阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域水鹽空間變異及影響因素研究

許麗,孫海燕

阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域水鹽空間變異及影響因素研究

許麗,孫海燕

塔里木大學 水利與建筑工程學院, 新疆 阿拉爾 843300

新疆阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域?qū)俑珊蛋敫珊档貐^(qū)。受氣候、地理位置和農(nóng)業(yè)灌溉等影響，沿岸土壤出現(xiàn)大面積土壤鹽漬化現(xiàn)象。本文分析阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域水鹽空間變異及影響因素，使用樣本法采集土壤實際數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計學分析。結果發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域內(nèi)土壤含水率和土壤含鹽量變化比較大。四月份土壤含水率和土壤含鹽量排列為亞表層（30cm～50cm）最高。十月份土壤含水率隨土壤深度增加而增加，土壤含鹽量隨土壤深度增加而減少。地形因素和土壤質(zhì)地因素均是影響水鹽空間變異的因素之一。不同因素對不同深度土壤的影響效果各有不同，高程對土壤含鹽量的影響最小。

新疆阿克蘇; 空間變異; 環(huán)境生態(tài)

受地理位置和氣候環(huán)境等方面的影響，土壤鹽漬化已成為影響我國西部省份，尤其是干旱半干旱地區(qū)土壤質(zhì)量的主要因素。我國阿拉爾地區(qū)尤其是阿克蘇河流域水分蒸發(fā)強烈，出現(xiàn)了嚴重的水資源短缺問題[1]。下游人類農(nóng)田灌溉以及經(jīng)濟社會活動使阿克蘇河下游區(qū)域地下水大量流失、土壤出現(xiàn)大面積鹽漬化現(xiàn)象。與此同時，為確保土壤脫鹽、起到“壓鹽”的目的，阿拉爾地區(qū)習慣使用過量用水對農(nóng)田開展“春灌”和“冬灌”[2]。由于該地區(qū)水資源嚴重匱乏，此策略是否能夠緩解當?shù)赝恋佧}堿化現(xiàn)象仍有待進一步的科學驗證。本文對阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域土壤水鹽空間變化分析并探索其主要影響因素，能夠更好地了解當?shù)赝寥利}漬化特征及空間變異性，進一步優(yōu)化和完善阿克蘇河下流灌區(qū)灌溉制度，有效保護當?shù)赝寥浪}平衡、實現(xiàn)水資源的科學配置和可持續(xù)利用。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

阿克蘇河流經(jīng)阿拉爾地區(qū)主要為下游灌區(qū)。2013年至2022年間的氣溫、降雨量和全年日照時長概況（表1）。年平均氣溫為11.0℃，年降雨量為59.1mm，全年日照時長為2732.6h。當?shù)亟涤甏蠖嘣?月至8月間。受研究區(qū)域地形和氣候條件影響，當?shù)亟涤炅枯^小，地下水蒸發(fā)、蒸騰強烈。研究區(qū)域阿克蘇河地下水沿地形由北向南垂直運移，地下水類型主要為潛水和承壓水，補給方式為區(qū)域面狀補給，水位埋深一般小于3m。逐漸加重的土壤鹽漬化是研究區(qū)域存在的主要問題。人工過度開采阿克蘇河以及下游不科學的農(nóng)業(yè)灌溉方式極大地影響了水資源的合理利用。

