吕乐福， 池风龙， 刘庆岭， 任 娜，周国华， 卢立波， 李晓云， 刘春生

(1.天津大学环境科学与工程学院,天津 300072；2.天津生态城投资开发有限公司；3.天津生态城市政景观有限公司:天津 300467；4.天津科技大学造纸学院，天津 300457；5.山东农业大学资源与环境学院，山东 泰安 271018)

土壤盐渍化是一种严重的土地退化类型，具有很强的环境风险和危害，是全球范围内普遍关注的生态环境问题[1]。我国盐渍土总面积约9.9×107hm2，其中，现代盐渍化土壤约3.7×107hm2，残余盐渍化土壤约4.5×107hm2，潜在盐渍化土壤约1.7×107hm2，集中分布于我国的西北、华北、东北干旱、半干旱地带及沿海地区[2-3]。土壤盐渍化共同的特点是含有显著的盐碱成分，除表现为土壤理化性状不良外，还会对植物生长产生不同程度的抑制作用，甚至导致其死亡，严重制约了农业生产和城市园林绿化的发展[4-6]。

中新天津生态城位于天津市滨海新区东部，其前身是一片淤泥质盐渍土滩涂，海退时间短，地下水位高，水质矿化度大[7]，加之围海吹填造陆[8]，成土母质中盐分含量多[9]，土壤盐渍化程度极为严重，属于典型滨海盐渍土。随着区域内经济的快速发展，人口增长与土地资源相对紧缺的矛盾日益突出，开发利用盐渍荒地，提高盐渍化土壤质量是解决城市发展问题的重要途径，对于园林城市生态系统的恢复与重建，经济的稳定与发展具有重大的现实意义。本项目主要对中新天津生态城中新合作区的西部、西北部、东部和南部进行了调研，共采集土壤表层样品184个，通过对区域内土壤样品的盐分和养分状况进行分析，提出相应对策，旨在为区域城市的发展和规划提供数据支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查区域概况

中新天津生态城位于天津市滨海新区东北部，渤海湾西岸。地貌类型主要为平原和洼地，土壤类型为滨海滩地盐土，土壤特性受到气候、水文等自然条件以及改良、吹填等人为因素的强烈干扰，具有显著的地域性差异。该地区地下水位较高，且矿化程度大，区域内有蓟运河和永定新河2条主干河流，但淡水资源仍较为匮乏。气候类型为大陆性半湿润季风气候，并具有海洋性气候特点，四季特征分明：春旱多风少雨，夏热高温降水集中，秋季风和日丽，冬冷干燥少雪。全年平均降水量约为580 mm，年内降水分布不均，多集中于7～8月份，占全年50%以上。该地域年平均蒸发量大，是降水量的3倍多，全年以5月份最为突出。地区内原生植物种类单一，主要有芦苇、碱蓬和柽柳等，生态环境脆弱。

1.2 调查方案设计

2015年12月-2016年3月对调查区域进行踏勘，根据区域土壤性质及土地利用情况，将整个调查区分为西北采样区(NW区，70个点)、东部采样区(E区，43个点)、南部采样区(S区，27个点)和西部采样区(W区，44个点)4个片区，如图1所示。2016年4月进行样品采集，周期为1个月，取样点采用GPS精确定位，取样深度为0～20 cm，考虑到区域面积、土壤均匀程度和地势实际情况，选用“S”路线取样法，每个点取样6次，采用4分法将混合均匀后的样品分为1个，样品重1 000 g。土壤样品采回实验室后，置于阴暗、避光、通风、洁净处，自然风干，剔除土壤中混杂的石粒、动植物残体等杂物后，将样品研磨，过筛，装瓶密封后备用。

图1 调查区域采样点分布图

1.3 测定项目与方法

2016年5～6月进行样品分析和测试，主要检测指标有土壤有效磷、速效钾、有机质、pH值、水溶性盐含量以及Ca2+、Mg2+、K+、Na+、CO32-、HCO3-、Cl-和SO42-等8大离子，具体方法为：

