洛陽煙區典型土壤鹽分剖面分布特征分析

馬 靜，劉曉涵，韓秋靜，趙世民，王 惠，馬君紅，李應斗，于建軍，葉協鋒*

1.河南農業大學煙草學院 國家煙草栽培生理生化研究基地 煙草行業煙草栽培重點實驗室，鄭州市文化路95號 450002

2.河南省煙草公司洛陽市公司，河南省洛陽市洛龍區開元大道246號 471000

3.云南省煙草公司保山市公司，云南省保山市正陽北路186號 678000

土壤鹽漬化是世界范圍內影響農作物生產的主要環境問題之一，也是干旱與半干旱地區最廣泛的問題之一［1-2］。鹽漬土的發生受區域性因素影響較大，其鹽分組成及離子比例具有明顯的地域特點，積鹽、脫鹽過程及鹽分組成隨生物、氣候、地帶性土壤發生過程的不同存在較大差異［3-4］。近年來，由于農藥的濫用及灌溉、施肥方式的不合理，土壤鹽漬化越來越普遍，嚴重影響了農作物的生長發育［5］。土壤中常見的鹽分包括 Ca2+、Mg2+、Na+、K+4種陽離子和、、Cl-和4種陰離子。土壤鹽分在土壤中含量、分布規律以及聚集特征決定了土壤鹽漬化等級，土壤鹽分在土壤剖面的聚類分布特征是氣候變化、地形變化以及人為因素作用于鹽分運移的綜合反映，在一定程度上反映了土壤剖面的鹽漬化程度和狀態［6］。因此，研究鹽分在土壤剖面中的分布可為煙田灌溉、排水、優化施肥結構提供依據。洛陽煙區是河南省主產煙區之一，常年種煙面積近 2×104hm2［7］，植煙土壤以褐土和紅黏土為主［8］，其中紅黏土主要分布在宜陽、嵩縣、洛寧、汝陽、伊川等地，黃土質褐土主要分布在宜陽、新安等地［9］。干旱是洛陽煙區的主要災害性天氣，發生范圍廣、出現頻率高、持續時間較長［10］。毛海濤等［11］、解衛海等［12］研究提出，在新疆等干旱半干旱地區，干旱發生時土壤水分蒸發強度大，導致地表鹽分不斷積累，鹽分濃度增加。而在洛陽煙區相關的研究則鮮見報道。為此，調查了洛陽煙區褐土和紅黏土兩種主要土壤類型0~100 cm土層鹽離子的分布特征，以期為合理施肥、優化灌溉，減少土壤鹽分危害和改善煙葉品質提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

洛陽煙區位于河南省西部，黃河中下游，其地貌主要有山地、丘陵、平原三大類型，屬溫帶季風氣候。該區域春季干旱大風多，夏季炎熱降雨集中，年平均氣溫14.8℃，年均降水量578.2 mm，年均蒸發量1 200 mm，年均日照時數為2 291.6 h，日照率為 52%，無霜期218 d［13］。

1.2 土壤樣品的采集與分析

2017年3月20~24日于煙田整地施肥前，在洛陽煙區的汝陽、嵩縣、洛寧和宜陽4個主產縣取樣。根據土壤類型在每個縣選取5個有代表性的植煙片區，地貌類型均為丘陵，共設置20個采樣點。其中，紅黏土16個，黃土質褐土4個。在每個取樣點選取土壤剖面0~100 cm，以20 cm為一個土層進行樣品采集，共采集100個樣品，并將采集的樣品帶回實驗室自然風干后過篩，備用。

采用pH計（1∶5的土水比浸提液）電位法測定土壤pH；采用EDTA滴定法測定土壤中各鹽分離子Ca2+、Mg2+和含量（質量分數）；采用雙指示劑中和滴定法測定和含量（質量分數）；采用硝酸銀滴定法測定Cl-含量（質量分數）；采用火焰分光光度計法測定Na+和K+含量（質量分數）［14］。土壤水溶性鹽分總量（g/kg）為7種鹽離子質量分數之和。

根據土壤鹽漬化分級標準［15］，將土壤鹽分含量分為5個等級：＜1.0 g/kg屬于非鹽漬化土；1.0~2.0 g/kg屬于輕度鹽漬化土；2.0~4.0 g/kg屬于中度鹽漬化土；4.0~6.0 g/kg屬于重度鹽漬化土；＞6.0 g/kg屬于鹽土。

1.3 數據處理

利用Excel 2010和SPSS20.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤鹽分含量狀況

2.1.1 土壤鹽分離子剖面分布狀況

研究區土壤樣品鹽分狀況如表1所示。在20個取樣點及其5個土壤剖面層的100個土壤樣品中，土壤pH介于7.58~7.94之間，屬于堿性。鹽分陽離子以Ca2+為主，占陽離子總量的52.50%~58.40%，陰離子以為主，占陰離子總量的94.10%~95.62%。在0~40 cm土層中Ca2+含量隨土層深度增加逐漸降低，40~100 cm土層中隨土層深度增加逐漸升高。Mg2+含量最大值出現在80~100 cm土層中，最小值出現在20~40 cm土層中。和全鹽量隨土層深度的增加呈現出先降低后升高的趨勢，表現出表聚和底聚現象。Na+含量隨土層深度增加逐漸升高。K+與含量在0~80 cm土層中隨土層深度增加逐漸降低，80~100 cm土層中略有增加。Cl-含量在60~80 cm土層中最高，20~40 cm土層中最低。有機質含量隨土層深度增加逐漸降低。在0~100 cm土層中，各有1個土壤樣品為輕度鹽漬化，在60~80 cm和80~100 cm土層中各有1個土壤樣品中度鹽漬化。

