福建某濱海湖泊周邊土壤氯含量空間分布研究

蔡雅楠，詹芷葉，陳前火，甘暉

（福建師范大學環(huán)境科學與工程學院，福建 福州 350007）

1 前言

1.1 濱海鹽土的簡介

濱海鹽土在全國鹽土中占7.03%，面積有21144 km2，我國北方濱海鹽堿化相比南方較嚴重[1]。濱海鹽土占比大的地區(qū)有江蘇、山東、河北等，占比小的地區(qū)有浙江、福建、廣東等[2]。濱海鹽土成因有3個共性：一是直接生成鹽漬淤泥；二是先積鹽，后成土；三是靠近海岸，土壤中鹽含量越高[3]。由于土壤、氣候、地質(zhì)和地貌的不相同，從而形成了不同特性的濱海鹽土。

福建濱海鹽土的理化性質(zhì)表現(xiàn)為可溶性鹽分含量高、有機質(zhì)缺少、質(zhì)地黏重、耕性不強和剖面層次不明顯等[4]。福建地區(qū)濱海鹽土的演變過程可分為海灘-咸田-塘田-黑粘土-黑灰土。在濱海鹽土的形成過程中，鹽分逐漸演變成表土層、心土層和底土層積鹽[5]。

1.2 濱海鹽土的監(jiān)測

濱海鹽土的遙感監(jiān)測技術(shù)展現(xiàn)出了時效、精準和智能化[6]。早期的多光譜影像特征[7]，中期的高光譜技術(shù)[8]和后期的GIS和遙感技術(shù)，不斷促進著濱海鹽土的可持續(xù)發(fā)展。

濱海鹽土的檢測方式有2種，一種是人為目視解釋，其余是計算機數(shù)字圖象處置[9]。國外的遙感監(jiān)測相對精確成熟，例如：Landsat MSS和TM[10-11]，SPOT和印度的IRS[12]。國內(nèi)的遙感監(jiān)測是操縱地輿與影像之間的要領來排除異物同譜與同譜異物之間的干擾[13]，以此繪制出鹽漬土分布、土壤含水量等圖像，用來具體分析和研究濱海鹽土[14-15]。

濱海鹽土的監(jiān)測有目視解釋和計算機自動判別技術(shù)。目視解釋法是通過結(jié)合遙感圖像和空間特征，對監(jiān)測結(jié)果進行補充，但其準確度較低[16]。濱海鹽土的地理環(huán)境和景觀特征比內(nèi)陸鹽土更為復雜[12]。Rao B RM[17]和 Dehaan[18]在可見光和近紅外波段的條件下都發(fā)現(xiàn)了鹽土植被和一般植被的區(qū)別，然而隨著計算機自動判別技術(shù)的提高，光譜變換和分類算法得以發(fā)展，彭望琭發(fā)現(xiàn)了光譜變換中的K-T變換可以提升鹽漬土的分析效果[19]。

在21世紀，GIS[20]和計算機智能算法推動了濱海鹽土區(qū)域分布的研究。利用GIS的空間疊加和空間分析功能作出的鹽土分布狀況圖像，可應用濱海鹽土分區(qū)管理上[21]。嚴海兵[22]等利用統(tǒng)計法和遙感影像技術(shù)對江蘇南通和鹽城進行了濱海鹽土的研究，并通過普通克里金法制出各土壤有機質(zhì)、速效磷和鉀元素的分布圖，以此來獲得其總體分布趨勢。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

本次取樣檢測鹽土氯離子含量，采樣方法嚴格按照HJ/T166-2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，采樣點設在人為活動較少，地勢平坦，土壤類型代表性強的區(qū)域，用網(wǎng)格劃分共設置40個采樣點，采取表層土壤（0～20 cm），監(jiān)測區(qū)域劃分為面積相等的塊狀區(qū)域，用雙對角線采樣法取5個點，在每個點位取樣等量混合后，取1 kg的樣品封存在樣品袋中。各采樣點使用GPS定位并記錄。

