赵慧，李新国,毛东雷，麦麦提吐尔逊·艾则孜

(新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，新疆 乌鲁木齐 830054)

土壤盐分变化特征是气候变化、地形变化以及人为因素作用于盐分运移的综合反映，在一定程度上反映了土壤剖面的盐渍化程度和状态[1-2].土壤盐分在土壤中含量、分布规律以及聚集特征决定了土壤盐渍化等级[3-4].土壤盐分含量是衡量土壤盐渍化程度和状态的重要指标,土壤盐分含量过高，会危害农作物减产或绝收、影响植被生长并间接造成生态环境恶化[5-7].因此对土壤盐分和迁移规律、空间分布及其环境影响因子关系分析是进而因地制宜提出盐渍土分区、改良等措施的前提基础，具有重要的意义[8-10].李涛等[11]分析土壤肥料的种类对土壤盐分的影响；张蛟[12]通过分析盐分动态及土壤因子变化，提出在滩涂围垦区农业利用时，应在雨季前或秋季前采用人为措施，加速土壤降盐或控盐；王巧焕[13]利用等值线分析了阿拉善腰坝绿洲的土壤全盐量的分布特征.研究土壤盐分特征方面，在研究方法上，大多学者采用地统计学、经典统计学方法等进行分析[14-16]，但这些方法无法直接给出土壤盐分与土壤盐分离子的关系，而冗余分析(RDA)是以排序轴的方式展示其空间分布特征及与环境因子之间的关系，包含信息量大，结果明确直观，已有学者将此方法运用到研究土壤与环境因子方面，并且该方法也已经在其他领域得到验证[17-18].从时间维度上，大多以单一季节为主，而对于土壤盐分季节性特征分析的比较少，而在不同的季节土壤盐分受自然因素和人类活动的影响因素会有很大不同，只从单一季节进行研究对认识土壤盐分会有一定局限性.以博斯腾湖西岸湖滨带绿洲为研究区,采用Person相关性、冗余分析方法、半方差函数和空间插值方法相结合的方式分析研究区土壤盐分含量、电导率和土壤盐分离子随季节变化的特征.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

博斯腾湖西岸湖滨带绿洲位于新疆焉耆盆地西北部，湖滨绿洲受到博斯腾湖水域的调节，形成春季气候多变，夏季干旱炎热，秋季降温迅速，冬季严寒的典型大陆性荒漠气候.年平均气温8.2～11.5 ℃，7月平均气温22.9～26.0 ℃，1月平均气温-12.3～-7.8 ℃，无霜期175.8～211.3 d，年蒸发量1 880.0～2 785.8 mm，年降水量47.7～68.1 mm，蒸降比高达40∶1.研究区内土壤类型主要有草甸土、沼泽地、灌耕潮土、盐土、风沙土、棕漠土等，地下水埋深1.0～2.5 m，矿化度为土样样品采集0.1～10 g/L[19-20].湖滨植物有芦苇、柽柳等.由于独特的地理位置，干旱的气候荒漠条件，活跃的地表水以及地下水补给，富含盐分的母质环境以及人类活动，研究区平均土壤盐分含量为2.84 g/kg[21].

1.2 土壤样品采集及测定

根据研究区土壤类型的现状，结合研究区的土壤盐分状况，采用GPS定位技术，使采样点尽可能遍及研究区范围内的主要土地利用类型，考虑采样点的水文地貌条件、植被覆盖类型以及土壤盐渍化程度等因素，随机选取12个样点进行土壤采集，每个样点3次重复.采样时间分别于夏季(2017年7月21日～24日)、秋季(2017年10月2日～5日)、春季(2018年4月13日～16日)各采样1次，3次采样点位置保持一致，采用分层随机取样的方法，每个样本点范围分0～20、20～50 cm 2个采样剖面深度进行.春季、夏季、秋季分别采集样品72份，共计216份.将土壤样品带回实验室经过前期处理自然风干后除去枯枝、残叶等杂质，磨碎过2 mm网筛后备用，按照5∶1的水土浸提液比例进行配置,并用电导仪测定浸提液25 ℃时的电导率(EC，ms/cm).