土壤中有效磷含量测定参考标准NY/T 1121.7-2014《土壤检测 第7部分：土壤有效磷的测定》；

土壤中速效钾含量测定参考标准LY/T 1234-2015《森林土壤钾的测定》；

土壤中有机质含量测定参考标准NY/T 1121.6-2006《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》；

土壤中pH的测定参考标准NY/T 1121.2-2006《土壤检测 第2部分：土壤pH的测定》；

土壤中水溶性盐、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、CO32-、HCO3-、Cl-和SO42-含量测定参考标准LY/T 1251-1999《森林土壤水溶性盐分分析》。

钠吸附比(SAR)是衡量土壤盐碱化程度的重要指标，计算公式为：

用Excel 2016软件、Origin9.3软件、SPSS 18.0软件和ArcGIS9.3软件进行数据处理、制图和分析。

2 结果与分析

2.1 调查区域盐渍化离子分布特征

中新天津生态城调查区域土壤的基本理化性质如表1所示。

表1 调查区域土壤理化指标

由表1可知，调查区域NW区土壤样品共70个，水溶性盐含量范围为616.53～28 992.00 mg/kg，变异系数达到1.37，其中，水溶性盐总量在3 000 mg/kg以下的样点数为37个，占52.86%，3 000 mg/kg以上的样点数为33个，占47.14%。W区土壤样品共44个，水溶性盐总量范围为696.16～35 414.50 mg/kg，变异系数为1.15，水溶性盐总量在3 000 mg/kg以下的样点数为19个，占43.18%，在3 000 mg/kg以上的样点数为33个，占56.82%。E区土壤样品共43个，水溶性盐总量范围为649.00～44 029.88 mg/kg，变异系数达到1.18，水溶性盐总量在3 000 mg/kg以下的样点数为17个，占39.53%，3 000 mg/kg以上的样点数为26个，占60.47%。S区土壤样品共44个，水溶性盐总量范围为892.52～24 592.00 mg/kg，变异系数为0.88，水溶性盐总量在3 000 mg/kg以下的样点数为11个，占40.74%，3 000 mg/kg以上的样点数为16个，占59.26%。总的看来，调查区域水溶性盐含量存在明显差异，变异系数较大，土壤从非盐土到盐土均有分布，4个区域水溶性盐含量均值从大到小依次为：E区>S区>W区>NW区。

由表1还可以看出，调查区域4个分区土壤理化性状存在共性特征，土壤中碱金属及碱土金属阳离子以Na+为主，其次为Ca2+；阴离子主要以Cl-和SO42-方式存在，HCO3-含量较低，基本不含CO32-，表明该区域盐渍化主要化合物为NaCl型和Na2SO4型。调查区域土壤pH均呈碱性，其中，pH>8.50的样点数分别为：NW区13个，占比18.57%；W区19个，占比43.18；E区16个，占比37.21%；S区3个，占比11.11%。4个分区pH均值按从大到小顺序排列为：W区>E区>NW区>S区。

2.2 调查区域主要养分分布特征

土壤有效磷和速效钾表示土壤中易被植物吸收利用的磷素和钾素，是衡量土壤磷钾养分供应能力的现实指标，它标志目前和近期可供植物吸收利用磷钾的数量。土壤有机质是土壤的重要组成部分，对土壤的物理、化学和生物学性质都有着深刻的影响。调查区域土壤有效磷、速效钾和有机质的含量指标见图2。由图2可知，调查区域绝大部分样点土壤有效磷含量介于10.00～40.00 mg/kg，占总采样点的87.50%，属于第2次全国土壤普查养分分级标准所规定的二级水平(丰富)、三级水平(中等)。区域内缺磷(<10.00 mg/kg)和磷素极丰富(>40 mg/kg)的采样点分别占比为2.17%和10.33%。4个分区中有效磷含量均值从大到小依次为：NW区>W区>S区>E区。从土壤速效钾含量上看，调查区域内速效钾含量均达到一级水平(>200.00 mg/kg，极丰富)，4个分区中，S区>E区≈W区>NW区。调查区域土壤中有机质含量整体偏低，其中，达到中等水平以上(>20.00 g/kg)采样点占比为9.78%，低水平(10.00～20.00 g/kg)占比为48.37%，较低和极低水平(<10.00 g/kg)的占比41.85%。4个分区中，NW区有机质含量最高，其次为S区，再次为W区，最低为E区。结果表明，调查区域土壤速效钾含量极丰富，有效磷肥力水平中等偏上，有机质含量较为匮乏，同时区域内养分含量分布存在空间不均衡性。