2.1.2 土壤鹽分離子、pH及有機質含量的相關性

對土壤鹽堿指標進行相關分析，能在一定程度上揭示鹽堿指標在土壤剖面中的存在形態及運移規律，反映其變化趨勢［16-17］。從表2可以看出，Ca2+與Mg2+、Na+、-、Cl-、全鹽量均呈極顯著正相關。Mg2+與Ca2+、Na+、-、Cl-、全鹽量呈極顯著正相關，與K+呈顯著正相關。K+與Cl-呈極顯著正相關，與Mg2+呈顯著正相關。Na+與 Ca2+、Mg2+、Cl-、全鹽量呈極顯著正相關。與 Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、全鹽量都呈極顯著正相關，與有機質含量呈顯著正相關。Cl-與 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、、全鹽量呈極顯著正相關。全鹽量與Ca2+、Mg2+、Na+、、Cl-呈極顯著正相關，相關系數分別為0.911、0.438、0.840、0.969和0.787，說明 Ca2+、Na+、和Cl-對土壤全鹽量的影響較大，而pH與呈極顯著正相關，與有機質含量呈顯著負相關，說明土壤pH主要受控于。有機質含量與pH、呈顯著負相關，與呈顯著正相關。

表1 土壤鹽分狀況特征值分析①Tab.1 Characteristic value analysis of soil salinity

表2 土壤鹽分離子、pH及有機質的相關性①Tab.2 Correlation between salt ions，pH and organic matter of soil

2.2 紅黏土的鹽分剖面分布特征

2.2.1 紅黏土中全鹽量的剖面分布特征

土壤全鹽量是表征土壤鹽分含量大小及鹽漬化程度高低的重要指標［18］。從圖1中可以看出，紅黏土0~100 cm土層鹽分含量在425.71~536.11 mg/kg之間，在0~20 cm土層出現最大值，在60~80 cm土層出現最小值。

變異系數是反應變量離散程度的重要指標，在一定程度上揭示了變量的空間分布特征［19］。在紅黏土的同一土層間土壤全鹽量的變異系數在18.95%~47.51%之間，屬于中等強度變異。

2.2.2 紅黏土中陽離子的剖面分布特征

從紅黏土土壤剖面陽離子分布情況（表3）來看，Ca2+在各土層陽離子中占比最大，分別占陽離子總量的50.94%、49.45%、52.71%、51.51%和50.70%；K+占比次之，占陽離子總量的27.71%~32.86%；Na+占陽離子總量的8.89%~12.22%；Mg2+占比最少。其中，Ca2+含量隨土層深度的增加表現出先降后升再降低的變化趨勢，最大值出現在40~60 cm土層中，最小值出現在20~40 cm土層中。而Mg2+含量在0~20 cm土層中含量最低，在80~100 cm土層中含量最高。K+含量隨土層深度的增加而減少，Na+則隨土層深度增加逐漸增加。

圖1 紅黏土土壤全鹽量及其在剖面中的分布特征Fig.1 Total salt content in red clay soil and its vertical profile

表3 紅黏土土壤陽離子及其在剖面中的分布特征Tab.3 Cation contents in red clay soil and their vertical soil profile

從土壤剖面陽離子含量的變異系數來看，各離子在整個剖面表現為中、強度變異，變異系數在17.16%~72.46%之間，各土層均以Mg2+的變異系數最高。Ca2+變異系數的最大值出現在20~40 cm土層中，Mg2+和K+變異系數的最大值出現在 40~60 cm土層中，Na+變異系數的最大值出現在60~80 cm土層中。

2.2.3 紅黏土中陰離子的剖面分布特征

表4 紅黏土土壤陰離子及其在剖面中的分布特征Tab.4 Anion contents in red clay soil and their vertical soil profile

2.3 黃土質褐土的鹽分剖面分布特征

2.3.1 黃土質褐土中全鹽量的剖面分布特征

從圖2可以看出，黃土質褐土在0~100 cm土層全鹽量在664.46~1 219.30 mg/kg之間，高于紅黏土，表現出明顯的表聚和底聚現象，60~100 cm土層為輕度鹽漬化。從變異系數看，黃土質褐土全鹽量變異系數在32.06%~96.25%之間，在60~100 cm土層變異系數較大。

圖2 黃土質褐土土壤全鹽量及其在剖面中的分布特征Fig.2 Total salt content in yellow-cinnamon soil and its vertical soil profile