2.2 研究方法

測定土壤氯離子含量時，采用NY/T 1378—2007《土壤氯離子含量的測定》中的第一篇：電位滴定法來測定土壤樣品中的氯含量。

測定土壤pH值采用NY/T 1121.2—2006《土壤檢測第2部分：土壤pH的測定》。

測定土壤陽離子交換量采用LY/T 1243—1999《森林土壤陽離子交換量的測定》。

2.2.1 制備試料

在野外采樣取得的樣品，通過風干、四分法、過篩等，制取試樣。稱20 g試樣，置于250 mL錐形瓶中，加入100 mL水，振蕩器振蕩5 min，頻率快。振蕩后等待溶液分層，取上清液作為測定試料。

2.2.2 電位滴定實驗

使用移液管從試料中移取適量體積放置于50 mL燒杯中，并加入溴酚藍指示劑和硝酸溶液，至溶液顏色呈現(xiàn)黃色，放入乙醇（加入的體積是移取試樣溶液的3倍，V總＜40 mL）。在調(diào)制好的溶劑中加入磁力攪拌子，放置電磁攪拌器的儀器上，進行電位滴定測量。

以硝酸銀溶液為滴定劑。當每次滴入0.05 mL時，統(tǒng)計溶液的總體積和此時對應的電位E。計算出電位之間的差值Q1，Q1相減得Q2，記錄Q2。滴定終點時，Q1出現(xiàn)最大值，記錄后面的電位E1?？瞻自囼?，不加試樣，其余滴定步驟同步。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)域土壤含氯量的分析

從實驗可得到該研究區(qū)域土壤含氯量最大值為320 mg/kg、最小值為20 mg/kg，平均值128.2 mg/kg，將計量單位進行換算，以“%”表達，可知在這40個采樣點中，土壤氯含量最大值為0.032%。根據(jù)土壤鹽漬化分級標準[23]（表1），氯離子含量0.02%～0.04%的土壤為弱鹽漬土，氯離子含量在0～0.02%的土壤為非鹽漬土。通過圖1分析可見，8個監(jiān)測點土壤屬于弱鹽漬土，32個監(jiān)測點土壤屬于非鹽漬土，鹽漬化比例占20%，說明該研究區(qū)域土壤鹽漬化程度較輕，屬于濱海鹽土，但有鹽漬化趨勢。

表1 研究區(qū)域土壤鹽漬化程度

圖1 研究區(qū)域氯離子含量統(tǒng)計數(shù)據(jù)

3.2 研究區(qū)域土壤含氯等級

我國農(nóng)業(yè)耕地土壤氯離子含量的平均值是59.4 mg/kg。根據(jù)土壤含氯量等級劃分[24]，在研究區(qū)域的40個監(jiān)測點中，2個監(jiān)測點屬于特低量含氯土壤，13個監(jiān)測點屬于中下量含氯土壤，12個監(jiān)測點屬于中上量含氯土壤，11個監(jiān)測點屬于高量含氯土壤，2個屬于特高量含氯土壤（表2）。

表2 土壤含氯等級

3.3 研究區(qū)域的濱海鹽土是次生鹽漬土

從圖2中可以看出，氯離子含量對數(shù)處理后的數(shù)據(jù)圖呈正相關(guān)的分布狀態(tài)，且呈現(xiàn)出明顯的正態(tài)分布，可以使用幾何數(shù)值對研究區(qū)域的氯元素進行分析[25]。從表3中，氯離子含量區(qū)間在20～320 mg/kg，平均值是128.2 mg/kg，土壤中氯離子含量較高，氯離子含量基本上符合正態(tài)分布（p＞0.05）。

土壤中元素含量的變異系數(shù)和化學元素含量相關(guān)的，所以變異系數(shù)能評價地區(qū)元素累積情況[26]。鹽土氯離子含量的變異系數(shù)是54.6%，是中等空間變異性[27]，偏度是0.89，對數(shù)化的偏度是-0.54，可見研究區(qū)域的空間差異較大。此類情況的成因，首先是母質(zhì)巖石的不同，其次是人為活動的影響[28]；而氯離子在土壤中的含量受母質(zhì)巖石的差別的影響較小，受其他因素的影響較大[28]，所以推測人為因素影響了該區(qū)域氯離子含量，加快了土壤鹽漬化。

