庫爾勒普惠地區鹽堿土壤的物理化學性質與低滲水性的關系分析

周曉麗，郭沙沙，高潔，范麗麗，彭勝強

(巴音郭楞職業技術學院 冶金與資源學院，新疆 庫爾勒 841000)

根據農業農村部組織的第二次全國土壤普查資料統計，我國鹽堿土面積為34.6667萬平方千米。新疆耕地面積2.1929萬平方千米，不同程度鹽堿化土壤0.7161萬平方千米，占新疆耕地面積的33.26% 。其中，巴音郭楞自治州耕地面積964平方千米，鹽堿化土壤567平方千米，占巴音郭楞自治州耕地面積的58.82%，鹽堿化土壤百分比位于全疆首位[1]。本研究結合農業生產實際中存在的問題，根據顆粒大小分別采集砂質土壤、砂壤質土壤、黏質土壤，從土壤物理化學性質的角度研究了新疆庫爾勒普惠地區鹽堿土壤，并對黏質鹽堿土壤的低滲水進行初步的探討。

1 研究方法與實施

研究工作主要包括野外采樣、室內樣品處理、實驗環節、數據計算處理等步驟。通過對研究區的調研采集樣品29個，對采集的樣品進行研磨并利用原子吸收儀器測量了四種陽離子的含量、pH值和電導率，最終用Excel對測試數據進行統計學的處理。

1.1 樣品采集

樣品在鹽堿嚴重的地塊和不嚴重的地塊分別采集，在普惠鄉農田中取樣若干，每個點位作了GPS的記載，每個點位地表一個樣品，地表以下50 cm處再采集一個，共計13個點位26個樣品，并對這13個點位分別進行了編號，如圖1。另外在點6、點7和點10的附近非農田位置采集三個空白樣品，作為參考樣品，共計采集樣品29份，樣品編號順序為點1地表為1號樣品、深部為2號樣品，農耕土壤編號從1-26，27-29號為非農耕土壤空白樣品。

圖1 研究區采樣點的一個基本分區

1.2 測試分析

2 數據統計與分析

最能直接反映鹽堿土鹽堿化程度的是土壤全鹽量，全鹽量可以通過電導率測定。電導率可以反映土壤含鹽量的狀況[2]；pH值從酸堿性的角度反映鹽堿土的酸堿程度表征鹽堿化的一個程度；八大離子為鹽堿土壤的化學組成情況；通過鈉離子和鈣鎂離子的含量計算鈉吸收比，分析鈉離子和土壤中離子交換相對活度。隨著深度的變化土壤的性質也在不斷地改變，變化的趨勢不同，對作物及地表的影響也不同。

2.1 電導率測定與分析

新疆農墾局對南疆鹽土1∶5水浸出液的電導率與土壤鹽堿化等級研究的指標是：電導率小于1.8 MS/cm為非鹽堿土，大于2.0 MS/cm為鹽堿化土。

土水比1∶5，稱取了5 g處理好的樣品，放入燒杯，加蒸餾水25 mL，震蕩，放入兩顆磁力攪拌子，在磁力攪拌器中攪拌1 min左右，校準電導率儀，測定，記錄數據，電導率值如表1所示。

由表1可知電導率地表情況，砂壤質土壤和黏質土壤樣品位于地表的電導率平均值大于2.0 MS/cm，所以砂壤質土壤和黏質土壤發生了鹽堿化，砂質土壤平均值為1.06 MS/cm，該類型土壤未發生鹽堿化。深部的情況，因鹽堿化作用砂壤質土壤電導率平均值2.11 MS/cm比地表下降了0.16 MS/cm，黏質土壤深部平均值2.71 MS/cm比地表下降了2.68 MS/cm，而砂質土壤因為滲濾作用鹽分離子運移到地下深部電導率平均值為1.21 MS/cm比地表增長了0.15 MS/cm。

表1 采集的土壤樣品電導率值統計單位:MS/cm砂質土壤砂壤質土壤黏質土壤地表地表最大值2.625.238.62最小值0.190.501.54平均值1.062.275.39標準差1.041.263.09深部最大值2.412.734.20最小值0.191.251.54平均值1.212.112.71標準差1.120.611.31

從統計信息可知電導率的最大值、最小值和平均值，地表和深部均是砂質土壤<砂壤質土壤<黏質土壤,說明土壤含鹽量是砂質土壤<砂壤質土壤<黏質土壤。電導率的變化幅度是不同的，地表的變化幅度較大，如平均水平從砂質土壤的1.06 MS/cm到砂壤質土壤的2.27 MS/cm再到黏質土壤的5.39 MS/cm。電導率的平均值，砂質土壤的為1.06 MS/cm，鹽化程度低，鹽化基本不構成危害，砂壤質土壤的為2.27 MS/cm，為鹽土，黏質土壤的為5.39 MS/cm，重度鹽化。黏質土壤的標準差地表為3.09深部為1.31，表明黏質土壤的鹽化很普遍，鹽堿化程度離散程度較大，鹽堿化程度各不相同。

