黄河三角洲垦利县10 a土壤盐分时空变化研究

2019-09-10张晓光赖红羽李旭霖李士美崔德杰

人民黄河 2019年4期

张晓光　赖红羽　李旭霖　李士美　崔德杰

摘要：以黄河三角洲典型县城垦利县为研究区，通过野外调查采样，利用CIS技术研究了2007-2016年土壤盐分时空变化情况，结果表明：研究区2007-2016年土壤盐渍化具有强烈的变异特点，10 a间不同盐渍化程度的土地面积变化明显;非盐渍化土壤面积变动轻微，中度和重度盐渍化土壤面积降低了39.27%，轻度盐渍化土壤面积增加了10.03%，盐土面积也显著增加;盐渍化程度明显减轻的区域主要分布在垦利县中部和东南部，盐渍化程度明显加重的区域主要分布在垦利县西南、中南和东部区域;盐渍化程度变动与近年来秸秆还田、海水浸润、土地利用方式改变等有很大关系，可以根据土壤的水盐状况来调整土地利用方式，有效、合理利用盐渍化土地。

关键词：土壤盐渍化;土壤电导率;土地利用方式;黄河三角洲;

中图分类号：TV213;S156

文献标志码：A

doi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.04.014

我国盐渍土主要分布在西北、华北、东北地区及沿海地区[1]，不同地区盐渍化状况不尽相同。黄河三角洲形成的原因是.黄河携带大量泥沙流经渤海凹陷處，泥沙在此处沉积形成冲积平原[2]。由于靠近渤海，受海水入侵或顶托影响，因此盐渍土呈现典型的滨海盐渍土特点，盐分以氯化物为主。再加上地下水位高、海拔较低等特点，该区域盐渍化程度严重，已成为制约当地经济发展的重要因素之一[3-4]。因此，有必要监测其空间分布特点、掌握其时间变化规律。

土壤盐渍化的区域监测，目前国内外学者大多采用田间调查，并借助3S技术分析其分布特点和空间变异特征[5]。现阶段地统计插值方法的应用[6-10]，较之传统监测方法，节省了人力物力，提高了空间预测评价的准确性。针对黄河三角洲地区土壤盐渍化空间分布情况，诸多学者进行了大量研究。范晓梅等[II]利用Kriging和Cokriging方法对整个黄河三角洲地区进行了土壤盐渍化评价：王卓然等[12-13]分析了黄河三角洲垦利县一个年份的土壤水盐空间变异情况，证实了土壤盐渍化的区域性宏观规律较为稳定，不同季节呈现相同的空间规律。在田块尺度上，姚荣江等[14-15]根据大量土壤剖面数据，开展了土壤水盐空间变异的特征研究：孙运朋等[16]研究了典型滨海棉田地块在不同季节的土壤盐分含量时空变化情况。然而以上工作要么侧重探讨短期土壤盐分含量空间分布情况，要么侧重田块尺度土壤盐分含量时空变化，并未对黄河三角洲土壤盐分含量长时间、较大尺度的空间变化开展相关研究。在县域尺度下，随着土地开发利用强度的增强，土壤盐分含量随时间的变化是未知的，因此有必要进一步了解其在时间尺度上的变化规律。以黄河三角洲典型土壤盐渍化县域垦利县为研究区，通过野外调查与采样分析，结合地理信息系统技术，研究了2007-2016年10 a土壤盐分含量在空间上的变化规律，以期为区域资源合理利用提供技术支持。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

山东省垦利县位于黄河三角洲腹地，由黄河冲积而成，海拔一般低于14 m，地形平坦，起伏不大，属暖温带半湿润大陆性季风气候区，四季分明，温差明显。研究区面积2 204 km2。该区域受地形、地质水文和人为活动等影响，土地盐渍化较为突出。

1.2 数据采集与测试

2007年土壤采集时间为9月、10月，按照网格采样，采集数据900个。考虑到部分采样点不具备代表性，所以对2007年采样点的布局及其代表性进行了筛选，共确定121个采样点。2016年土壤采集时间为10月，进行网格布点，共布设了126个采样点。为了与2007年采样点匹配，将两个年份的采样点数据赋予地理坐标，叠加显示，筛选出靠近2007年的采样点。考虑到两个时期个别采样点没有完全重合，同时为了使采样点能准确反映研究区的实际情况，在野外实地采样时，根据区域植被类型、土地利用方式以及道路通达等因素进行了部分调整。研究区东部、黄河以南为自然保护区，当年未采样，实际获取2016年采样点86个。

土壤样品采集时，每个采样点均在其周围取3-5个点的土样，混合后装入塑料密封袋，贴上标签。同时用GPS记录采样点位置，填写野外采样记录。采集后的样品带至实验室风干，研磨过2 mm筛，以备测试。