圖2 研究區(qū)域鹽土含氯量及對數(shù)轉(zhuǎn)換后的頻率分布圖

3.4 研究區(qū)域土壤pH值和陽離子交換量（CEC）統(tǒng)計分析

從統(tǒng)計的基本數(shù)據(jù)（表4）可得，該研究區(qū)域的pH平均值是6.78，符合正態(tài)分布（p＞0.05）。從圖3該pH區(qū)間值在6.22～7.27，鹽土偏中性，變異系數(shù)3.69%，空間變異性小，為弱變異性，在水平上的差異小，數(shù)據(jù)相近。

表3 研究區(qū)域鹽土含氯量分析統(tǒng)計結(jié)果

表4 研究區(qū)域pH值和CEC含量數(shù)據(jù)分析

陽離子交換量是與外界能相互交換的陽離子總量，可以代表土壤肥力。研究區(qū)域的CEC數(shù)值所在區(qū)間為5.9～25.4 mmol/kg，CEC的平均值為10.6 mmol/kg，從圖4可以看出，CEC含量在5.0～15.0 mmol/kg的達到了總體的50%，最大值是25.4 mmol/kg，小于100 mmol/kg，該土壤肥力低下。

圖3 pH頻率直方圖

圖4 陽離子交換量頻率直方圖

3.5 研究區(qū)域土壤含氯量和pH值、陽離子交換量的相關(guān)性分析

通過對土壤中的含氯量與pH值、陽離子交換量的相關(guān)性分析，可知研究區(qū)域氯離子含量與pH的相關(guān)系數(shù)r為0.052，無相關(guān)關(guān)系。氯離子含量與陽離子交換量的相關(guān)系數(shù)r為-0.076，無相關(guān)關(guān)系。pH與陽離子交換量的相關(guān)系數(shù)r為-0.253，呈負相關(guān)。土壤中氯離子與pH值和陽離子交換量多元線性相關(guān)性分析，r為0.083接近0，無相關(guān)關(guān)系。

3.6 研究區(qū)域濱海鹽土空間分布特征

運用Kriging插值法，結(jié)合各個點位GPS定位的經(jīng)緯度作出含氯量空間分布圖，從圖5中可清晰地看出土壤含氯量的分布，靠近湖泊正西方和正北方的土壤氯離子含量為200～320 mg/kg，氯離子含量偏高，屬于弱鹽漬土壤；其余大面積的氯離子含量都是小于200 mg/kg，為正常水平，屬于非鹽漬土壤。

圖5 研究區(qū)域土壤含氯量空間分布圖

4 結(jié)論

⑴ 研究區(qū)域含氯量的區(qū)間是20～320 mg/kg，平均值128.2 mg/kg。32個監(jiān)測點屬于非鹽漬土壤，8個監(jiān)測點屬于弱鹽漬土壤。研究范圍的鹽漬化程度較輕，有濱海鹽漬化的態(tài)勢。

⑵ 鹽土pH的區(qū)間6.22～7.27，pH平均值是6.78，偏中性土壤。CEC在5～15 mmol/kg的占總體50%，最大值是25.4 mmol/kg，小于100 mmol/kg，土壤肥力低下。

⑶ 研究區(qū)域土壤是次生鹽漬土，區(qū)域的變異系數(shù)54.6%，屬于中等的空間變異性，空間差異較大。pH值數(shù)據(jù)相近，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，氯離子含量受母質(zhì)巖石的影響不大，推測人為活動影響土壤中氯離子含量變大，加快土壤鹽漬化。

⑷ 運用Kriging插值法作出的含氯量空間分布圖，可看出研究區(qū)域正西方和正北方的土壤含氯量偏高，其余大面積的氯離子含量都為正常水平，屬于非鹽漬土壤。