銀北高水位鹽堿地土壤鹽分與地下水特征關系分析

樊麗琴，李 磊，吳 霞

(寧夏農林科學院農業資源與環境研究所，銀川 750002)

研究土壤鹽分與地下水的關系，對地下水淺埋區的鹽堿地改良和土壤次生鹽堿化防治具有重要理論價值和實際意義[1]。國內外學者有關地下水與土壤鹽分關系的研究大多集中在地下水埋深與土壤鹽漬化的關系方面[1-6]，研究表明，土壤鹽分與地下水埋深有著緊密的聯系。對于土壤與地下水及其化學成分共同作用下土壤鹽分和地下水相互關系方面的研究較少[6]。

銀北灌區是寧夏引黃灌區匯水集鹽的地區，也是寧夏鹽堿地發生的重災區，根據2017年度寧夏水資源公報數據，該區地下水年平均埋深為1.81 m，非灌期(2月)地下水埋深均值為2.23 m，灌期(8月)地下水埋深均值為1.40 m。目前銀北灌區較難改良利用的鹽堿地主要分布在地勢低洼、排水不暢的地區，本文以該區典型高水位鹽堿地作為研究對象，分析土壤鹽漬化與地下水埋深及地下水化學特征之間的關系,以明確高水位鹽堿地土壤鹽漬化的影響因子，為區域鹽堿地改良利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于寧夏石嘴山市平羅縣黃渠橋鎮境內，在五四支溝兩側，地理位置為北緯39°1’′～39°2″，東經106°38″，海拔1 090 m。該區年均降雨量178.7 mm，6-9月降水量占總降水量的92%[8]。研究區共布設觀測井31眼，均勻分布在距離五四支溝400 m范圍內，種植作物以油葵、玉米為主。在各觀測井附近設置土樣監測點，春灌前測定各觀測井地下水埋深，同時采集各觀測點水樣和土樣。

1.2 測定項目與方法

2 結果與分析

2.1 試區土壤、地下水鹽堿狀況分析

研究區土壤剖面全鹽和pH值描述性統計分析見表1。從土壤剖面全鹽描述性統計分析結果來看，研究區0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土壤全鹽含量變化范圍分別為0.75～ 9.27、0.66～ 6.23、0.75～5.46、0.78～4.83、0.75～4.83 g/kg，各土層全鹽含量均值分別為3.34、2.25、2.09、2.05、2.03 g/kg，隨土層深度增加，全鹽含量依次降低，說明土壤鹽分表聚現象明顯；各土層全鹽含量變異系數分別為57.14%、59.72%、52.83%、52.29%、49.05%，均呈中等強度變異，其中0～40 cm土層全鹽含量變異系數較大。從土壤pH值描述性統計分析結果來看：0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土壤pH值變化范圍分別為8.43～9.76、8.47～9.77、8.63～9.74、8.74～9.75、8.77～9.80，各土層pH值均值分別為8.81、9.05、9.16、9.16、9.12，土壤呈中重度堿化現象；各土層土壤pH值變異系數分別為3.01%、3.08%、3.15%、2.99%、3.21%，均表現為弱變異。

表1 研究區土壤剖面全鹽和pH值描述性統計分析Tab.1 The statistics of soil total salinity and pH value in the studied area

表2 研究區土壤鹽分組成描述性統計分析Tab.2 The statistics of soil main ions in the studied area

表3 研究區地下水狀況描述性統計分析Tab.3 The statistics of groundwater conditions in the studied area

2.2 土壤、地下水各鹽堿指標相關性分析

表4 試區耕層土壤中全鹽及各鹽分離子的相關矩陣Tab.4 Correlation coefficients between various salt ions

表5 試區地下水各指標及其鹽分組成之間的相關矩陣Tab.5 Correlation coefficients between groundwater indexes and ion composition

表6 試區土壤鹽分組成與地下水各指標相關性分析Tab.6 Correlation analysis between soil salt ions and groundwater indexes

2.3 土壤、地下水各指標間主成分分析

F1=0.002Z1+0.006Z2-0.182Z3+0.039Z4-0.065Z5+0.001Z6-0.037Z7+0.27Z8+0.281Z9+0.158Z10+0.294Z11

F2=0.2Z1+0.247Z2+0.382Z3+0.336Z4+0.017Z5+0.164Z6+0.207Z7-0.091Z8-0.118Z9+0.117Z10-0.206Z11

F3=0.119Z1+0.047Z2-0.115Z3-0.325Z4+0.352Z5+0.175Z6-0.53Z7+0.027Z8+0.006Z9-0.146Z10+0.135Z11

表達式中的F1～F3、Z1～Z11為標準正態變換后的變量。

表7 主成分特征值及貢獻率Tab.7 The eigen values and contribution rate of the principal component

表8 三個主成分的因子負荷矩陣Tab.8 The factor load matrix of three principal components

表9 三個主成分旋轉后的因子負荷矩陣Tab.9 The factor load matrix of three principal components after rotation

表10 3個主成分的得分系數矩陣Tab.10 The score coefficient matrix of three principal components

3 結果與討論

以上研究與他人的類似研究結論并不完全一致。有研究表明：地下水同一特征指標與土壤表層鹽分含量的密切程度隨時間推移而變化，春灌前地下水埋深對表層土壤鹽分含量的影響程度高于地下水礦化度[7]；但也有研究表明：地下水礦化度與土壤含鹽量空間相關性大于地下水埋深[12]；麥麥提吐爾遜·艾則孜對伊犁河流域土壤鹽分與地下水埋深、礦化度、電導率、pH值與主要離子之間的關系進行了分析，結果表明：影響研究區土壤含鹽量的地下水環境因子可以歸納為地下水礦化度、EC、Cl-、Mg2+、Na+與地下水埋深[13]；劉宏偉等認為：濰北平原土壤固有鹽分的含量受沉積相( 土壤成因) 背景控制，地下水咸化是土壤鹽分積聚的最主要影響因素[14]。主要是因為土壤鹽分是土壤特性中最活躍和復雜的一部分，它受氣象、地形、地下水文、土壤質地、微地貌、土體構型、耕作制度、灌溉等多種因素影響[15-18]，研究區處于地勢低洼區域，地下水埋深多在1.5 m以下，與各監測點地下水埋深對耕層土壤鹽分的影響相比，地下水礦化度及主要鹽分離子對耕層土壤含鹽量的影響更多地表現為直接影響，說明在農業生產中，解決干旱區高水位鹽堿地土壤鹽漬化的根本途徑是淡化淺層地下水或者在地表下一定深度內鋪設隔離層，進而減輕地下水鹽分上移對土壤鹽漬化的影響。