图2 调查区域土壤养分指标

2.3 调查区域盐渍化因子主成分分析

采用主成分分析方法，不仅可以找出导致该地区土壤盐渍化的特征因子，而且可以保证在绝大部分信息不损失的前提下，将多个相互关联的变量经过重新组合，转化为多个相互独立的综合变量，作为该地区盐碱化程度的评价指标。对4个分区所有样品的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-、水溶性盐、pH、有效磷、速效钾和有机质含量共13个检测指标进行降维处理，提取出2个主成分(图3)。由图3可知，NW区第1主成分的贡献率为49.18%，特征向量水溶性盐、Cl-、Na+、K+、Mg2+和SO42-在第1主成分上体现很强的正载荷，而特征向量HCO3-、pH值和CO32-在第1主成分上体现出负载荷。故将第1主成分归纳为反映土壤盐碱化状况的综合指标，其信息量大，解释能力强。第2主成分的贡献率为21.80%，特征向量有机质、有效磷、Ca2+、速效钾在第2主成分上呈正载荷，因此，可以将第2主成分归纳为反映土壤营养状况的综合指标。pH值、Na+、Cl-和水溶性盐等指标在第2主成分上呈现不同程度的负载荷，与有机质、有效磷、Ca2+、速效钾反应土壤肥力的指标相反，表明pH值、Na+、Cl-和水溶性盐4个指标是限制NW区植物生长以及土壤肥力积累的关键控制因子。对其他3个调查区域进行主成分分析，除E区略有差异外，W区和S区各特征向量在主成分上的载荷表现与NW区基本一致。4个分区2个主成分的贡献率在70%左右，基本能够涵盖并反映调查区域全部数据信息。

图3 调查区域因素主成分分析

2.4 调查区域水溶性盐空间分布特征

调查区域土壤水溶性盐含量水平分布采用空间插值-普通克里格方法，球状变异函数模型，空间分辨率10 m。各功能区水溶性盐含量变化范围相近，空间分布具有一定的结构特征，基本上呈现“斑块-条带”状交替分布格局，呈现出较为明显的含量梯度变化特征(图4)。4个调查区域中，NW区西部出现土壤水溶性盐含量大于9 915.47 mg/kg(9 900 mg/kg，盐土)的高值中心，南部还存在两个次高级中心，整体上由西南向东北土壤含盐量逐步降低，最终在东北部形成较大面积的水溶性盐含量介于946.98～2 068.05 mg/kg(900～2 100 mg/kg，基本集中于微盐渍土范围)的低值区。E区土壤水溶性盐含量的高值区出现在该区域偏北部，并以其为中心向两侧南北方向有规律展布，在南部形成低值区域。W区区域形状为狭长且不规则的环状，土壤水溶性盐含量相对其他分区空间自相关性的显著度稍低；其中部为水溶性盐含量高值区，在南北2个方向上含盐量有所降低，并在地块南北两侧分别出现零星小面积低值区。S区土壤水溶性盐含量整体上由南至北递减，在区域南部及北部分别存在两个高值、低值中心。