2.2 pH值分析

土壤的pH值反應土壤的酸堿程度。采集的土壤樣品pH值統計如表2所示。

表2 采集的土壤樣品pH值統計統計值砂質土壤區砂壤質土壤區黏質土壤區非農耕土壤地表最大值8.007.858.808.00最小值7.356.907.806.95平均值7.697.498.207.51標準差0.300.380.450.53深部最大值7.857.458.15最小值7.256.757.60平均值7.487.197.91標準差0.270.280.24

研究區的土壤地表pH值介于6.90～8.80之間，除了砂壤質土壤區一個采樣點出現了最小值6.90不在堿性范圍內，其他采樣區屬于堿性土到強堿性土壤，堿性土pH值范圍在7.0～7.6，強堿性土pH值范圍7.7～8.7，極強堿性土大于8.7[3]。堿土的pH值不一定會太高；pH值平均范圍為7.49～8.20，說明堿化程度較大，見表2。

采集的樣品中pH值最大值為8.8，是編號為10的樣品，反映了該采樣點有一定堿化現象，鹽化與堿化形成的復區，鹽結殼明顯，現場觀察到地面出現光禿禿沒有農作物的情況?？傮w上農耕土壤pH值的變化幅度不大，標準差都小于0.5說明了這一點(見表2)。在黏質土壤所在區域pH值明顯比砂質土壤區和砂壤質土壤區的高一些，地表的平均值超過了8，說明黏質土壤不僅含鹽量高，也受到了一定程度的堿化。綜合電導率，黏質土壤含鹽量高同時有一定程度的堿化，是一個鹽堿化復區偏鹽化。

2.3 鹽堿土的鹽離子特征

通過測量K+、Na+、Ca2+和Mg2+四大陽離子的含量，分析四大陽離子在土壤中的組成情況，研究區土壤的K+、Na+、Ca2+和Mg2+的含量如表3所示。

由表3可知，研究區土壤的K+、Na+、Ca2+和Mg2+的含量，Ca2+>Na+>K+>Mg2+含量依次降低。從地表到深度K+和Mg2+離子含量是呈上升趨勢，Mg2+的含量低變化小，Ca2+的含量高變化大，總體上的變化幅度大，表明0～50 cm的性質變化大。從地表到深部K+和Mg2+上升趨勢的原因和農作物生長密切相關，這兩個元素是植物生長中不可或缺的元素，一部分隨水分蒸發帶到了地表所以地表含量高，深部在土壤中被植物根吸收；Ca2+的含量極高是其余三個離子的幾百倍，Na+有反復情況，植物本身對鈣離子和鈉離子的需求并不高，殘留在地表的鈣離子很多，是鹽結殼多呈鈣化白色的緣故之一。

2.4 關于SAR

鈉吸附比，簡稱SAR，是指灌溉水或土壤溶液中鈉離子和鈣、鎂離子濃度平均值的平方根的比值，濃度單位mol/L。

SAR值表示鈉離子和土壤交換反應的相對活度，在SAR高于10相對活度大，10左右為中等，0左右說明鈉活度為0。研究區的SAR值在0.20～0.24之間(見表4)，所以鈉離子和土壤交換反應的活度很小。

表4 SAR統計情況

2.5 綜合含鹽量分析

分析采樣點土壤地表和深部各離子最大值最小值，如表5所示。表6為土壤鹽化分級標準。

表5 研究區土壤鹽分組成特征值 單位：mg/kg

由表5可以知道，區域離子類型多樣，且各離子含量空間變異顯著，反映了鹽分來源和影響因素的多樣性。研究區的土壤呈屬于堿性土到強堿性，pH值平均范圍在7.49～8.20之間，變化幅度相對較?。豢傷}平均含量為0.3%以上，變化范圍在0.01%～5%之間，在關于新疆土壤鹽分的組成和分布特征研究中巴州地區的總鹽量的平均值為10.02%，變化范圍為0.07%～59.03%[4]，總體范圍變化相對較大但也在該范圍內。根據平均值土壤中K+、Na+、Ca2+和Mg2+中Ca2+占陽離子總量的80%以上且含量變化幅度較大；根據測得數值CO32-較少，Cl-含量很低。劉蕾對新疆土壤鹽分組成特征有一個很系統的研究，南疆以硫酸鹽-氯化物為主[5]。根據鹽分組成類型劃分，研究區的鹽化類型主要為硫酸鹽-氯化物[5,6]。如表6所示，根據土壤鹽化分級標準，結合測得數據和實際中觀察到的作物生長狀況，研究區樣點鹽化程度從非鹽化到輕度鹽化(1、2、4和5號采樣點)、中度鹽化(3、6、7和8號采樣點)和重度鹽化(13號采樣點)和鹽土[7](9、10、11和12號采樣點)，相關位置見圖1。