2.3.2 黃土質褐土土壤陽離子的剖面分布特征

黃土質褐土在各土層陽離子均以Ca2+為主（表5），占陽離子總量的55.71%~68.68%。Ca2+的變化趨勢與黃土質褐土土壤全鹽量的變化趨勢基本一致，在80~100 cm土層含量最高，在40~60 cm土層含量最低。K+含量隨土層深度增加表現出先降后升的變化趨勢，占陽離子總量的15.70%~24.88%，在0~20 cm土層含量最高。Mg2+含量在0~20 cm土層和40~60 cm土層較高，而Na+含量在0~40 cm土層含量逐漸減少，40~100 cm土層逐漸增加。

從變異系數來看，黃土質褐土土壤陽離子的變異系數在31.66%~114.82%之間，表現為中、強度變異，各土層皆以Ca2+和Na+的變異系數較大。

表5 黃土質褐土土壤陽離子及其在剖面中的分布特征Tab.5 Cation contents in yellow-cinnamon soil and their vertical soil profile

2.3.3 黃土質褐土土壤陰離子及其剖面分布特征

從黃土質褐土陰離子的變異系數來看，在0~100 cm土層Cl-的變異系數最大，在 81.71%~158.69%之間。的變異系數在22.39%~103.32%之間，的變異系數表現為表層高、底層低，在80~100 cm土層中出現最小值，在20~40 cm土層中出現最大值。

表6 黃土質褐土土壤陰離子及其在剖面中的分布特征Tab.6 Anion contents in yellow-cinnamon soil and their vertical soil profile

3 討論

土壤全鹽量、pH、陰陽離子組成是鹽漬化土壤最基本的特征，也是區域鹽漬化土壤改良最基本的依據［19］。本研究表明，研究區土壤鹽分表現出明顯的表聚和底聚現象，這主要與水鹽運動有關，鹽漬化土壤水鹽運移的基本規律是鹽伴水來，鹽陪水走，水走鹽留［20］。這可能是因為煙農戶均規模增大，人工成本提高后導致基肥比例增加，進而使土壤鹽分在地表積累；同時，洛陽煙區冬春干旱少雨，水分蒸發使土壤中鹽分隨水向上遷移，產生土壤鹽分表聚現象，而在降水量大的季節，鹽分則隨水向土層深處遷移，出現底聚現象。由于所采集土壤多為石灰性土壤，因此鹽分中陽離子以Ca2+為主；煙用鉀肥通常為 K2SO4［21］，導致土壤中K+和SO42-含量增加，因此土壤鹽分陽離子中K+含量僅次于Ca2+，陰離子以SO42-為主。本試驗中土壤有機質含量與pH呈顯著負相關，可能是因為土壤pH會影響土壤微生物數量、種群結構及其生物活性［22］，而有機質的礦質化與腐質化是在微生物參與下完成的［23］，因此土壤pH對有機質含量產生影響［24-25］。土壤鹽分指標呈現空間變異，變異系數多為中到強，這表明土壤鹽分的變異性較大，空間分布不均勻［19］。

研究區黃土質褐土土壤全鹽量較高，在0~60 cm土層土壤為非鹽漬化，在60~100 cm土層土壤為輕度鹽漬化，土壤鹽分出現明顯的表聚和底聚現象；紅黏土在0~100 cm土層為非鹽漬化，土壤鹽分出現較明顯的表聚現象。兩種類型土壤鹽分剖面中分布的差異可能與土壤剖面結構的差異有關。對于黃土質褐土而言，土體上虛下實，表層土多為中壤，鹽分易在表面聚集，而在40~60 cm土層出現黏化層，厚度約30~50 cm［9］，導致鹽分容易積累在黏土層，出現鹽分底聚現象。對于紅黏土而言，質地多為重壤土和黏土，致密少孔，土體結構中下層緊實［9］，抑制了鹽分向深處遷移，易在黏土層界面積鹽［26-27］，且紅黏土具有低膨脹性和高收縮性，在氣候干旱蒸發強烈的季節，土體收縮導致的裂縫會成為水分蒸發的良好通道，使鹽分在這些通道和土壤毛管的作用下隨水向上遷移，出現鹽分表聚現象［28-30］。本試驗中只探討了春季洛陽煙區典型土壤鹽分剖面的分布特征，至于夏季降水量較大的季節鹽分在剖面的分布還有待進一步研究。

4 結論

洛陽煙區土壤多為非鹽漬化，土壤鹽分表現出明顯的表聚和底聚現象。0~60 cm土層全鹽量隨土層深度增加逐漸降低，60~100 cm土層全鹽量隨土層深度增加逐漸升高。土壤鹽分中陽離子以Ca2+為主，K+次之，陰離子以SO42-為主，Ca2+、Na+、SO42-和Cl-是影響土壤中鹽分狀況的主要離子。土壤有機質含量隨土層深度增加逐漸降低。黃土質褐土0~60 cm土層為非鹽漬化，60~100 cm土層為輕度鹽漬化，且土壤鹽分表現出表聚和底聚現象；紅黏土0~100 cm為非鹽漬化，土壤鹽分表現出表聚現象。