艾比湖干涸湖底鹽漠土壤環境特征分析

鄧懷敏，吉力力·阿不都外力，葛擁曉，3

（1．新疆大學 資源與環境科學學院，烏魯木齊830046；2．中國科學院新疆生態與地理研究所，烏魯木齊830011；3．中國科學院研究生院，北京100049）

干涸湖底是干旱、半干旱地區尾閭鹽湖或積水洼地水面退縮后裸露出來的、曾被水面覆蓋的部分及其濱岸地帶，高礦化度淺層地下水蒸發聚鹽形成的次生鹽漠景觀，其物質組成主要是湖相松散富鹽細粒沉積物，當表層鹽堿含量較高時，又稱之為鹽漠（salt pans或salt flats）［1］，干旱區干涸湖底在強烈的風蝕作用下成為鹽堿塵暴的重要來源之一，大面積干涸湖底疏松富鹽沉積物的風蝕擴散能形成嚴重的鹽塵暴災害。土壤風蝕、風蝕物的運移和沉積發生在超過1／3的地球陸地表面［2］，是引起土壤退化最廣泛的形式和原因之一［3］。因此對干涸湖底的土壤環境進行研究具有重要意義。艾比湖在區域氣候波動和人類活動的雙重干預下，使得注入湖的水量減少，湖面萎縮，干涸湖底的面積超過了2 000km2，當風吹向這一片干涸湖底的鹽漠時，大量的鹽塵隨風飄起，進入到下風向的天山北坡經濟帶，影響整個流域的生態安全。近年來，關于艾比湖的研究主要集中在鹽塵暴的影響［4－6］、驅動因素及控制對策［7－10］和水資源和濕地植被研究［11－15］等方面，但對土壤的理化特征研究較少。由此，本文主要討論艾比湖干涸湖底鹽漠地帶的土壤鹽分、酸堿度、電導率、主要離子和有機物質的季節性變化和空間分布特征。

1 材料與方法

1．1 研究區概況

選擇位于新疆準噶爾盆地西南緣的最低匯水中心，博爾塔拉蒙古自治州行政區域內的艾比湖歷史干涸湖底為研究區，地理坐標為82．30°—83．50°E，44．37°—45．10°N。研究區三面環山，僅東北部與古爾班通古特大沙漠相連，湖濱地帶由山前洪積—沖積—湖積平原組成，廣泛分布有石漠、礫漠、沙漠、土漠、鹽漠、沼澤和灘涂，南面是天山支脈婆羅科努山，西面是阿拉套山，北面是瑪依力山，西北是著名的風區阿拉山口。該地區受西風環流以及蒙古高壓和西伯利亞冷空氣的影響，再加上特殊的地形條件，使得艾比湖流域表現為典型的中溫帶干旱大陸氣候，以干旱降水稀少、蒸發強烈、常年多風、氣溫變化劇烈為特征。該區域多年平均氣溫8．6℃、多年平均降水量為100～150mm，多年平均蒸發量為2 000～3 000mm，發育著具有典型溫帶特征的戈壁荒漠植被，主要植被類型有胡楊（Populuseuphratica）；羅布麻（Apocynumvenetum）；檉柳（Tamarix）；琵琶柴（Reaumuria soongorica）；白刺（Nitrariaschoberi）；鹽爪爪（Kalidiumfoliatum）；蘆葦（Phragmitesaustralis，）；梭梭 （Haloxylonammodendron）；駱 駝 刺 （AlhagisparsifoliaShap）；鹽 節 木 （Halocnemumstroblecum）等。

1．2 實驗方案與數據收集

在艾比湖東南部歷史時期干涸湖底上選擇一塊長1 500m，寬1 000m的植被類型較豐富的采樣帶，該采樣帶的植被包括了胡楊林、喬木—草本過渡帶、草本混合帶、蘆葦荒漠、梭梭荒漠和無植被覆蓋等類型，于2011年5月和10月，采用GPS定位技術進行定點取樣，取樣時兼顧代表性和均勻性原則，按邊長200m的網格取點，用土鉆采集土壤樣品（深度為0—30cm和30—60cm），5月份和10月份的54個采樣點一一對應。

