濰北平原土壤鹽漬化特征及其影響因素

劉宏偉，許靜波，胡云壯，郭 旭，杜 東，馬 震，陳社明

(1.中國地質調查局天津地質調查中心，天津 300170；2. 濰坊市國土資源局，山東 濰坊 261000)

0 引 言

氣候變化和人類活動的強烈影響，使得土壤鹽漬化成為干旱、半干旱及沿海地區最主要的生態環境和土地退化問題之一。目前全球鹽堿土面積約為9.5×108hm2，其中我國鹽堿化土壤面積高達3.4×107hm2，約占耕地面積的1/3，鹽漬化災害現狀非常嚴峻[1,2]。土壤鹽分積聚和淡水資源緊缺成為限制我國沿海地區開發的主要因素[3]，及時掌握土壤鹽分的分布特征及其影響因素是實現鹽漬化土地合理利用和科學開發的必要前提。

濰北平原年均降水較少、蒸發強烈，加之不合理的地下水資源開發利用活動，土壤鹽漬化問題日趨嚴重。目前，關于濰北平原土壤鹽漬化的研究已有大量成果，馬恭博等[4]指出該區土壤以輕度鹽漬化和中度鹽漬化為主，且不同深度土層鹽分呈現條帶狀和塊狀分布規律，自北向南土壤鹽分含量呈現降低的趨勢；陳廣泉等[5]指出不同土層土壤鹽分含量具有明顯的空間變異性，其中60 ～ 100 cm等層段鹽分具有較強空間相關性；李晶瑩等[6]發現受海水入侵因素影響，該區鹽漬化范圍向內陸最遠可至20 km處；陳銘達等[7]發現土壤鹽分的組成受地下微咸水灌溉影響強烈；劉文全等[8]指出耕層(表層)土壤全鹽和有機質含量的空間分布均呈現明顯的條帶狀格局，且離海岸線距離越遠鹽分越低，認為海水入侵、土地利用及人為的耕地措施是形成該格局的重要因素。可以看出，已有研究對土壤鹽漬化的分布特征進行了充分梳理，但其評價方法和服務對象重點針對農業種植和土壤改良，且未較全面分析土壤鹽漬化的影響因素。

本次通過野外采樣和室內測試獲取土壤鹽分離子數據，分析不同鹽漬化指標的分布特征和規律，應用工程勘察規范和建筑規范評價土壤鹽漬化程度，并分析土壤鹽漬化與主要影響因素的相關關系，旨在有針對性的為沿海地區規劃、新城鎮建設和土壤環境改良提供基礎依據。

1 研究區概況

研究區位于萊州灣南岸濰坊北部平原(圖1)，屬暖溫帶半濕潤季風型氣候區，地形南高北低，平均坡降0.047%。多年平均降水量為610 mm，多年平均蒸發量為1 020 mm。區內地貌層次清晰，由南部山前洪積、沖積平原向北過渡為沖積、海積平原，發育彌河、虞河、白浪河、濰河等多條河流。該區屬于華北平原東緣，大地構造上屬于膠萊地塹北段[9]，第四系沉積物由南向北增厚，巖性分布具有一定規律，由山前至沖洪積扇前緣依次為含礫砂、砂、砂質黏土和黏土，北部濱海沉積物巖性主要為粉細砂、黏質砂土、砂質黏土和黏土。區內地下水開采強度較大，形成了多個地下水降落漏斗，引發了北部咸-鹵水南侵南部淡水含水層[10]。淺層土壤類型主要以潮土與鹽化潮土為主，沉積相主要為沖洪積相、湖積淺平洼地相、三角洲平原相和潮間帶相等[11]。

圖1 研究區和取樣點位置圖Fig.1 Location of study area and sampling sites

2 材料和方法

2.1 樣品采集與測試

2015年10月于水鹽相對均衡期內[12]，近似垂直于地下水流向布設6條剖面，對鹽分相對富集的50～60 cm土層進行了52組土壤樣品的采集。采樣位置根據研究區土壤巖性、微地貌特征和土地利用類型等因素確定，定位坐標采用差分GPS記錄(圖1)。

2.2 數據處理

本次對樣品鹽分數據的統計分析用SPSS軟件進行，空間投影和克里格(Kriging)法插值分析用MAPGIS軟件進行。

2.3 評價方法

(1)平均含鹽量。平均含鹽量是指示土壤鹽漬化程度的直接指標，被廣泛應用于鹽漬化評價工作中。本次以巖土工程勘察規范(GB 50021- 2001)[13]和鹽漬土地區建筑規范(SY/T 0317-2012)[14]為評價標準，根據土壤含鹽量將鹽漬土分為弱鹽漬土、中鹽漬土、強鹽漬土和超強鹽漬土四類(表1)。同時，根據土壤化學成分含量將鹽漬土類型細分為氯鹽漬土、亞氯鹽漬土、亞硫酸鹽漬土、硫酸鹽漬土和堿性鹽漬土五種(表2)。

