崇明東灘土壤鹽分的時空分布變化研究

諸海燾，付子軾*，周丕生，徐四新，蔡樹美，張德閃**

（1上海市農業科學院生態環境保護研究所，上海市設施園藝技術重點實驗室，農業部上海農業環境與耕地保育科學觀測實驗站，上海201403；2上海交通大學農業與生物學院，上海200240）

上海地處長江三角洲，屬于沖積平原地區，地下水位較高，土壤偏微堿性。上海市濱海鹽土面積60 000 hm2左右（包括灘涂），主要分布在東部和南部及崇明三島的沿海、河口沿江地帶，主要土屬為潮間鹽土和鹽化土。其中，崇明島上實現代園區（Shanghai Industrial Investment Corporation，SIIC）土地總面積為8 468.7 hm2，主要由東端的團結沙、東旺沙和東旺沙外側灘涂3部分組成，園區土壤成陸時間短，呈幼育化。大量的研究表明：土壤鹽堿性是崇明上實園區土地資源開發利用的重要限制因子，東灘北部農場區土壤pH＞7.5的堿性土壤占96.12%，其中pH＞8.5的強堿性土壤占24.27%［1-2］。鹽分正常的土壤比例為24.3%，輕鹽化土比例約50.5%，中鹽化土比例為18.5%，重鹽化土和鹽土比例分別占4.9%和2%，土壤鹽分含量最高達 10.15—10.87 g/kg［1-2］。

耕作栽培通過人為改變地表性狀來改善農田生態環境，不僅能夠改善土壤水、肥、氣、熱等狀況，而且在防治土壤鹽堿化、改良土壤鹽堿土等方面具有顯著的效果［3-4］。合理的保護性耕作栽培技術通過提高植被覆蓋率，以植物的蒸騰作用取代土壤的蒸發作用，使土壤中的鹽分積累在土壤深層或植物體內，從而避免耕作層的鹽分積累［5-6］，另外，枯枝落葉和根系殘體，在微生物的作用下，會形成腐殖質，產生的有機酸既能中和游離的堿性物質，置換土壤復合體上的交換性鈉，又可溶解土壤中含有的碳酸鈣，使鈣離子和鈉離子相互作用而置換出交換性鈉離子［1，4-5］。在對上實園區灘涂土地利用適應性做出評估的基礎上，分析兩年耕作措施（稻-麥、花菜等）對園區不同土層土壤鹽堿性和主要鹽類物質（Na+、Cl-）的影響，系統研究園區土壤鹽堿性的時空分布規律，以期為上實園區農業開發中產業發展戰略和技術應用戰略的制定提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

圖1 上實現代農業園區土壤采樣點分布Fig.1 The distributing of soil sam p ling sites in SIIC

按圖1所示，將上實現代農業園區分為25個功能區，分別于2014年5月5—6日和2016年5月4—5日采集土壤樣品。25個功能區主要植被類型為稻-麥、花菜和林木。每個小區土壤采集位點按連續“S”形采樣法均勻布10—15個點，將各點土樣混合。用土鉆采集0—20 cm（表土層）、20—60 cm（心土層）和60—100 cm（底土層）的土壤樣品，每次75個土樣，共150個土樣。測定分析土壤全鹽含量、土壤電導率（EC值）、土壤水溶性Na+、水溶性Cl-含量。

1.2 測定方法

準確稱取通過2 mm篩孔的風干土壤50.0 g，放置于干燥的500 mL錐形瓶中，準確加入無二氧化碳的純水250 mL，加塞，震蕩3 min，過濾，質量法測定土壤全鹽量，火焰風光光度計法測定水溶性Na+，硝酸銀滴定法測定水溶性Cl-，水浸提電導法測定土壤電導率（EC）。藥品和試劑均為AR級，試劑配制、樣品稀釋和蒸餾等一律用雙重蒸餾水，以免引入離子誤差；每個樣品各測試項目均做2個平行值，以消除偶然誤差。

1.3 數據分析

用Excel 2007軟件進行數據的統計分析、作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤全鹽量