表1 研究區(qū)域氣溫、降雨量和全年日照時長概況

1.2 研究方法

在阿克蘇河流經(jīng)阿拉爾地區(qū)兩岸進行土壤取樣，間隔為5km。依據(jù)當?shù)貧夂蜃兓⑥r(nóng)業(yè)灌溉習慣等選擇在2022年4月和2022年10月進行土壤取樣，每次取的樣本數(shù)量為76個。按照土壤深度，在每個取樣點取3個樣本，分別為表層（0～30cm）、亞表層（30～50cm）和深層（50～80cm）。使用土壤三參數(shù)儀（WET Sensor）對土壤樣本的含水率進行測定。使用美國麥奇克激光粒度分析儀對土壤粒徑分析。土壤含鹽量的測定依據(jù)《土工試驗方法標準》（GB/T50123-2019）。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究的溫度、降雨量及全年日照時長數(shù)據(jù)來源于2013年至2022年間的《新疆兵團第一師阿拉爾市統(tǒng)計年鑒》。地表微地形數(shù)據(jù)如研究區(qū)域的高程、坡度、坡向等均來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用SPSS 22.0對實驗室得到的土壤含水率、土壤含鹽量等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析和空間變異性分析。使用灰色關聯(lián)分析法隊取樣點的基礎因素進行定量分析，如坡度、坡向等。地表微地形數(shù)據(jù)使用Arcgis 10.2進行柵格處理。將土壤粒徑分為粘粒（<0.002 mm）、粉粒（0.002 mm～0.02 mm）和砂粒（0.02 mm～2 mm），并對其無量綱化處理。

2 結果與分析

2.1 水鹽空間變異結果

2.1.1土壤含水率分析結果研究區(qū)域不同時間內(nèi)土壤含水率的比較分析結果見下表2。從四月份數(shù)據(jù)來看，表層（0～30cm）含水率為14.44%，亞表層（30～50cm）含水率為17.45%，深層（50～80cm）為16.31%。亞表層含水率最高，其次為深層，表層含水率最少。變異系數(shù)自表層至深層為0.288、0.346和0.231。上述指標均小于1，為中等變異性。從十月份數(shù)據(jù)來看，表層（含水率為15.15%，亞表層含水率為16.50%，深層為17.93%。與四月份結果不同的是，此時期土壤含水率隨土層加深而增加。變異系數(shù)自表層至深層為0.324、0.268和0.245。上述指標均小于1，為中等變異性。隨時間變化，表層和深層的土壤含水率會增加，而亞表層的土壤含水率會減少。

表2 研究區(qū)域不同時間土壤含水率比較結果

2.1.2土壤含鹽量分析結果下表3顯示的研究區(qū)域在不同時間內(nèi)土壤含鹽量的比較分析結果。四月份時，土壤的含鹽量平均值分別為表層3.11g·kg-1、亞表層4.19g·kg-1和深層3.73g·kg-1。其變化規(guī)律與土壤含水率變化規(guī)律一致，即亞表層含鹽量最高，其次為深層，表層含鹽量最少。變異系數(shù)自土壤表層至深層為1.004、1.431和1.035。上述指標均大于1，為強變異性。十月份時，土壤表層、亞表層和深層的含鹽量平均值分別為6.52g·kg-1、5.75g·kg-1和4.62g·kg-1。其變化規(guī)律為土壤含鹽量隨土層加深而遞減。變異系數(shù)自土壤表層至深層為 1.113、1.071和1.008。上述指標均大于1，為強變異性。隨時間變化，表層、亞表層和深層的土壤含鹽量均增加，且表層增加幅度最大為109.65%。

表3 研究區(qū)域不同時間土壤含鹽量比較結果

2.2 水鹽空間變化影響因素分析

2.2.1地形因素地形高程、坡度、坡向等變換會直接影響到土壤顆粒的機械組成，從而影響鹽水和水分的分布及轉(zhuǎn)移。土壤含鹽量與地形因素的相關性分析結果見下表4。結果發(fā)現(xiàn)，土壤含鹽量與地形高程、坡度、坡向等部分因素具有顯著相關性。其中，表層土壤含鹽量與高程和坡度顯著負相關（<0.05），與坡向顯著正相關（<0.05）。亞表層土壤含鹽量與高程顯著負相關（<0.05），與坡向顯著正相關（<0.05）。深層土壤含鹽量與與高程顯著負相關（<0.05），與坡向顯著正相關（<0.05），與坡度正相關，但是相關性不顯著。可見，隨地表高程增加，土壤含鹽量逐漸減少。坡度越高，土壤含鹽量越小。陽坡受太陽照射時長較高，水分揮發(fā)比陰坡大，故土壤含鹽量較高。這表明地形因素是影響水鹽空間變異的因素之一。