表1 按含鹽量鹽漬土分類表 %

表2 按含鹽化學成分鹽漬土分類表Tab.2 Classification of the soil salinization according to the chemical content

注：表中Cl-為氯離子在100 g土中所含毫摩數。

(2)鈉交換比(ESP)。鈉交換比，又稱堿化度，是通過計算土壤Na+交換Ca2+和Mg2+能力來指示土壤堿化程度的指標。通常有兩種計算方法，一是常用的用交換性鈉離子占陽離子交換量的百分比法，其中交換性鈉需用乙酸銨-氫氧化銨-火焰光度法測得，陽離子交換量用氯化銨-乙酸銨交換法測得；另一種方法是用經驗公式法(Seilsepour, 2009)[15]：

式中：離子濃度單位均為mmol/L。

鑒于前述“平均含鹽量評價法”中設定了堿性鹽堿土這一分類，故本次工作沒有單獨測試交換性鈉和陽離子交換量，而采用經驗公式法來計算相對ESP(1∶5土、水重量比溶解)來計算土壤相對堿化程度。

3 結果與分析

3.1 土壤鹽分離子含量及相關性分析

表3 土壤鹽分離子含量統計Tab.3 Statistics of the salts parameters in the soils

全鹽量和ESP含量分布的強變異性以及Cl-、Na+含量分布的中強變異性，揭示這兩項指標在區域分布上存在明顯的濃度梯度，且NaCl是土壤中鹽分存在的主要形態。

表4 土壤鹽分參數相關性矩陣Tab.4 Correlation matrix of the salt parameters in the soil (n=52)

3.2 鹽漬化指示指標的分布特征

圖2 土壤全鹽量平面分布圖(單位：g/100 g)Fig. 2 Distributions of total salinity content in soils

圖3 土壤Cl-含量平面分布圖(單位：g/100 g)Fig.3 Distributions of Cl- content in soils

圖4 土壤含量平面分布圖(單位：g/100 g)Fig.4 Distributions of content in soils

圖5 土壤ESP含量平面分布圖(單位：g/100 g)Fig. 5 Distributions of ESP content in soils

3.3 評價結果

從鹽漬化程度來看(圖6)，52組土壤樣品中有7組屬于中鹽漬土，4組屬于弱鹽漬土，樣品點鹽漬化比例為21.15%，區域上較大面積土壤處于未鹽漬化狀態。從鹽化類型來看，屬于氯鹽漬土的有5組，屬于亞氯鹽漬土的有5組，屬于亞硫酸鹽漬土的有1組，其中氯鹽和亞氯鹽類型占到鹽化類型的90.91%。

圖6 土壤鹽漬化類型和鹽漬化程度圖Fig.6 Soil classification and assessment results

從鹽漬化分布來看，研究區北部靠近海岸地段和侯鎮附近土壤鹽漬化處于弱鹽漬化至中鹽漬化等級，南部等大部分地段處于未鹽漬化狀態。

從土壤沉積相來看(圖6)，該區下三角洲平原沉積物為海相沉積，土壤固有的鹽分含量較高；上三角洲平原淺表分布有陸相沉積物造成土壤含鹽量相對偏低[11]。圖6顯示鹽漬土的分布與研究區土壤沉積相有很好的對應關系，7組中鹽漬化土樣中有5組分布在下三角洲平原地段，1組分布在上三角洲平原地段，1組分布在上三角洲平原與湖積淺平洼地交界地段；4組弱鹽漬化土樣均分布在上三角洲平原地段；沖洪積平原地段分布的土樣均未出現鹽漬化。這說明土壤鹽分的高低受沉積相控制，土壤成因決定了土壤鹽漬化(含鹽量)程度的背景值。

4 主要影響因素

除受土壤沉積相(土壤成因)背景影響外，土壤鹽分變化規律還受氣候(降水與蒸發)、地形、土壤巖性、地下水埋深及地下水鹽度、灌溉條件等因素的影響和制約。根據野外調查結果，結合實際情況選擇地面高程、微地貌、潛水埋深、地下水鹽度、土壤全鹽量、灌溉情況、與排水情況、土壤巖性8個因子進行相關性分析。其中，全鹽量、地面高程、潛水埋深、地下水鹽度為實測數據，灌溉情況、排水情況、微地貌根據地面調查結果進行定量數值化[11](表5)。