Cl-用AgNO3滴定法测定，CO32-和HCO3-采用标准H2SO4双指示剂法中和滴定法测定，Na+和K+采用差减法；Ca2+、Mg2+采用EDTA络合滴定法测定，SO42-采用EDTA间接滴定法测定[22].

图1 研究区位置 Figure 1 Map of the study area

1.3 数据处理

1.3.1 冗余分析方法 对春季、夏季、秋季的土壤盐分含量、电导率及土壤盐分离子进行降趋势对应分析(DCA)，根据排序轴梯度长度(LGA)的适用范围选择合适的模型，当LGA<3.00适合线性模型(RDA)，LGA>4.00适合非线性模型(CCA)，介于3.00～4.00之间，两种模型均适合[23].春季、夏季、秋季的LGA最大值分别为1.34、1.32、1.28，均小于3.00，适合于冗余分析.

1.3.2 显著差异性检验 单因素方差分析是用来研究1个控制变量的不同水平是否对观测变量产生显著影响[24].利用单因素方差分析春季、夏季、秋季的土壤盐分含量(TS)、电导率(EC)及主要土壤盐分离子的显著差异性变化特征，单因素方差分析在SPSS 22.0统计软件中实现.

2 结果与分析

2.1 主要土壤盐分离子的统计特征

由表1可知，夏季土壤盐分含量为3.02 g/kg，分别比春季、秋季的土壤盐分含量高199.01%、143.55%，春季与秋季的土壤盐分含量相差0.23 g/kg.随着土壤剖面深度的增加土壤盐分含量逐渐减少，表现为表聚型，从0～20 cm到0～50 cm变化幅度最大的是夏季，减少了1.43 g/kg，是春季、秋季的土壤盐分含量减少的3倍.春季、夏季的土壤盐分含量的变异系数随着剖面增加，变异系数分别增加3.11%、5.91%，而秋季则相反，变异系数减少21.77%.变异系数CV反映土壤特性的空间分布离散程度，当CV≤10.00%时属于弱变异性，10.00%100.00%则呈强变异性[13].在0～50 cm剖面土壤盐分的变异系数春季、秋季的分别为87.67%、85.46%，比夏季高29.42%、27.21%，均表现为中等变异性.

由图2可知，春季、夏季、秋季的土壤盐分含量与Na++K+都呈现极显著正相关(P<0.01)，相关系数达到0.99.Cl-与TS在春季、夏季、秋季均呈现极显著正相关(P<0.01)，相关系数分别为0.71、0.90、0.96.Cl-与Na++K+也均呈现极显著正相关(P<0.01)，相关系数最大的是秋季为0.95，相关性较小的是春季为0.64.秋季的Na++K与 Mg2+、Cl-的相关系数分别为0.73、0.95，TS与Mg2+、Cl-的相关系数分别为0.75、0，96，Cl-与Mg2+、EC的相关系数分别为0.76、0.81都呈极显著正相关(P<0.01).

表1 土壤剖面盐分含量在不同季节的描述性统计

图2 土壤盐分主要组分间的季节性相关性分析 Figure 2 Correlation analysis among the main components of soil salt in spring，summer and autumn

由图3可知，春季、夏季、秋季的主要土壤盐分离子含量表现为Na++K+最高，其次为Cl-、SO42，随着剖面增加土壤盐分含量都减少.利用差异性检验对0～20、20～50 cm土层分析表明，Na++K+、Cl-、Ca2+夏季显著高于春季和秋季(P<0.01),而春季和秋季差异性不显著；在0～20 cm土层，SO42-在夏季和秋季差异性极显著(P<0.01)；在20～50 cm土层，Mg2+在春季和夏季差异性极显著(P<0.01).