表4 土壤含鹽量與地形因素的相關性分析結果

*為<0.05,**為<0.01

2.2.2土壤質(zhì)地因素土壤顆粒的大小對直接影響到土壤中水分轉(zhuǎn)移速度，對土壤含鹽量產(chǎn)生直接影響。下表5顯示的是土壤含鹽量與土壤質(zhì)地的相關性分析結果。結果顯示，結果發(fā)現(xiàn)，土壤含鹽量與粘粒、粉粒和砂粒等部分因素具有顯著相關性。其中，表層土壤含鹽量與粘粒正相關，但關系不顯著。與粉粒和砂粒顯著負相關（<0.05）。亞表層土壤與粘粒和粉粒顯著正相關（<0.05），與砂粒顯著負相關（<0.05）。深層土壤與粘粒和粉粒顯著正相關（<0.05），與砂粒顯著負相關（<0.05）。這說明當土壤中粘粒和粉粒較高時，其土壤含鹽量也會增高。土壤中砂礫含量高時，其土壤含鹽量則會降低。即土壤空隙相對較小時，水分轉(zhuǎn)移速度變慢，在蒸發(fā)作用影響下鹽分會大概率滯留，從而土壤含鹽量。隨地表高程增加，土壤含鹽量逐漸減少。坡度越高，土壤含鹽量越小。研究結果表示土壤質(zhì)地因素是影響水鹽空間變異的因素之一。

表5 土壤含鹽量與土壤質(zhì)地的相關性分析結果

*為<0.05,**為<0.01

2.2.3水鹽空間變異影響因素定量分析結果對地形因素和土壤質(zhì)地因素進行定量分析，結果見下表6。結果可見，表層土壤含鹽量影響因素排序由高至低分布為為坡向、粘粒、坡度、粉粒、砂粒和高程。亞表層土壤含鹽量影響因素排序由高至低分布為為坡度、坡向、粘粒、粉粒、砂粒和高程。深層土壤含鹽量影響因素排序由高至低分布為為坡向、粉粒、坡度、粘粒、砂粒和高程。其中，高程對土壤含鹽量的影響最小。坡度和坡向的影響因素相對較高，其主要原因是因為以上兩個因素會直接受到水分蒸發(fā)和日照影響，導致水鹽轉(zhuǎn)移速度變化。而粘粒和粉粒等因素對于土壤含鹽量的影響均大于砂粒，也支持了2.2.2中對于土壤含鹽量與土壤質(zhì)地的相關性分析結果。

表6 水鹽空間變異影響因子分析結果

3 討 論

在水鹽空間變異方面，主要分析了不同時間內(nèi)土壤含水率和土壤含鹽量的比較變化。結果發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域在灌溉前（四月）土壤含水率亞表層（30cm～50cm）>深層（50cm～80cm）>表層（0～30 cm）。灌溉后（十月）土壤含水率隨土壤深度變化而逐漸增加。含水率的變異程度均為中等變異。其主要原因應該是灌溉后受水資源印象和外界氣溫變化影響，土壤含水率會逐漸增加。這與胡越等、王卓然等和Harne等的研究結論保持一致[3-5]。研究區(qū)域在灌溉前（四月）土壤含鹽量亞表層（30cm～50cm）>深層（50cm～80cm）>表層（0～30 cm）。灌溉后（十月）土壤含鹽量隨土壤深度變化而逐漸減少。含水率的變異程度均為強變異。其主要原因是因為研究區(qū)域為下游灌區(qū)，地下水位埋深較淺。部分地區(qū)由于排堿渠排水不通暢，導致土壤含鹽量也逐漸增加。這表明每年的“春灌”和“冬灌”的確會對土壤含鹽量產(chǎn)生影響，具有一定的“壓鹽”作用。這與呂廷波等、宋穎等、王慧敏等和Duncan等對干旱區(qū)鹽漬化土壤鹽分含量分析結果一致[6-9]。