1．3 數據處理與分析方法

土壤樣品的處理與分析在中國科學院新疆生態與地理研究所土壤理化測試實驗室完成。按水土比5∶1的比例測定樣品中HCO3－、CO23－、Cl－、SO24－、Mg2＋、Ca2＋、K＋、Na＋等可溶性鹽分離子含量、電導率、pH值、全鹽量。CO23－和HCO3－的測定用雙指示劑中和法；Mg2＋、Ca2＋的測定用EDTA絡合滴定法；Cl－的測定用AgNO3滴定法；K＋、Na＋的測定用火焰光度法；SO24－的測定用EDTA間接滴定法；pH值用電位測定法。采用SPSS軟件計算土壤樣品鹽分、有機質、有機碳含量的統計特征值，比較其時空分布狀況和變異程度，利用Kolmogorov－Smirnov（KS）方法進行數據正態性檢驗。

2 結果與分析

2．1 土壤鹽度

按照經典統計學方法分析不同時間和不同深度下土壤pH值、電導率、總鹽和全鹽量的統計特征值，將5月份和10月份的54個采樣點的統計特征值分別列于表1。

艾比湖干涸湖底鹽漠地的土壤鹽分遠高于一般地區，且時空分布變化很大，5月份表層土壤（0—30 cm）的總鹽變化范圍為10．5～168．5g／kg，平均值在47g／kg左右，深層土壤（30—60cm）的總鹽變化范圍在2．5～51．7g／kg之間，平均值在17．5g／kg左右。10月份表層土壤的總鹽變化范圍在12．5～218．5g／kg之間，平均值在60．2g／kg左右，深層土壤的總鹽變化范圍在2．3～77．7g／kg之間，平均值在20．3g／kg。5月份和10月份表層土壤總鹽量平均值分別高出深層土壤總鹽量平均值29．88g／kg和39．88g／kg，5月份表層土壤含鹽量約占深層土壤含鹽量的73．07%，10月份0—30cm層土壤含鹽量約占0—60cm層沉積物含鹽量的74．76%，沉積物鹽分垂直剖面分布呈現出強表聚性。從5月份到10月份，土壤鹽分明顯增大，表層土壤總鹽含量10月份是5月份的1．273倍，深層土壤總鹽含量10月份是5月份的1．166倍。在5月份，地表電導率、總鹽和全鹽分布類型符合正態分布，而深層比表層更趨近標準正態分布。10月份統計值在0．05顯著水平下已經不符合正態分布，在0．01顯著水平下總鹽也不符合正態分布，而深層更接近標準正態分布，這說明從5月份到10月份，土壤鹽分的分布發生了很大的變化，而表層比深層變化更大，這也說明了在春季冰雪融化和土壤解凍后，土壤鹽分隨著水分向下移動和水平流動，使地表鹽分含量下降，同時使地表鹽分趨于均勻化，而在蒸發作用下使土壤鹽分表聚并且部分區域受地形因素影響在水平剖面也向某一方向聚積。

2．2 土壤中主要離子變化

由變異系數可知土壤離子的空間分布特征，變異系數越小，表明研究區土壤離子的空間變異性小，各樣點之間的差異小，土壤變化的波動越穩定。一般認為：CV≤0．1為弱變異性；0．1＜CV＜1．0為中等變異性；CV≥1．0為強變異性［2］。由表2中各離子的變異系數作圖（圖1）可知，研究區各層土壤離子空間變異性多數都屬于中等變異性，其中CO23－的離子變異系數大是因為其含量較小，存在實驗誤差所造成的，故不考慮CO23－。由其它離子的統計變異系數可知，艾比湖干涸湖底離子時空間變異的一般規律是秋季大于春季，表層大于深層，除了一個比較特殊的Ca2＋離子表現為深層土壤變異性大于表層也就是Ca2＋在干涸湖底的表層分布比深層更均勻，深層表現出較大的變異性，其分布的離散規律不同于一般離子的原因有待進一步研究。10月份比5月份的統計變異系數大，也就是10月份土壤的離子不均勻性更大，說明蒸發作用對干涸湖底的土壤離子分布有很大的影響。