由图4还可以看出，调查区域内微盐渍土和非盐渍土(水溶性盐<3 000 mg/kg)面积占区域总面积的10.46%，主要分布于NW区东北部和W区东北部小面积区域；轻度盐渍土(水溶性盐范围3 000～5 000 mg/kg)面积占比为20.52%，主要分布于NW区中部，E区北部及中部，S区北部，W区东北部；中重度盐渍土(水溶性盐范围5 000～10 000 mg/kg)面积占比为63.25%，主要分布于NW区中部及南部，E区南北两侧及中部地区，S区中部及南部，W区除东北部外的大部地区；盐土(水溶性盐>10 000 mg/kg)面积占比为5.77%，主要分布于E区中北部地区。结果表明，调查区域土壤大部分属于中重度盐渍土，土壤盐渍化较为严重，限制了区域内园林植物的生长和发育。

图4 调查区域土壤水溶性盐空间分布

2.5 调查区域土壤钠吸附比

钠的吸附比(SAR值)用于反应土壤中钙镁离子的存在对交换性钠离子的碱化作用的中和作用，用以表示钠离子和土壤交换反应的相对活度，其含量的高低可以预测盐碱化土壤理化性质的变化动向[10]。由图5可知，调查区域4个分区SAR值从大到小顺序排列为：E区>S区>W区>NW区，说明E区土壤胶体表面Na+自由活度高，最容易导致土壤次生碱化。

图5 调查区域土壤钠吸附比

3 讨论

土壤盐渍化会引起一般植物的生理干旱，造成植物细胞脱水，对植物产生毒害，降低土壤养分的有效性，并进一步恶化土壤结构，成为土地可持续利用的最大障碍[11～13]。因此，考虑土地园林绿化利用可行性，重点分析土壤中的水溶性盐含量。调查区域范围划分为4个分区域，共布设采样点184个，从检测数据统计结果看，区域内土壤水溶性盐含量高且变异系数大，超过3 000 mg/ kg的采样点100个，占总量的54.35%(表1)；中重度盐渍土面积分布广，占调查面积的63.25%，分布区域存在空间不均衡性(图4)。调查区域内土壤水溶性盐组成主要以Na+、Cl-和SO42-构成，这与其他滨海地区一样，土壤盐分以氯化钠和硫酸钠等中性盐类为主[14]。通过主成分分析结果也表明，第1主成分代表土壤盐碱化状况的综合指标，与水溶性盐一致，Cl-、Na+和SO42-在第1主成分上也呈现出较强的正载荷(图3)。由于滨海地区近海浅层与海水相连，地下水位高，水体矿化度高，表层土壤容易积盐，盐分组成也与海水基本一致[15]。

土壤pH值是反映土壤酸碱状况的重要土壤指标，直接影响土壤养分的存在形态、转化和有效性，进而直接影响作物的生长发育[16]。调查区域土壤pH值均呈碱性，大部分pH值均低于8.50，土壤物理性状较为稳定，不会显现碱土的特征。但是，区域内pH值>8.50的样点数仍有51个，占总量的27.72%(表1)。土壤碱化与盐化有着发生学上的联系，碱性土壤成因可能是盐土脱盐到一定程度后，土壤胶体上交换性钠发生解吸的原因[17]。随着土壤的“碱化作用”，表现为“土粒分散，湿时泥泞，干时硬结等”碱土特性。从土壤钠吸附比上看，区域内土壤SAR值均较高，钠离子容易解吸，导致土壤次生碱化，加重区域土壤碱化程度。

调查区域内土壤养分状况表现为速效钾极为丰富，有效磷中等偏上，有机质较为匮乏(图2)。从土壤形成过程看，区域内土壤以海相沉积物上覆盖河流沉积物堆积而成，具有滨海与内陆交接地带成土母质的特点，冲积母质中富含钾素和磷素。另外，区域内部分土壤形成为围海造陆吹填土，内含有机质质量分数较低(占比为8%～10%)，沉积物主要为黏土和细砂，土壤养分状况与吹填材料有着直接关系[8]。因此，从提高区域肥力上看，应增施有机肥料来提高土壤有机质含量，进而改善土壤理化性状。

调查区域内土壤利用状况，既要考虑土壤盐渍化程度，又要注重土壤养分补充和平衡。主要改良措施建议如下：

1) 轻度盐渍化区域(水溶性盐<3 000 mg/kg)

