量為 1733．4mm，降雨量 480．72mm。淺層地下水陰離子以HCO3-和CO32-為主，陽離子以Na+為主，礦化 度 為 0．5～1．5g/L，pH 為 7．5～8．3， 埋 深 年 際 變 化 范 圍 為0．5～2m，土壤耕層平均容重 1．69g/cm3，耕層土壤總孔隙度36%，土壤飽和含水量21%。

表1土壤非凍結期間鹽分剖面分布描述統計特征

1.2 研究方法

為了掌握地區土壤鹽分時空分布特征，必須進行土壤鹽分及相關影響因素的動態監測。在監測區內選定點位布置地下水位測井、自動氣象和土壤鹽分監測儀，進行地下水位、降雨、蒸發和土壤鹽分監測。

布置時間于2017年6月10日開始，在埋設傳感器的地方挖一個土壤剖面，在土壤剖面 A （0～20cm）、B（20～40cm）、C（40～60cm）、D（60～80cm）層次處用取土鉆水平挖出深約10～20cm的圓孔，將傳感器水平插入直到孔底，再用土填實壓緊，緊靠保證傳感器的電極面與土壤緊密接觸。傳感器埋設好之后，將剖面坑按原土層次序和容重回填壓實，保持和原來一樣。由于土壤質地以及含水量的差異，在土壤里，剛埋設的傳感器探頭與土壤密實接觸需要一個穩定時間，陶瓷孔隙中溶液的濃度與土壤溶液的濃度達到完全平衡一般需要18h左右。

地下水位用測盅測量，每旬測量1次。相對高程用水準儀測定，高程為131．362m。降雨量、蒸發量數據由自動氣象監測儀下載獲得。數據統計時間從2017年7月11日～2018年6月30日。

2 結果與分析

2.1 土壤鹽分的剖面分布特征

土壤鹽分在空間的分布以及隨時間的變化受各種因素影響，主要受當地氣候、地形、土壤、植被、水文地質和農業生產活動等因素綜合作用影響。其中地形、土壤和水文地質影響土壤水鹽的空間分布，氣候因素則使土壤水鹽狀況呈現明顯的季節變化，農業生產活動則既影響土壤水鹽的空間分布又影響土壤水鹽的季節變化[3]。

對監測數據進行描述性統計分析（見表1），結果表明：土壤鹽分垂向剖面方向從表層依次向下表現高—低—低—高的分布特征，總體表現為表聚型積鹽。冬季凍結期間，各剖面層鹽分濃度接近于零。非凍結期間，剖面A（0～20cm）鹽分數值范圍為 0．50～0．90(g/L)，剖面 B （20～40cm） 鹽分數值范圍為0．38～0．57(g/L)，剖面 C（40～60cm）鹽分數值范圍為 0．16～0．25(g/L)，剖面 D（60～80cm）鹽分數值范圍為 0．27～0．39(g/L)。

2.2 土壤鹽分時空變化受地下水埋深影響分析

鹽堿地區地下水一般是指潛水，埋深較淺，加之氣候干旱，降水少，蒸發量大，地下水的運動常呈蒸發垂直入滲蒸發型，強烈的蒸發使地下水向土壤表層不斷運移，導致所攜帶鹽分在土壤表層積聚。

在潛水蒸發強烈的干旱區,土壤鹽分與地下水埋深有著密切的關系。通過對監測的土壤剖面含鹽量和地下水埋深數據進行相關分析，結果表明：剖面A（0～20cm）鹽分和地下水埋深隨時間變化表現極顯著負相關；剖面B（20～40cm）、剖面C（40～60cm）鹽分和地下水埋深隨時間變化表現顯著負相關；剖面D（60～80cm）鹽分和地下水埋深隨時間變化表現不顯著負相關。

2.3 土壤鹽分時空變化受蒸發降雨影響分析

土壤剖面鹽分垂向方面主要受蒸發和降雨的影響，表現為春秋干旱季節，強烈蒸發導致土壤積鹽；夏雨季節降雨淋溶土壤脫鹽。因此，利用蒸發降雨數據差值來綜合分析其對土壤剖面鹽分的影響。

根據監測的蒸發和降雨數據進行統計計算蒸降差，然后對蒸降差和土壤剖面鹽分數據進行相關分析，結果表明：蒸降差和土壤剖面鹽分具有一定的正相關性，但都不顯著，相關性剖面A＞剖面B＞剖面C＞剖面D。

2.4 土壤各剖面層次凍融時間

由于凍結期間，各剖面層鹽分濃度接近于零，由此可以得到土壤各剖面層次凍融時間順序：土壤表層依次往下結凍時間順序為2017年11月20日、11月25日、12月1日、12月13日；消融時間自土壤表層依次往下順序為2018年3月14日、3月28日、4月3日、4月14日。而且土壤融通時，各層次鹽分皆有一個明顯上升的波峰。

3 結論

土壤鹽分垂向剖面方向從表層依次向下表現高—低—低—高的分布特征，總體表現為表聚型積鹽。冬季凍結期間，各剖面層鹽分濃度接近于零。非凍結期間，剖面A（0～20cm）鹽分數值范圍為 0．50～0．90(g/L)，剖面 B（20～40cm）鹽分數值范圍為 0．38～0．57(g/L)，剖面 C （40～60cm） 鹽分數值范圍為0．16～0．25(g/L)，剖面 D（60～80cm）鹽分數值范圍為 0．27～0．39(g/L)。

剖面A（0～20cm）鹽分和地下水埋深隨時間變化表現極顯著負相關；剖面 B（20～40cm）、剖面 C（40～60cm）鹽分和地下水埋深隨時間變化表現顯著負相關；剖面D（60～80cm）鹽分和地下水埋深隨時間變化表現不顯著負相關。

蒸降差和土壤剖面鹽分具有一定的正相關性，但都不顯著，相關性剖面A＞剖面B＞剖面C＞剖面D。

土壤表層依次往下結凍時間順序為2017年11月20日、11月25日、12月1日、12月13日；消融時間自土壤表層依次往下順序為 2018年 3月 14日、3月 28日、4月 3日、4月 14日。而且土壤融通時，各層次鹽分皆有一個明顯上升的波峰。