如圖2所示，通過對2014年上實現代農業園區土壤全鹽含量分析，發現表土層（0—20 cm）全鹽量≤1 g/kg的土壤比例最高，其次為鹽分含量為1—2 g/kg的土壤，鹽分含量為2—4 g/kg的土壤比例最小。心土層（0—20 cm）土壤全鹽量小于1 g/kg和1—2 g/kg的土壤比例相似。底土層（60—100 cm）全鹽量在1—2 g/kg土壤比例最高，其次為鹽分含量為≤1 g/kg的土壤，鹽分含量為2—4 g/kg的土壤比例最小。隨土壤深度的增加，全鹽量≤1 g/kg的土壤比例逐漸減小，而鹽分含量為1—2 g/kg和2—4 g/kg的土壤比例逐漸增加，表明上實現代農業園區表層土壤全鹽量小于底層土壤，全鹽量隨土壤深度逐漸增加。經過兩年的耕作利用，2016年園區表土層、心土層土壤全鹽量的變化趨勢為：全鹽量≤1 g/kg的土壤比例上升，全鹽量為1—2 g/kg的土壤比例下降，不同土層全鹽量變化規律一致；底土層全鹽量≤1 g/kg的土壤比例最高，其次為鹽分含量為1—2 g/kg的土壤，鹽分含量為2—4 g/kg的土壤比例最小，與2014年相比，底土層土壤全鹽含量變化幅度最大。綜上，上實現代農業園區土壤全鹽量隨剖面深度逐漸增加，2年的耕作栽培可以降低土壤全鹽量，尤其是60—100 cm土層中的全鹽量。

圖2 上實現代農業園區不同土層土壤全鹽量分布規律Fig.2 The pattern of total salt concentration in different soil layer in SIIC

2.2 土壤電導率

如圖3所示，2014年，上實現代農業園區表土層（0—20 cm）土壤EC值在0.1—0.3 mS/cm土壤比例最大，其次為0.3—0.7 mS/cm和0.7—1.5 mS/cm的土壤；心土層（20—60 cm）和底土層（60—100 cm）土壤EC值為0.3—0.7 mS/cm的土壤比例最高，其次為0.1—0.3 mS/cm和0.7—1.5 mS/cm。隨土壤深度的增加，土壤EC值在0.1—0.3 mS/cm土壤比例逐漸減小，而EC值在0.3—0.7 mS/cm的土壤比例逐漸增加，這表明上實現代農業園區表層土壤EC值小于底層土壤，EC值隨土壤深度逐漸增加。經過兩年耕作栽培，2016年園區表土層和心土層土壤 EC值在0.1—0.3 mS/cm土壤比例下降，EC值為0.3—0.7 mS/cm的土壤比例上升。底土層（60—100 cm）土壤EC值為0.3—0.7 mS/cm的土壤比例下降，0.1—0.3 mS/cm的土壤比例上升。兩年耕作栽培，表層土壤EC值高于底層土壤，EC值隨土壤深度逐漸降低，表明耕作栽培降低了深層土壤EC值，增加了上層土壤EC值。

圖3 上實現代農業園區不同土層土壤EC分布規律Fig.3 The pattern of in different soil layer in SIIC

2.3 土壤水溶性Na+時空分布差異

如圖 4所示，上實現代農業園區所有土層（0—20 cm、20—60 cm、60—100 cm）水溶性 Na+含量≤0.35 g/kg土壤比例最高，其次為0.35—0.7 g/kg的土壤，含量為0.7—1.4 g/kg的土壤比例最低，表土層為零。隨土壤深度的增加，水溶性Na+含量≤0.35 g/kg的土壤比例逐漸降低，0.35—0.7 g/kg土壤比例逐漸增加。兩年耕作栽培利用之后，表土層和心土層土壤水溶性Na+含量變化趨勢不大，底土層≤0.35 g/kg土壤比例增加，含量為0.35—0.7 g/kg的土壤比例降低。表明隨著土層的加深，土壤水溶性Na+含量增加。耕作利用降低了土壤鹽性，主要表現為降低了底土層土壤水溶性Na+含量。

圖4 上實現代農業園區不同土層水溶性Na+分布規律Fig.4 The pattern of water soluble Na+concentration in different soil layer in SIIC

2.4 土壤水溶性Cl-時空分布差異

如圖5所示，上實現代農業園區表土層（0—20 cm）和心土層（20—60 cm）水溶性Cl-含量≤0.4 g/kg土壤比例最高，其次為0.4—1 g/kg的土壤，含量為1—2.2 g/kg的土壤比例接近于零。底土層（60—100 cm）的變化趨勢與表土層和心土層一致，但水溶性Cl-含量為≤0.4 g/kg的土壤比例相對較低，0.4—1 g/kg和1—2.2 g/kg的土壤比例較高，表明上層土壤水溶性Cl-含量較深層土壤含量低。兩年耕作栽培利用之后，土壤水溶性Cl-含量變化趨勢為≤0.4 g/kg的土壤比例降低，0.4—1 g/kg的土壤比例增加；隨土壤深度增加，土壤水溶性Cl-含量變化趨勢與耕作前表現一致。以上結果表明，隨著土層的加深土壤水溶性Cl-含量增加，耕作利用增加了土壤水溶性Cl-含量。