A：0～20 cm土层；B：20～50 cm土层.A：0～20 cm soil layer；B：20～50 cm soil layer.图3 土壤剖面盐分离子季节性分布特征 Figure 3 Seasonal distribution characteristics of soil profile salt separators

在0～20 cm土层，随着季节的变化，HCO3-的变异系数逐渐增加，秋季最大；SO42-的变异系数逐渐减少，春季最大；其他离子变化呈现“V”型，春季最大.春季的Ca2+、Cl-、Mg2+、SO42-变异较为强烈，介于100.00%～227.00%之间，其中Mg2+变异系数最大为227.00%.秋季的Ca2+、Cl-、Mg2+的变异系数分别为136.00%、131.00%、104.00%，均属于强度变异.在20～50 cm土层，随着季节的变化，Mg2+的变异系数逐渐增加，秋季的变异性较强；Na++K+、Cl-、HCO3-、SO42-的变异系数表现为“V”型，夏季的变异性相对小；Ca2+的变异系数表现为“∧”型，夏季最大；除了秋季的Cl-、Mg2+的变异系数是133.00%、173.00%，春季的SO42-的变异系数是118.00%为强变异性.

2.2 土壤盐分含量与主要土壤盐分离子的冗余分析

采用冗余分析，以主要土壤盐分离子为环境变量，以TS和EC为物种变量，分析土壤盐分含量与主要土壤盐分离子的数量关系.由表2可知，春季、夏季、秋季的物种在排序轴1、排序轴2的解释变量分别为85.30%、3.30%；36.90%、2.10%；79.00%、1.10%.春季、秋季的前2个排序轴总共解释88.60%、80.10%的物种和100.00%、100.00%的物种-环境关系.夏季的前2个排序轴的解释变量比较低，大部分集中在排序轴3，但是物种-环境关系达到了100.00%，所以轴1和轴2也较好的反映了物种与环境的关系.从3个不同季节来分析物种与环境相关性，春季的相关性较高，排序轴1、排序轴2的相关系数分别为0.94、0.98；秋季次之.蒙特卡洛检验(Monte Carlo test) 表现为春季排序轴1(F=411.00，P=0.002)，全轴(F=91.80，P=0.002)；夏季排序轴1(F=40.90，P=0.002)，全轴(F=7.40，P=0.002)；秋季排序轴1(F=188.00，P=0.002)，全轴(F=33.50，P=0.002)，呈极显著相关关系(P<0.01)，说明对不同季节的土壤盐分含量与主要土壤盐分离子进行的冗余分析排序结果是可信的.

由图4可知，在春季的土壤盐分含量中，轴1主要受Ca2+的影响，其次是Cl-，轴2分别与SO42-、Mg2+呈正相关；夏季，轴1主要受Mg2+，其次是Cl-、Ca2+的影响，轴2主要受SO42-，其次是HCO3-影响；秋季，轴1主要受Cl-、Ca2+的影响，轴2主要受SO42-，其次是HCO3-影响.春季、夏季、秋季的土壤盐分含量主要受Cl-、Ca2+、SO42-的影响.土壤盐分含量与主要土壤盐分离子线越接近，表明土壤盐分含量受其影响越大.春季的土壤盐分含量主要受Na++K+的影响，电导率主要受Ca2+影响，都呈正相关(P<0.01)；夏季的土壤盐分含量主要受Na++K+影响、其次是Ca2+，电导率主要受Mg2+影响；秋季的土壤盐分含量主要受Na++K+、Ca2+、Cl-影响，电导率主要受Cl-影响.春季、夏季、秋季的土壤盐分含量主要受Na++K+影响，呈极显著正相关(P<0.01)；夏季、秋季的土壤盐分含量主要受Na++K+、Ca2+的影响，呈现极显著正相关(P<0.01).