對54個不同時期不同深度的土壤樣品主要離子的平均值進行繪圖（圖2），可以清楚地看到土壤樣品10月份的離子濃度在整個研究剖面的垂直分布都大于5月份，這主要是因為春季地面的積雪融化，水分下滲，引起土壤中離子向地下運動，土壤離子濃度下降，但夏季艾比湖流域降水稀少，在高溫且強烈陽光照射下，加之艾比湖干涸湖底地下水位比較高，形成強烈的蒸發，使得土壤水分從地下向上運動，土壤離子濃度升高，表層比深層變化的幅度更大，土壤鹽分表聚，尤其以SO2－4、Cl－和Na＋表現最明顯。從圖2還可知，10月份和5月份0－30cm層土壤的SO2－4、Cl－、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋等主要離子平均含量均高于30—60cm層。由此可得：艾比湖干涸湖底土壤鹽分在垂直剖面上自下向上鹽分增加，在水平剖面上秋季大于春季。

表2 不同時間和深度下土壤主要離子統計特征值

圖1 不同月份不同采樣深度主要離子變異系數對比

圖2 土壤主要離子時空變化規律

2．3 土壤有機質

土壤的有機質指土壤中所有的有機物質，不同土壤中有機質的含量不一，組成成分比較復雜，但是，有機質未必都是含碳物質。腐殖質是土壤有機質中比較重要的組成部分，是由土壤中的有機物分解而成，土壤有機質還包含新鮮的有機物，部分分解的有機物。因此，土壤中的碳含量與有機質只是存在一定關系，土壤含碳量高說明土壤腐殖質一定多，但并不能說明土壤有機質多。土壤風蝕引起土壤退化使土壤生產力下降，相應地歸還土壤的有機物質降低，POC形成量減少；與細顆粒結合的有機碳直接被吹蝕而移出系統是風蝕過程中有機碳損失的主要機制。這也是艾比湖干涸湖底土壤有機物質較低的原因之一［16］。

艾比湖干涸湖底的有機碳與有機質統計結果十分相似（表3），他們的變異系數、偏度和峰度都很接近，說明鹽漠中有機質主要貢獻物是有機碳，有機質水平比較低。干涸湖底土壤的有機碳和有機質含量10月份比5月份略有升高，但差別不大，有機質比有機碳升高的稍微明顯一點。10月份和5月份相比，0—30cm有機質和有機碳分布的正態性變弱，這是由于鹽漠植物對地表有機碳和有機質的調節作用，使干涸湖底的有機碳和有機質分布格局發生了一定的變化。

表3 不同采樣時間和深度土壤有機碳和有機質統計特征值

3 結 論

（1）艾比湖干涸湖底沉積物鹽分離子含量大小在剖面中時間分布表現為秋季土壤鹽分大于春季，空間分布呈自下而上增加的垂直分異特點；各陰離子在沉積物表層中的含量為SO24－＞Cl－＞HCO3－＞CO23－，各陽離子在沉積物表層中的含量為Na＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋。以硫酸鹽最為活躍，氯化物次之，碳酸鹽較穩定，沉積物表層中硫化物、氯化物占優勢。

（2）艾比湖干涸湖底離子時空間變異的一般規律表現為秋季大于春季，表層大于深層，除了一個比較特殊的Ca2＋離子表現為深層土壤大于表層，也就是Ca2＋在干涸湖底的表層比深層分布較均勻，深層表現較大的變異性，其分布的離散規律不同于一般離子的原因有待進一步研究。

（3）從5月份到10月份，土壤鹽分的分布發生了很大的變化，而表層分布比深層分布變化大，這說明了在春季冰雪融化和土壤解凍后土壤鹽分隨著水分向下移動和水平流動，使地表鹽分含量下降，同時使地表鹽分趨于均勻化，而在蒸發作用下使土壤鹽分表聚并且部分區域受地形因素影響在水平剖面也向某一方向聚積，蒸發和冰雪融化作用對干涸湖底的土壤離子分布有很大的作用。

（4）有機碳與有機質分布十分相似，他們的變異系數、偏度和峰度都很接近，說明鹽漠中有機質主要貢獻物是有機碳，有機質水平比較低。鹽漠植物對地表有機碳和有機質的調節作用，使干涸湖底的有機碳和有機質分布格局發生了一定的變化。

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