表5 土壤鹽漬化影響因素相關性Tab.5 Correlation matrix of the affecting factors for soil salinization (n=52)

可以看出，土壤全鹽量與地面高程、微地貌、灌溉情況、巖性、潛水埋深呈負相關關系，與排水情況、地下水鹽度呈現正相關關系。土壤全鹽量與地下水鹽度極強正相關(相關系數為0.92)，反映了土壤鹽分的累積和地下水含鹽量關系密切。地面高程分別與潛水埋深和微地貌具有較大的正相關關系，反映了土壤環境因素之間的相關性。排水情況與微地貌、地面高程呈顯著正相關，說明淋濾作用對鹽分淡化具有重要意義。

從相關系數來看，地面高程、微地貌、灌溉情況、潛水埋深和地下水鹽度5個主要因子影響著鹽分的分布和遷移轉化關系。從單因素影響來看，地面高程越高、微地貌屬高地的地段，受雨水淋濾等作用影響土壤鹽分含量相對越低；用微咸水灌溉頻率越低、土壤排水情況越好的地段，受水體鹽分快速排泄的影響土壤鹽分含量相對較低；土壤顆粒越粗、水位埋深較深的地段，土壤鹽分積累得越慢；土壤全鹽量與地下水鹽度顯著正相關，表明地下水咸化對土壤鹽分含量有直接而明顯的影響，是土壤鹽分積聚的最主要影響因素。

5 結 論

研究區土壤鹽漬化程度總體處于低-中等水平，僅21.15%的樣品點出現鹽漬化現象，鹽漬化等級為弱至中等。中等鹽漬化土壤主要分布在研究區北部的下三角洲平原地段，弱鹽漬化土壤主要分布在上三角洲平原。土壤鹽分含量存在明顯的分布規律，整體呈現出由東北向西南含量逐漸降低的近條帶狀分布特征；其中在地下水漏斗區和河流兩側分別呈現出鹽分含量偏高和偏低的特點；這與前人研究成果[5]較為一致。

NaCl是土壤中鹽分存在的主要形態，Cl-、Na+含量具有中強變異性的分布特征。土壤鹽化類型為氯鹽漬化、亞氯鹽漬化和亞硫酸鹽漬化，其中氯鹽漬化和亞氯鹽漬化類型占比達到90.91%。不同類型鹽漬化土的分布可以指導研究區工程樁基防腐措施的制定。

土壤鹽分含量受土壤成因(沉積相)、地面高程、微地貌、水位埋深、地下水鹽度、灌溉情況、排水情況和巖性等多種因素的影響。其中，土壤固有鹽分的高低受沉積相控制，土壤成因決定了土壤鹽漬化(含鹽量)程度的背景值；地下水咸化(地下水鹽度)是土壤鹽分積聚的最主要影響因素。

6 防治鹽漬化建議

6.1 建設生態防護林

在靠近海岸線的大家洼鎮、央子鎮、下營鎮等下三角洲沉積地段，土壤顆粒相對較細，地下水位相對較淺，土壤含鹽量較高。建議種植耐鹽性速生喬木和灌木，組成喬、灌、草相結合的生態防護林帶，針對地下水咸化是土壤鹽分積聚的最重要影響因素，可利用防護林增加蒸騰減少地面蒸發，降低地下水位，減緩土壤鹽漬化程度。同時，防護林根系可疏松土壤提高通透性，增強雨水的垂向濾鹽作用。

此外，應考慮和濰坊市第二平原水庫、引黃濟青渠等水利工程相配套，從而達到排、灌結合的合理布局。

6.2 實施農業生態工程

在河流入海區域實施農業生態工程，選育耐鹽小麥和棉花品種，作物的枯枝落葉和根系的生理活動可改善土壤的理化性質，提升土壤肥力，減輕土壤鹽漬化。同時，作物生長過程可吸收土壤中的鹽分，經由人工收割和換季種植可大量減少土壤鹽分。

在研究區南部靠近壽光、寒亭、昌邑城區的地段，實施蔬菜和水果種植覆膜和滴水灌溉，做到高效節水，盡量減少地下淡水資源的開采，遏制地下水降落漏斗的擴大，同時防止土壤次生鹽漬化。

6.3 濕地修復

按鹽漬化程度的不同，在該區配置合理的物種組成，構建檉柳、堿蓬群叢、羊角菜群叢等景觀結構單元，形成和不同鹽漬化程度相適宜的濕地景觀恢復區。

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