为了提高分析效率，对采集的土壤样品，先测量土水比为1：5条件下的电导率，然后根据电导率和盐分之间的关系，把电导率转化成盐分含量表示[17]。姚荣江等[18-19]在黄河三角洲地区进行过大量相关研究，有着成熟的电导率转换方程，因此采用其方法计算土壤盐分含量。

1.3 数据分析方法

对土壤盐分含量数据利用SPSS 13.0软件进行描述性统计分析[20]，两个时期的土壤盐分含量空间分布采用Arcgis 9.3地统计模块完成[21]，不同等级盐分含量的土地面积利用Arcgis 9.3空间分析模块计算。

2 结果与分析

2.1 土壤盐分含量描述性统计分析

对2007年、2016年土壤盐分含量数据进行描述性统计分析，见表1。2007年研究区土壤盐分含量最大值为22.98 g/kg，最小值为0.12 g/kg，平均值为3.93g/kg，变异系数为98.98%，说明该地区前期土壤盐分含量变异程度非常大。峰态系数为10.28，说明该数据具有过尖的峰值，同时偏态系数为2.52.属于高度偏态。在使用地统计学Kriging方法进行土壤盐分含量空间插值和分析前，需要对数据是否符合正态分布进行检验，很显然上述原始数据并不符合正态分布，有必要对数据进行变换使之符合或接近正态分布。对数据进行对数变换后，偏态系数为-0.24，接近于0。虽然峰态系数为3.95.稍大于3，但是变换后中值接近平均值，所以可以认为变换后的数据接近正态分布，可以使用Kriging方法进行空间变异分析。2016年研究区土壤盐分含量最大值为36.09 g/kg，最小值为0.05 g/kg，平均数为4. 17 g/kg，变异系数为177. 220-/0，超过了100%，说明2016年土壤盐分含量属于强烈变异，且变异程度比2007年要大。黄河三角洲地区土壤盐分含量变异有增强趋势，这一点与杨劲松等[6，12]在不同时期的研究结果一致。从峰态系数上看，该数据不是正态分布。对数据进行对数变换后，偏态系数为0.33，接近于0，峰态系数为2.32，数据分布比较接近正态分布。

2.2 2007年土壤盐分含量空间分布特征

利用2007年121个采样点数据和GIS软件，进行普通Kriging插值，所得土壤盐分含量空间分布见图1。根据盐分等级划分标准，研究区土壤盐分含量划分为5个等级，土壤盐分含量

2.3 2016年土壤盐分含量空间分布特征

2016年土壤盐分含量空间分布情况见图2.由图2可以看出，研究区2016年总体上不同等级的盐渍化土地分布和2007年的相近。但土壤盐分含量分布在空间上更有规律性，显示为距离渤海越远，盐分含量一般越低。盐土主要分布在研究区中南部和东部靠海区域，与范晓梅等[11-12]的研究结果大体一致。由表2可以看出，该地区中度盐渍化土壤面积和盐土面积最大，分别占研究区总面积的30.75%和29.90%，其次为轻度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤，说明盐渍化程度仍然比较严重。

2.4 土壤盐分含量时空分布变化特点及原因

由2007-2016年土壤采样点插值结果可知，10 a间不同盐渍化程度的土壤面积有所变化。非盐渍化土壤面积虽然在2007年显示为0，但这是Kriging方法平滑所致，不代表实地没有非盐渍化土壤，又由于2016年非盐渍化土壤面积较小（仅占1. 64%），因此可以认为非盐渍化土壤面积基本没有发生变化或发生了轻微变化。中度盐渍化土壤面积减小明显，减小了35.41%：重度盐渍化土壤面积减小了3.86%：轻度盐渍化土壤面积增加了10.03%，增幅较大。说明经过自然变迁与人为调控和治理，一部分中度和重度盐渍化土壤转化成了轻度盐渍化土壤。盐土面积增加了27.6%，原因可能是：研究区东部2007年采样数量小，空间预测时权重低：土地利用方式不合理以及农田弃耕导致土壤盐渍化程度加重。

为了进一步了解哪个区域土壤盐渍化程度发生了变化，将两个时期土壤盐分含量空间分布图层进行叠加分析，并将时空变化图层进一步处理，归类为盐渍化程度变严重区和盐渍化程度变轻区，同时叠加垦利县乡镇行政区划边界，以更清晰直观地展现黄河三角洲地区土壤盐分含量的时空变异，见图3。盐渍化程度明显降低的区域主要分布在垦利县中部的西宋乡、黄河口镇西部及胜坨镇大部分区域，盐渍化程度明显加重的区域主要分布在垦利县西南部的郝家镇、东部黄河口镇大部分区域。永安镇土壤变化较为复杂，土壤盐渍化程度上升与下降趋势并存。