区域盐渍化程度较轻，植被成活率可达70%～80%。在土壤盐分监测的基础上，增施有机肥料，增加土壤中的有机质，促进土壤团粒结构，改善土壤通气透水性。植被选择易于繁殖管理、速生浅根、经济及园林观赏价值高的常用绿化植物种，结合部分甜土植物，构建改良轻度盐渍化土壤，保持良好土壤性质，具有较强景观美化作用的植物群落。

2) 中度盐渍化区域(水溶性盐范围为3 000～5 000 mg/kg)

区域土壤盐渍化对植被生长的盐胁迫明显加重。结合当地地质、土壤状况设置暗沟排水、暗管排盐、铺设隔淋层、放置侧渗隔板等隔盐洗盐土壤改良工程措施。植物选择适应较低浓度含盐量、可合成大量有机物质以降低细胞水势的植物，构建具有较强盐碱土改良功能的生态绿地。代表性植物如下：紫穗槐AmorphafruticosaLinn.、火炬树Rhustyphina、臭椿Ailanthusaltissima(Miller) Swingle、刺槐RobiniapseudoacaciaL.、榆树UlmuspumilaL.、白蜡FraxinuschinensisRoxb.、月季RosachinensisJacq.、马蔺IrislacteaPall.等。

3) 重度盐渍化区域(水溶性盐范围为5 000～10 000 mg/kg)

区域土壤盐渍化程度高，植被成活率低于50%。区域除增设盐渍土壤改良工程措施外，还需加强土壤水盐监测。植物选择适应较高浓度含盐量的盐生植物。代表性植物如下：碱蓬Suaedaglauca(Bunge) Bunge、盐角草SalicorniaeuropaeaL.、白刺NitrariatangutorumBobr.、地肤Kochiascoparia(L.) Schrad.、柽柳TamarixchinensisLour.、獐毛Aeluropussinensis(Debeaux) Tzvel.、芦苇Phragmitesaustralis(Cav.) Trin.ex Steud.等。

4) 盐土区域(水溶性盐>10 000 mg/kg)

区域土壤盐渍化十分严重，植被生长的盐胁迫现象明显。区域在增设盐碱土壤改良工程措施，加强土壤水盐监测的基础上，可根据实际情况增加化学改良措施。通过化学改良剂等改变土壤胶体所吸附的阳离子组成以促进团粒结构形成，改善土壤结构，延缓土壤返盐。植被选择可适应较高浓度含盐量的盐生植物构建植被群落，以保证植被成活率及可持续性。

4 结论

1) 调查区域水溶性盐含量整体偏高，变异系数较大，盐渍化程度存在空间不均衡性，其中非盐渍土、轻度盐渍土、中重度盐渍土和盐土面积分别占10.46%、20.52%、63.25%和5.77%，E区土壤盐渍化程度最高。

2) 调查区域土壤盐分中阳离子以Na+为主，其次为Ca2+；阴离子主要以Cl-和SO42-方式存在，HCO3-含量较低，基本不含CO32-，属于典型滨海盐渍土。土壤养分状况呈现“钾多磷足有机质匮乏”的特点，在进行土壤改良时，应注重施用有机肥料，来补充土壤有机质含量，达到改善土壤物理结构的目的。

3) 主成分分析对13个特征因子进行了提取，归纳出2个主成分，贡献率达到70%，其中第1主成分反映了土壤盐碱化状况，第2主成分反映了土壤营养状况。根据调查区域主成分分析可知，pH、Na+、Cl-和水溶性盐4个指标是限制区域植物生长以及土壤肥力积累的关键因子，应重点控制。

4) 调查区域土壤改良策略除重点关注土壤水溶性盐含量外，还要注意其他养分的补充，但要做到养分平衡，防止改良过程中发生次生盐渍化和碱化的二次风险。针对区域内土壤盐渍化严重程度，改良措施还应充分考虑洗盐、隔盐和排盐等工程措施，甜土植物、耐盐植物和盐生植物综合复配组合生物措施及化学措施。