表6 土壤鹽化程度分級標準分級輕度鹽化中度鹽化重度鹽化鹽土含鹽/%0.3～1.01.0～2.02.0～3.0>3.0作物生長管理好,可正常生長受到抑制嚴重抑制或者不能生長不能生長

表層土壤的含鹽量遠大于地表以下的土壤，主要由研究區的氣候決定，干旱少雨的氣候，蒸發量也遠大于降水量,水分蒸發過程中水走了，水中的鹽離子留在了土壤中，主要殘留在地表。鹽堿化嚴重的區域含鹽量較高的，同時土壤電導率也相對較高，這在研究區得到了驗證，含鹽量偏高區域電導率是很高的。

3 物理化學性質與低滲水性的關系

土壤的滲水性與其物理性質息息相關，如土壤的粒度、團聚性、通氣性以及膨脹性等。研究區土壤可分為砂質土壤，砂壤質土壤和黏質土壤。研究區分布特點是：砂質土壤主要分布在孔雀河附近以及胡楊林密集的地區；砂壤質土壤分布在距離孔雀河較遠的地區；黏質土壤分布在遠離孔雀河的地區(見圖1)。

研究區中的黏質土壤的鹽堿現象較為明顯，顆粒較小，透氣性差，春季春灌后滲水性很差，導致耕作時間延遲半個月到二十天，根據農民年終產量統計產量下降35%以上。在王清奎等的研究中提到了耕作對于土壤的團聚體的影響，耕作使團聚體的穩定性降低，大團聚體的比例減少，微團聚體的比例增加。另外，農機具使用和人為活動影響最大的是(>5 mm)水穩性團聚體，而且在人為活動和農機具使用過程中，發生了大水穩性團聚體向小水穩性團聚體的轉化[8]。Singh等在印度干熱地區沿森林-草原-農田調查。其結果顯示，森林生態系統大團聚體組分所占比例最高，其次為草原和農田，而微團聚體則相反[9]。所以，農田在不斷地耕作中微團聚體比例增加，使得土壤在深度灌溉中膨脹率加大，滲透性大大地降低。

對于該滲水性較差的區域，結合野外土壤實際性狀與測試數據，將滲水性較差的原因總結為三點。第一，從物理性質上看，9、10、11和12號采樣點所在區域的土壤顆粒微小屬于黏質土壤，團聚性較大，土地利用過程中會使土壤團聚體中大團聚體比例減少微團聚體的比例增加；第二，從水文的角度來推測，該區域可能為承壓水位較高的區域，不利于垂直方向的滲水；第三，從化學的角度講，該區域的含鹽量過高，屬于重度鹽堿土壤到鹽土的范疇，導致在春季水鹽運動過程中，土壤中的溶液到達一種飽和狀態，既不容易失水也不容易得水，春灌的水就如同盛放在一個大器皿中，水量遲遲不減少，表現為土壤的滲水能力很低。在作物的生長過程中，一般來說土壤鹽分濃度過高時，對作物產生滲透脅迫和干擾營養離子平衡，影響作物生長[10,11]。所以，該片區域的低滲水性是土壤物理化學性質綜合后的一個結果。

4 結論與建議

新疆庫爾勒普惠地區土壤鹽堿化的主要原因有兩點，一是該地區的氣候干燥蒸降比到達2000以上；二是一些土壤所在的區域地下水位偏高，不利于排鹽排水。結論：(1)在該地區的土壤含鹽量高，地表電導率的平均值為1.06～5.39 MS/cm,電導率的最大值為8.62 MS/cm。砂質土壤、砂壤質土壤和黏質土壤，地表電導率平均值為1.06 MS/cm<2.27 MS/cm<5.39 MS/cm，這三類土壤的含鹽量變化是很顯著的，從非鹽化土壤到輕中度鹽化土壤變為重度鹽化土壤。(2)地表pH值沒有超過9，范圍在6.90～8.80之間，SAR的最大值是0.26，鈉相對活度低，土壤基本沒有發生堿化。黏質土壤的pH值的平均值在8.20，最大值8.80，該類土壤以鹽化為主伴隨輕度的堿化。(3)鹽基離子含量變化特征是地表明顯高于深部，黏質土壤>砂壤質土壤>砂質土壤，砂質土壤和砂壤質土壤是非鹽化土壤到中度鹽土，黏質土壤的含鹽量約在4%～6%之間屬于重度鹽土 。

對于鹽堿化嚴重的土壤，我們應該采取一定的措施對其進行改良。對于研究區的鹽堿土壤的改良，應從多方面入手，以求達到較理想的效果：(1)生態學的角度，可以考慮在鹽堿嚴重的土地附近種植胡楊，將鹽堿轉移到植物體內；(2)物理改良，在一些其他的鹽堿區，種植玉米以玉米秸稈填埋于土壤中有很好的改良效果，同理可以在棉花地中添加棉花秸稈改良土壤應該會達到一個很好的效果。