紅崖山灌區土壤鹽分空間分布特征

王文彪 李 建

（華北水利水電大學，河南 鄭州 450006）

0 引言

土壤鹽漬化是全球性的生態環境問題，是造成土地荒漠化和土地退化的主要原因之一［1］。據統計，全球土壤鹽漬化面積已達9.54×108hm2，制約了當地農業和經濟的可持續發展。因此，許多學者采用多種方法對土壤鹽漬化狀況及其空間分布特征進行了大量的研究。如，Sylla等［2］利用地統計學研究了西非不同尺度下農業生態系統土壤鹽分的空間變異特征；Jordan等［3］通過地統計學探討了西班牙東南部土壤鹽分的空間變異性；Panagopoulos等［4］將地統計學與GIS技術相結合對地中海地區土壤鹽分變異特征進行了分析；劉洪波等［5］運用地統計學方法，對不同深度土層的鹽漬化特征與空間分布格局進行分析，探討了土壤鹽漬化規律。

紅崖山灌區位于東經101°50′～104°12′，北緯38°04′～39°28′，灌區面積2 113 km2，隸屬武威市民勤縣，地處西北內陸，是生態環境變化的敏感區域。該區域氣候干旱、降水稀少，生態環境非常惡劣。近年來，由于長期不合理地開采地下水，導致地下水位不斷下降，地下水反復消耗、濃縮，礦化度逐漸升高，農業用水不斷采用高礦化度水灌溉，增加了土壤的鹽分，土壤鹽漬化問題日益突出。基于此，對紅崖山灌區土壤中含鹽量的分布進行研究，以期為該區生態環境修復、鹽漬土改良、農業生產發展等提供合理的依據。

1 取樣與測試

1.1 樣品采集

紅崖山灌區位于河西走廊東部石羊河下游，東北被騰格里沙漠包圍，西北有巴丹吉林沙漠環繞，地勢平坦。依據《農田土壤環境質量監測技術規范》（NY/T 395—2012），2020年11—12月期間進行表層土壤采集，共采集的樣本共計94個。為了提高樣品代表性，避免樣品的隨機性，采用梅花點法，混合采樣：選取20 m×20 m區域，設5個采集點，每個分點取200 g，均勻混合1 kg。

1.2 樣品處理與分析

①土壤樣品預處理。根據《Soil quality-Pretreatment of samples for physico-chemical analysis》（ISO 11464：2006）進行土壤樣品預處理。主要經過風干、除雜、研磨和保存四個步驟。樣本風干后，剔除其中的雜物，經研缽研磨，過篩后放入自封袋中保存。

②土壤含鹽量測定。按照《土工試驗方法標準》（GB/T 50123—2019）規范中易溶鹽試驗方法要求對土壤樣品進行了曬干、分散、過篩（1 mm）后配制成（1∶5）的土水浸提液，利用質量法測定土壤含鹽量。

③土壤鹽分離子測定。HCO3-采用雙指示劑中和滴定法，SO42-和Ca2+采用EDTA絡合滴定法，Cl-采用AgNO3滴定法，Mg2+采用鈣鎂合量滴定法，Na+和K+采用火焰光度法。將現場測試數據和室內試驗數據統計分析，結果如表1所示。

表1 土壤測試數據統計特征值

2 結果分析

2.1 土壤含鹽量的空間分布特征

由圖1可知，從地理位置上劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，土壤含鹽量的空間分布呈現出西南側整體偏低、局部偏高，東北側偏高。從灌區位置上劃分，整體上湖區灌區土壤含鹽量高于壩區和泉山灌區，壩區灌區局部地區偏高。從鄉鎮位置上劃分，可以發現總體上西渠鎮、收成、東湖鎮和大壩鄉、三雷鎮、蘇武鄉的土壤含鹽量最高，大灘鄉、泉山鎮、薛百鄉局部出現較高值，其他鄉鎮整體土壤含鹽量較低。

圖1 土壤含鹽量空間分布

2.2 土壤鹽分陽離子空間分布特征

2.2.1 K+的空間分布特征。由圖2可知，從地理位置上劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，K+含量的空間分布呈現出西南側偏低，東北側偏高。從灌區位置上劃分，整體上湖區灌區K+明顯高于壩區和泉山灌區。從鄉鎮位置上劃分，可以發現總體上西渠鎮、收成鄉和東湖鎮的K+含量最高，雙茨科鄉局部出現較高值，其他鄉鎮則K+含量整體較低。

圖2 K+空間分布

2.2.2 Na+的空間分布特征。由圖3可知，從地理位置上劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，Na+含量的空間分布呈現出西南側偏低，東北側偏高。從灌區位置劃分，整體上湖區灌區Na+含量明顯高于壩區和泉山灌區。從鄉鎮位置劃分，可以發現總體上西渠鎮、收成鄉和東湖鎮的Na+含量最高，其他鄉鎮則Na+含量整體較低。

圖3 Na+空間分布

2.2.3 Ca2+的空間分布特征。由圖4可知，Ca2+的空間分布特征與土壤含鹽量高度相似。從地理位置上劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，Ca2+的空間分布呈現出西南側整體偏低、局部偏高，東北側偏高。從灌區位置上劃分，整體上湖區灌區Ca2+的含量明顯高于壩區和泉山灌區，壩區灌區局部地區偏高。從鄉鎮位置上劃分，可以發現總體上西渠鎮、收成鄉、東湖鎮和大壩鄉、三雷鎮、蘇武鄉的Ca2+的含量最高，大灘鄉、泉山鎮、薛百鄉局部出現較高值，其他鄉鎮整體Ca2+的含量較低。