圖5 上實現代農業園區不同土層水溶性Cl-分布規律Fig.5 The pattern of water soluble Cl-concentration in different soil layer in SIIC

3 結論與討論

土壤鹽分總含量是鹽堿土含鹽量的主要指標，一般全鹽量≤1 g/kg的土壤為非鹽化土，1—2 g/kg為輕鹽化土，2—4 g/kg為中鹽化土，4—6 g/kg為高鹽化土，＞6 g/kg屬于鹽土［2，7］，根據對上實現代農業園區土壤全鹽含量的調查，園區土壤主要為非鹽化土，輕鹽化土所占比例為30%—40%，中鹽化所占比例較低，無高鹽化土和鹽土（圖2）。土壤水溶性鹽類的定量化分析是研究土壤鹽分動態、確定土壤鹽漬化程度以及進行鹽漬土改良應用的關鍵環節之一，其中土壤電導率（EC值）是測定土壤水溶性鹽含量的重要指標，而土壤水溶性Na+、K+、Cl-是影響土壤電導率最重要的因素［8-9］。本研究發現，土壤EC值為0.3—0.7 mS/cm土壤比例較大，水溶性Na+和Cl-含量分別為0.35—0.70 g/kg、0.4—1 g/kg的土壤比例較高，土壤電導率（圖3）和水溶性Na+、Cl-含量（圖4，圖5）變化幅度較大。該結果表明，上實現代農業園區土壤中的主要鹽分是NaCl，2014年第一次評價時表層土壤水溶性鹽含量比底層土壤低。經過兩年耕作栽培，上實現代農業園區土壤鹽性降低，主要表現為土壤全鹽量（圖2）、60—100 cm土層土壤電導率（圖3）、60—100 cm土壤水溶性Na+降低（圖4），但是0—60 cm土層土壤電導率（圖3）增加，表明兩年的耕作使表層土壤鹽分積累，深層土壤鹽分降低，這可能是土壤深層鹽分上移的結果。而鹽分上移會直接造成耕層土壤鹽分累積量增加，當土壤鹽分物質超過一定含量時會影響作物的正常生長。

根據上實現代農業園區土壤鹽分的分布狀況，選擇合理的改良方案，降低園區土壤鹽分含量，減輕土壤鹽分的上移，是提高園區土壤質量的首要問題。據調查顯示，2014—2016年園區種植的作物為水稻、大麥、小麥、花菜、林木，可從改變園區植被類型入手，來改善土壤鹽分累積。首先，可以輪作豆科等綠肥植物。種植綠肥植物不僅是增辟肥源的有效方法，還可以增加灘涂墾復地的表土覆蓋，減少地表水分蒸發和土壤養分損失，達到鞏固脫鹽、抑制返鹽的作用［1-3］。其次，為了阻止鹽分的上移，可以將旱地部分改種水稻。稻田滲水層的壓力會促進水向下運動，壓制鹽分上移，但長期淹水不利于土壤保肥能力的提高，最好采用水旱輪作方式，如綠肥-水稻-小麥-水稻的輪作，從而降低土壤鹽漬化程度，使土壤向著熟化和肥力不斷提升的方向發展［4］。另外，建議在鹽分含量高的區域，種植耐鹽和避鹽的植物，如豆科綠肥作物、向日葵、怪柳等［10-11］，這些植物種類不僅可以降低土壤的鹽分，還具有觀賞價值，可為園區帶來一定的經濟效益。

綜上，上實現代農業園區30%—40%的土壤為輕鹽化土，主要鹽分物質為NaCl，隨著土層深度的增加，土壤鹽漬化程度加劇。目前，上實現代農業園區的主要種植作物為稻-麥、花菜等，連續采用該種植模式會造成表層土壤鹽分積累，深層土壤鹽分降低，即鹽分的上移，主要表現在兩年耕作栽培降低了土壤全鹽量和60—100 cm土層土壤電導率、土壤水溶性Na+，而0—60 cm土層土壤電導率和水溶性Na+、Cl-含量有所增加。種植綠肥作物、耐鹽和避鹽的植物能夠有效的降低土壤鹽漬化速率［10-11］，因此，改變上實生態園區植被類型，調整上實現代農業園區的耕作栽培措施，降低土壤含鹽量，改善土壤質量，是提高上實現代農業園區土壤生產力的有效途徑。