基于冗余分析的伊犁新墾綠洲不同農田土壤鹽漬化特征研究

韓 寧，陳蜀江*，朱 選，黃鐵成，陳孟禹，徐世薇

(1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054； 2.烏魯木齊空間遙感應用研究所，新疆 烏魯木齊 830054；3.莫納什大學，澳大利亞 墨爾本 3800；4.北京林業大學，北京 100000；5.蘇州科技大學外國語學院 ，江蘇 蘇州 215000)

【研究意義】土壤是人類生產生活中必不可少的重要資源，隨著對土壤的利用，土壤出現土壤污染、水土流失、土壤退化等一系列問題，其中土壤鹽漬化是威脅全球人類生產生活最嚴重的問題[1]。目前，我國土壤鹽漬化主要集中于干旱區和半干旱區，占全國鹽漬化土壤的69 %，且有面積大、分布廣、類型多的特點。尤其是生態環境脆弱的干旱區綠洲，土壤鹽漬化問題日益嚴重，這主要是人類不合理的農業開發和灌溉方式加重了綠洲土壤鹽漬化[2]。綠洲內的土壤鹽漬化對農業生產力造成一定的影響[3-4]。【前人研究進展】諸多學者[5-20]對不同的綠洲土壤鹽分特征采用不同的數學方法進行研究。劉遷遷[16-17]、麥麥提吐爾遜·艾則孜[18]、許爾琪[19]等學者運用傳統的統計學及地統計學研究方法對伊犁新墾區鹽分空間分布及特征進行分析。以上研究都是從分析單個鹽漬化指標，很少分析鹽漬化指標與可溶性鹽離子之間的關系。【本研究切入點】本研究通過運用冗余分析與傳統統計學相結合的方法來研究伊犁新墾綠洲不同農田的土壤全鹽與可溶性鹽離子之間的變化關系。冗余分析[20-24](Redundancy analysis RDA)是生態學中解釋物種信息和多個環境因子之間的關系一種排序方法，傳統的地統計學難以綜合分析多個變量產生的影響。而RDA分析可以彌補地統計學的缺點來進行多個變量分析。通過冗余分析來解釋土壤鹽漬化指標與不同變量之間的關系。【擬解決問題】旨在完善不同農田土壤鹽漬化特征研究，為改善該區域的鹽漬化改良、提升農業生產力和農業合理灌溉提供理論支撐。

1 研究區概況

研究區(43°45′～43°57′N，80°31′～81°7′E)，位于伊犁河谷的烏孫山北麓沖積扇緣地帶。地勢有南向北逐級遞減，由南向北趨于平坦，東部較為寬闊，西部窄小。地形主要以山區、丘陵、沖積平原為主。降水主要分布在南部，年平均降水量222 mm左右。全年有效光照時數達2800～3000 h，無霜期170～177 d，積溫370～380 ℃，土壤大部分以灰鈣土為主，局部區域為鹽化灰鈣土及草甸鹽土為主。該區有兩條河流穿過，為農業灌溉提供了豐富的水資源，是伊犁河谷有名的農業生產基地。

2 數據來源與分析

2.1 數據來源

2.2 數據分析方法

圖1 研究區示意圖Fig.1 Schematic diagram of the study area

非鹽漬化Non-salinization輕度鹽漬化Mild salinization中度鹽漬化Moderate salinization重度鹽漬化Severe salinization鹽土Saline soil含鹽量(g·kg-1)Salt <33～66～1010～20>20

表2 土壤全鹽量

3 結果與分析

3.1 不同農田類型下土壤全鹽量

由表2可知，研究區不同農田的全鹽量均值在3 g·kg-1以上,說明不同農田均呈現鹽化狀態；結合表1可知，除小麥為輕度鹽漬化外，剩余農田均屬中度鹽漬化，鹽漬化由輕到重依次排序：小麥<油葵<水稻<玉米<苜蓿，說明新墾綠洲的農田鹽漬化程度較嚴重；全鹽含量最高值為玉米地，最低值為小麥地。變異系數(c.v.)是描述土壤特性參數空間變異性程度的指標，依據Nielsen分級標準，當c.v.≤10 %時為弱變異性，當10 %