研究區中部、南部及东部沿海地区土壤盐渍化程度较严重，西部地区土壤盐渍化状况稍轻，尤其是2016年土壤盐分含量在空间分布上更具规律性，显示为距离渤海越远，盐分含量一般越低。范晓梅等[11-12.22]研究发现，沿海地区土壤盐分含量高于内陆地区的。对此分布特点一般认为是，靠海地区地下水位高、土壤受海水浸润影响大，离海远的地区海拔较高、地下水位低所致。

盐渍化程度变化的原因是多样化的，尤其是近几年经济发展迅速，农业活动、土地开发剧烈，各个乡镇盐渍化程度变化的原因不尽相同。胜坨镇、永安镇北部、西宋乡和黄河口镇西部土壤盐渍化程度表现为降低趋势。据调查，西宋乡、永安镇（北部）、胜坨镇、垦利镇等为农业大镇，大多数耕地进行了秸秆还田，土壤固碳数量增加，土壤有机质含量提升[23]，一定程度上遏制了土壤盐渍化的趋势。2007年开始实施测土配方施肥项目，农业用肥更加科学合理，因此一定程度上降低了土壤盐渍化程度，改善了土壤质量。土地利用方式的改变也会造成盐渍化程度的变化，不同土地利用方式中（见图4，据2016年调查结果整理），水田和林灌用地土壤盐分含量最低，其次是旱田，荒地（草地）盐分含量最高。黄河口镇西部现今不再旱作，而是改种大面积水稻，水稻的种植对土壤盐分能起到淋洗作用19]，从而降低了土壤盐分含量。

黄河口镇东部靠近沿海，受海水浸润影响，土壤盐分含量一直较高[12]，且该区域大部分为黄河三角洲自然生态保护区，一般不进行农业活动，土壤有机质积累较少，因此土壤盐渍化显示为一定程度的加重。垦利县南部乡镇部分土壤盐渍化程度加重，多为土地利用方式改变引起。之前该区域多种植水稻，且建立了水稻种植示范区，而今大量稻田改建成水塘等，水稻种植时的以水洗盐作用消失后，土壤中盐分不断向地表聚集。因此可以根据土壤的水盐状况来调整土地利用方式，有效、合理利用盐渍化土地。

研究区地下水位埋深较浅，以2-3 m为主，矿化度高，多高于2 g/L，且越靠近海岸矿化度越高[24-26]。有学者[27]认为，地下水位和矿化度对土壤含盐量起着重要作用，而土壤盐渍化时空变化是否受到地下水的影响需要进一步系统研究。考虑到地下水位的变化主要受降水量和蒸发量、灌水量和排水量影响，近几年垦利县未发生较重旱涝灾害，灌溉条件和方式未发生太大改变。所以，一般认为垦利县地下水位和矿化度近期没有太大年度变化，相关文献也多是使用历史平均地下水位数据作为研究基础。因此近10 a垦利县土壤盐渍化的变化受地下水的影响可以认为是极小的。

3 结论

（1）研究区2007-2016年土壤盐分含量整体较高，土壤盐渍化具有强烈的变异特点，而且变异程度有增强趋势。

（2）2007年研究区中部和南部沿海地区重度盐渍化土壤和盐土分布较多，盐渍化程度最重，西部和东部以中度盐渍化土壤为主。总体上研究区中度盐渍化土壤面积最大，占研究区面积的66.16%：其次为重度盐化土壤，占22.59%：其他程度盐渍化土壤共占11.25%。

（3）2016年研究区盐渍化土壤分布情况和2007年的相近，但土壤盐分含量分布在空间上更有规律性，显示为距离渤海越远，盐分含量一般越低。盐分含量特别高的区域主要分布在研究区西南部、中南部和东部靠海区域。非盐渍化、轻度盐渍化、中度盐渍化、重度盐渍化、盐土土壤占研究区总面积的比例分别为1.64%、18.98%、30.75%、18.73%、29.90%.

（4） 10 a间不同盐渍化程度的土壤面积有所变化。非盐渍化土壤面积基本没有或发生了轻微变化，中度盐渍化和重度盐渍化土壤面积共降低了39.27%.轻度盐渍化土壤面积增加了10.03%.盐土面积也有一定程度增加，整体上盐渍化程度还是比较严重的。盐分含量明显减轻的区域主要分布在垦利县中部和东南部，这可能与近年来秸秆还田、种植水稻有很大关系;土壤盐渍化程度明显加重的区域主要分布在垦利县西南、中南和东部区域，这与受海水浸润影响、土地利用方式改变等相关。因此可以根据土壤的水盐状况来调整土地的利用方式，有效、合理利用盐渍化土地。

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