圖4 Ca2+空間分布

2.2.4 Mg2+的空間分布特征。由圖5可知，Mg2+的空間分布特征與土壤含鹽量和Ca2+高度相似。從地理位置上劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，Mg2+的空間分布呈現出西南側整體偏低、局部偏高，東北側偏高。從灌區位置上劃分，整體上湖區灌區Mg2+的含量明顯高于壩區和泉山灌區，壩區灌區局部地區偏高。從鄉鎮位置上劃分，可以發現總體上西渠鎮、收成鄉、東湖鎮和大壩鄉、蘇武鄉的Mg2+的含量最高，其他鄉鎮整體Mg2+的含量較低。

圖5 Mg2+空間分布

2.3 土壤鹽分陰離子空間分布特征

2.3.1 Cl-的空間分布特征。由圖6可知，從地理位置上劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，Cl-含量的空間分布呈現出西南偏低，東北偏高。從灌區位置上劃分，整體上湖區灌區Cl-含量明顯高于壩區和泉山灌區，壩區灌區局部地區偏高。從鄉鎮位置劃分，可以發現在收成鄉、東湖鎮、泉山鎮、大壩鄉和東壩鎮中Cl-的含量較高，其他鄉鎮整體Cl-的含量較低。

圖6 Cl-空間分布

2.3.2 SO42-的空間分布特征。由圖7可知，SO42-的空間分布特征與土壤含鹽量、Ca2+和Mg2+高度相似。從地理位置劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，SO42-的空間分布呈現出西南側整體偏低、局部偏高，東北側偏高。從灌區位置劃分，整體上湖區灌區SO42-的含量明顯高于壩區和泉山灌區，壩區和泉山灌區局部地區偏高。從鄉鎮位置劃分，可以發現總體上是西渠鎮、收成鄉、東湖鎮、泉山鎮、東壩鎮含量最高，其他鄉鎮SO42-的含量較低。

圖7 SO42-空間分布

2.3.3 HCO3-的空間分布特征。由圖8可知，從地理位置上劃分，灌區上游至灌區下游，即灌區西南側至灌區東北側，HCO3-的空間分布呈現出西南側整體偏低、局部偏高，東北側偏高。從灌區位置劃分，整體上湖區灌區HCO3-的含量明顯高于壩區和泉山灌區，壩區灌區局部地區偏高。從鄉鎮位置劃分，可以發現總體上是西渠鎮、收成鄉、東湖鎮、大壩鄉、蘇武鄉含量最高，其他鄉鎮SO42-的含量較低。

圖8 HCO3-空間分布

3 結果分析討論

本研究發現灌區土壤含鹽量的空間分布呈現出西南側整體偏低、局部偏高，東北側偏高（見圖1）。其成因主要為成土母質在強烈的風化作用下，土壤鹽分易隨水流運移，遷移到下游積累［6］。在氣候干燥，降水稀少，蒸發強烈的條件下聚集于土壤表層，導致下游土壤表層鹽分含量升高。灌區局部低洼地處［7］，其地下水位相對比較高，容易把溶解在水中的鹽帶到表層，在強烈的蒸發作用下，水分蒸發，鹽分聚集，從而造成上游局部區域鹽分含量升高。另外，多年連續灌溉與耕作等人為活動［8］改變了土壤鹽分原有的空間格局，在一定程度上促成其空間分布的復雜性，均成為該區土壤鹽分差異性的原因。

該地區Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-的空間分布特征高度相似（見圖4至圖8），表明紅崖山灌區土壤中Ca2+、Mg2+與SO42-、HCO3-為主要的結合方式。K+和Na+的化學性質特別活潑，與SO42-、HCO3-、Cl-結合成的鹽都是可溶鹽，受淋溶作用影響強烈，極易流失，不易在土壤中積累，隨水流運移，遷移到下游，導致K+、Na+在下游含量高（見圖2、3），Ca2+、Mg2+與K+、Na+相比化學性質不活潑，在化學分異過程中，其沉淀在鉀鈉之前。Ca2+與SO42-結合生成CaSO4，微溶于水，HCO3-，不穩定，在地下水流動過程中容易分解成CO32-，而與Ca2+、Mg2+結合生成CaCO3、MgCO3沉淀。在長時間地下水流沖蝕和人為活動作用下，在洼地處和灌區下游土壤鹽分積聚，離子含量升高。

此外，研究中還發現含鹽量及各離子的鹽分含量數值都要偏小。其原因可能是民勤地區冬季會進行農業灌溉，進行土壤壓鹽，土壤含鹽量會降低［9］。因而，導致土壤含鹽量及其離子鹽分偏小。

4 結論

①紅崖山灌區土壤含鹽量的空間分布呈現出西南側整體偏低、局部偏高，東北側偏高。

②土壤含鹽量、Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-的空間分布特征高度相似，表明紅崖山灌區土壤中Ca2+、Mg2+與SO42-、HCO3-為主要的結合方式。

③紅崖山灌區本身所處氣候環境、地形地貌、水文地質等因素直接決定了土壤含鹽量空間分布特征，其次多年連續灌溉與耕作等人為活動等增強了土壤含鹽量的空間關聯性，加劇了該區域的土壤次生鹽漬化。

④土壤鹽漬化對于生態環境修復和農業生產具有重要的影響，了解土壤鹽漬化程度與空間分布特征可以為該區生態環境修復、鹽漬土改良、農業生產發展等提供合理的依據。