3.2 不同農田類型下可溶性鹽離子特征分析

表3 可溶性鹽離子統計特征值

續表3 Continued table 3

樣地Sample area可溶性鹽離子Soluble salt ions最大值Max.最小值Min.均值Mean標準差SD方差 VAR變異系數( %)c.v.油葵Oil sun flowerCa2+1.55330.32670.79330.42130.177553.11Mg2+0.13010.04880.08610.02960.000934.38K++Na+5.65681.75293.89911.64112.693142.09HCO-30.03810.02140.03050.00720.000123.45Cl-0.62130.10650.38460.18020.032546.86SO2-44.16000.99202.30931.05731.118045.79小麥WheatCa2+0.34670.20670.26670.04900.002418.37Mg2+0.04880.00410.02170.01620.000374.69K++Na+2.89910.04651.01491.01511.0304100.02HCO-30.11740.07780.09400.01490.000215.81Cl-0.19530.07100.12720.04110.001732.32SO2-41.08800.64000.76270.16980.028822.27玉米CornCa2+1.99330.30671.31110.58820.346044.86Mg2+0.20330.04070.16540.06220.003937.64K++Na+2.90990.33491.73261.06711.138761.59HCO-30.05950.00460.03990.02020.000450.55Cl-1.33130.08880.55910.54160.293496.87SO2-45.60000.92803.82931.63442.671342.68苜蓿CloverCa2+0.20000.08670.12000.04150.001734.61Mg2+0.05690.00410.03050.02000.000465.73K++Na+14.07372.39328.01434.637821.509257.87HCO-30.09910.00610.04960.03720.001475.11Cl-0.10650.05330.07990.02450.000630.63SO2-40.76800.25600.43730.18620.034742.58

3.3 不同農田類型下pH及堿化度

圖2 不同類型農田pH和堿化度分布Fig.2 Distribution of pH and exchangeable sodium percentage

因子Factor水稻Rice油葵Oil sun flower小麥Wheat玉米Corn苜蓿CloverSPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2SPX1SPX2特征值0.900.100.820.180.930.070.990.110.9010.145物種累積百分數(%)90.069.582.181.392.667.399.380.690.181.9物種-環境相關性0.970.820.930.880.960.810.990.920.9630.867相關性累積百分數(%)85.196.186.597.791.291.392.496.185.197.7

3.4 不同農田類型下鹽漬化指標與可溶性鹽離子冗余分析

通過趨勢對應分析研究鹽漬化指標與可溶性鹽離子之間的關系，玉米、苜蓿、水稻、小麥、油葵第一排序軸均小于3，因此采用RDA分析能直觀反映土壤鹽漬化指標與可溶性鹽離子之間的相互關系。從表4可知，環境因子前兩軸相關性均為0，說明2個軸互相垂直；相關性最小的前兩軸數值分別為0.923(油葵)、0.812(小麥)，說明土壤鹽漬化指標與可溶性鹽離子的RDA分析可信度較高，能夠反映出研究對象與環境變量之間的線性關系；依據前兩軸得出第1軸至少解釋了90.0 %，第2軸解釋了67.3 %；說明排序軸解釋出大部分鹽漬化指標與可溶性鹽離子之間的關系。

4 討 論

伊犁新墾綠洲位于烏孫山前沖一洪積傾斜平原區的沖洪積扇扇緣地帶，微地形的變化對土壤鹽漬化有明顯的相關關系[15]。地勢高的區域發生鹽漬化的可能性小于地勢低的區域，在局部區域鹽漬化程度與海拔呈反比，鹽漬化越高，海拔越低[16]。研究區的地勢為東南高，西北低且有階梯狀上升態勢，高程范圍為562～832 m，高差為270 m。油葵、水稻基本符合高程值越大，含鹽量越少的規律，但小麥、玉米、苜蓿的全鹽含量與高程值并未呈相關趨勢；不同農田耐鹽堿程度由高到低依次為水稻>油葵>苜蓿>玉米>小麥[27]說明小麥不適宜高鹽堿化的土壤種植，苜蓿和油葵較耐鹽，可以作為提高土壤肥力和鞏固洗鹽成果的作物進行種植。同時通過實地調查發現，5種農田的灌溉方式不同，小麥、玉米、油葵為滴灌，苜蓿為漫灌，水稻為小畦串灌方式；綜上所述地形、農田種植類型和灌溉方式的不同可能是影響該區含鹽量分布的主要因素。

本研究通過冗余分析探討研究區不同農田鹽漬化的主要特征但對影響鹽漬化的空間格局缺乏研究，對鹽漬化空間格局使用相關空間分析方法深入挖掘該區鹽漬化空間信息因素，進行一步為該區鹽漬化治理與農業經濟發展，提供有力科學依據。

圖3 不同類型農田RDA分析Fig.3 RDA analysis of different types of farmland

5 結 論

(3)與傳統的統計學相比較，冗余分析能夠更加清楚的表明影響土壤鹽漬化的主要因素，由此可見，冗余分析是分析土壤鹽漬化信息的有效方法。