在影響因素方面，主要分析了地形因素、土壤質(zhì)量因素和水鹽空間變異影響因素定量分析結果。地形因素是影響水鹽空間變異的因素之一。不同深度的土壤含鹽量與高程顯著負相關（<0.05），與坡向顯著正相關（<0.05）。需要強調(diào)的是，坡度與深層土壤含鹽量相關性不顯著。王昊等、魯涵等和林棟等均對新疆干旱-半干旱區(qū)典型灌區(qū)土壤鹽分特征及成因開展分析，Shah等也對地形因素對水鹽空間變異開展了研究，其結果與本研究結果高度類似[10-13]。土壤質(zhì)地因素同樣是影響水鹽空間變異的因素之一。粘粒與不同深度的土壤含鹽量顯著正相關（<0.05），但與表層土壤含鹽量相關性不顯著。粉粒與表層土壤含鹽量顯著負相關（<0.05），與亞表層和深層顯著正相關（<0.05）。粘粒與不同深度的土壤含鹽量顯著負相關（<0.05）。這與代云豪等、白建鐸等和劉新路等對于新疆地區(qū)土壤質(zhì)量與含鹽量分析結果具有一致性[14-16]。針對不同深度的土壤，不同因素的影響力各不相同，但是高程對土壤含鹽量的影響最小。這與陳霖明等、賀文君等、代云豪等和Chen等對于水鹽空間變化影響因素的分析結果類似[17-20]。

4 結 論

對阿拉爾地區(qū)阿克蘇河流域土壤水鹽空間變化開展分析，并深入探索其主要影響因素。結果發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域內(nèi)土壤含水率和土壤含鹽量變化比較大。灌溉前（四月）土壤含水率和土壤含鹽量亞表層>深層>表層。灌溉后（十月）土壤含水率隨土壤深度增加而增加，土壤含鹽量隨土壤深度增加而減少。地形因素和土壤質(zhì)地因素均是影響水鹽空間變異的因素之一。不同因素對不同深度土壤的影響效果各有不同，高程對土壤含鹽量的影響最小。其主要原因是在地形方面，會受到水分蒸發(fā)和陽光日照、人為灌溉等因素影響水鹽運移效果。在土壤質(zhì)量方面會受土壤孔隙、粒徑等因素影響水鹽運移效果。本研究的局限性在于僅對灌溉前（四月）和灌溉后（十月）的數(shù)據(jù)進行對比分析，樣本數(shù)量相對較小。在未來應進一步擴大研究時間樣本，從而更好地分析研究區(qū)域水鹽空間變異影響因素，為環(huán)節(jié)阿克蘇流域土壤鹽漬化問題提供有效解決方案。

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Research on Spatial Variation and Influencing Factors of Water and Salt in Aksu River Basin in Alar Region

XULi, SUNHai-yan

843300,

Akesu River Basin in the Alar region of Xinjiang is an arid and semi-arid area. Affected by climate, geographical location and agricultural irrigation, coastal soils have extensive soil salinization. This article analyzes the spatial variation and influencing factors of water and salt in the Aksu River Basin in the Alar region, and uses the sample method to collect actual soil data and conduct statistical analysis. It discovered that the soil moisture content and soil salinity varied greatly in the study area. In April, the soil moisture content and soil salinity are ranked as the highest in the subsurface layer (30cm – 50cm). In October, the soil water content increased with the increase of soil depth, and the soil salinity decreased with the increase of soil depth. Topographic factors and soil texture factors are the factors affecting the spatial variation of water and salt. Different factors have different effects on soil at different depths, and elevation has the least effect on soil salinity.

Xinjiang Aksu; spatial variation; environmental ecology

S151.9

A

1000-2324(2023)04-0577-05

10.3969/j.issn.1000-2324.2023.04.014

2023-01-05

2023-03-06

許麗(1983-),女,本科,副教授,研究方向:農(nóng)業(yè)水土及水資源研究. E-mail:18399216525@163.com