表2 土壤盐分含量与主要土壤盐分离子的冗余分析

图4 物种和环境关系在春季、夏季、秋季的RDA排序图Figure 4 Biplots of the redundancy analysis (RDA) on the relationship between the species-environmental in spring，summer and autumn

2.3 不同季节土壤盐分指标的半方差函数分析

采用高斯模型，分析春季、夏季、秋季的土壤盐分的空间变异性.由表3可知，3个不同季节的土壤盐分均符合高斯模型，该模型的决定系数分别为0.55、0.80、0.51，表明拟合程度良好.结构性因子(C/C0+C)表示空间的异质性程度，比值小于25.00%、25.00%～75.00%、大于75.00%分别表示弱、中等、强空间相关性[25].3个不同季节的土壤盐分含量结构性因子分别为99.97%、98.39%、77.37%，均大于75.00%，表现为强空间相关性.

表3 不同季节盐分含量指标的半方差函数模型及其参数

2.4 不同季节土壤盐分指标的空间分布格局

由图5可知，春季土壤盐分含量表现为从研究区东北部向西南递减，盐分含量最高值为2.69 g/kg，比最小值高出2.29 g/kg；夏季土壤盐分含量高值区在东北部和西南部，分别为3.97 g/kg、3.91 g/kg；秋季土壤盐分含量高值区在中部东部，并且由东向西递减，盐分含量最高值为2.99 g/kg，比最小值高出2.11 g/kg.土壤盐分含量主要集中在中部东北方向，并且呈现出从东部向西部递减的趋势.

3 讨论

博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤盐分变化已有大量研究，涉及到不同植被类型与土壤盐分的特征分析[20]、土壤剖面盐分动态变化[21]、土壤盐渍化动态变化等方面[19].但是关于土壤剖面盐分含量随季节的变化特征的研究鲜有报道.研究区的土壤盐分与Na++K+的相关性较高，呈极显著正相关(P<0.01)，且利用冗余分析更加客观的展现出土壤盐分含量与Na++K+的高关联性，说明盐分含量的空间分布主要受控于Na++K+，这与李志等[23]研究结果基本一致；春季、秋季的土壤盐分空间变异性高于夏季的土壤盐分空间变异性，这与马成霞等[26]研究基本一致；从土壤盐分剖面深度的含盐量分析得到，在不同季节的土壤盐分均呈表聚性，这与梁东等[21]对博斯腾湖西岸湖滨土壤剖面盐分特征分析基本一致.研究区的土壤盐分含量夏季高于春季和秋季的土壤盐分含量，与张天举等[24]、支欢欢等[27]对滨海地区的研究结果有差异.研究区土壤母质富含盐分、蒸发量远大于降水量、地下水位的季节变化等因素，形成夏季土壤积盐，春季与秋季土壤脱盐的季节性动态特征.博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤盐分含量的季节变化的趋势，有待于进一步研究.

图5 春季、夏季、秋季的土壤盐分含量空间分布Figure 5 Spatial distribution of soil salinity content in spring，summer and autumn

4 结论

1) 夏季土壤盐分含量为3.02 g/kg，分别比春季、秋季土壤盐分含量高199.01%、143.55%.春季、夏季、秋季的土壤盐分均呈表聚型，随剖面深度增加变化幅度最大的是夏季，减少了1.43 g/kg.春季、夏季随着土壤剖面深度增加，变异系数分别增加3.11%、5.91%，而秋季则相反，变化幅度较大，减少21.77%.

2) 春季、夏季、秋季的土壤盐分含量与主要土壤盐分离子Na++K+、Cl-、Mg2+呈极显著正相关(P<0.01)，与Na++K+相关性较高，均达到0.99.Na++K+是研究区的主要盐分离子,在春季、夏季、秋季的Na++K+分别占土壤盐分离子总量的45.10%、44.80%、44.70%.春季的土壤盐分含量主要受Na++K+影响；夏季、秋季的土壤盐分含量主要受Na++K+、Ca2+含量的影响，均呈现极显著正相关(P<0.01).

3) 春季、夏季、秋季的土壤盐分结构性因子分别为99.97%、98.39%、77.37%，均大于75.00%，表现为强空间相关性.春季、夏季、秋季的土壤盐分含量高值区主要集中在研究区中部东北部，夏季的土壤盐分含量最高为3.97 g/kg，比春季、秋季的土壤盐分含量高1.28、0.98 g/kg.