山南乃东区支那河流域土壤盐渍化特征分析

2021-01-05张飞龙黄利英

安徽农业科学 2021年24期

张飞龙黄利英

摘要为了探明山南乃东区支那河流域土壤盐渍化特征，以支那河周边盐渍化程度严重弃耕农田为对象，采用相关分析法和主成分分析法，开展盐渍化危害离子的研究，旨在为该区域盐渍化耕地改良提供科学依据。结果表明，研究区土壤属酸性土壤。土壤总盐随着土层深度的增加而降低，呈现表聚型特征。表层土壤总盐含量为7.34 g/kg，评价属于重度盐渍化。0～20 cm表层土壤全盐量與Cl-、SO42-表现出极强的相关性，20～50 cm土层全盐量与Cl-的相关性明显减弱，2个剖面pH与Cl-、SO42-呈现负相关。主成分分析结果表明，0～20 cm与20～50 cm土层主成分基本一致，结合各离子的剖面含量特征可知，影响该地区土壤中盐渍化的主要盐分是硫酸化盐。

关键词土壤盐渍化;变化特征;相关分析;主成分分析;山南乃东区支那河流域

中图分类号 S156.4 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）24-0102-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.023

Analysis on the Characteristics of Soil Salinization in Zhina River Basin of Shannan Naidong District

ZHANG Fei-long， HUANG Li-ying （Institute of Agricultural Quality Standards and Testing， Tibet Autonomous Region Academy of Agriculture and Animal Husbandry Sciences， Lhasa， Tibet 850000）

Abstract In order to explore the characteristics of soil salinization in Zhina River Basin of Shannan Naidong District，taking the abandoned farmland with severe salinization around the Zhina River as the object，the correlation analysis method and principal component analysis method were used to carry out research on salinization hazardous ions， aiming to provide a scientific basis for the improvement of salinized cultivated land in this area.The results showed that the soil in the study area was acidic soil.The total soil salt decreased with the increase of soil depth， showing phenotype characteristics.The total salt content of the surface soil was 7.34 g/kg， which was evaluated as severe salinization.There was a strong correlation between the total salt content of the 0-20 cm surface layer and Cl-，SO42-， and the correlation between the total salt content of the 20-50 cm soil layer and Cl- was obviously weakened， and the pH of the two profiles was negatively correlated with Cl- and SO42-.The results of principal component analysis showed that the principal components of the 0-20 cm and 20-50 cm soil layers were basically the same.Combined with the profile content characteristics of each ion， it could be known that the main salt that affected the salinization of the soil in this area was sulfated salt.

Key words Soil salinization;Change characteristics;Correlation analysis;Principal component analysis;Zhina River Basin of Shannan Naidong District

基金项目西藏自治区科技厅重点研发计划（XZ201901NB06）。

作者简介张飞龙（1987—），男，陕西佳县人，助理研究员，硕士，从事农业环境研究。*通信作者，研究员，从事农业环境研究。

收稿日期 2021-03-28

土壤盐渍化是一种土壤退化的形式，也是一种生态环境恶化的现象[1]。近年来，土壤盐渍化与次生盐渍化问题日益突出，盐渍化耕地面积不断扩大，区域生态环境急剧恶化，严重影响了农作物的生长发育[2]。盐渍土的发生受区域性因素的影响较大，其盐分组成及离子比例具有明显的地域特点，积盐、脱盐过程以及盐分组成随生物、气候、地带性土壤的发生过程的不同存在较大差异[3]。山南市乃东区亚堆乡支那村，由于特殊的气候和土壤条件，灌区内存在大面积的盐渍化土壤，据支那村干群反映，自1984年开始，农田灌溉用水出现水质异变，导致该村82.2 hm2土地长期灌溉异变超标水，耕地出现重度盐碱化，严重影响当地农牧业发展，给农牧民群众生产带来极大损失，严重制约了当地农业生产可持续发展。土壤盐分含量是研究土壤盐渍化的重要指标，在目前土地整体质量不断恶化的情况下，土壤盐渍化的研究就成为一项很重要的课题[4]。

目前，国内外学者就土壤盐渍化开展了大量的研究工作[5-6]，但对青藏高原盐渍土壤的形成原因、分布特征、改良措施等研究基本处于空白。该研究选择西藏山南市乃东区亚堆乡支那村支那河流域小区域盐渍化土壤为研究对象，旨在摸索该区域土壤盐渍化情况，研究其土壤盐渍化特征，为该区域土壤盐渍化控制与修复奠定一定的基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于西藏山南乃东县南部（28°57′28″ N，91°56′10″ E），平均海拔3 560 m。最高海拔为6 647 m的雅拉香波山是天然的雪山冰川，是该区域的主要水源。研究区属高原温带季风气候，空气稀薄，乃东年平均气温8.8 ℃，年均气压660.4 hPa，年均太阳辐射6 018.9 MJ，年均降水量383.2 mm，流域土壤 pH 小于7.0，呈酸性。

1.2 样品采集

采样地点选择盐渍化较为严重的支那河区域周边弃耕土壤。为保证土壤样品具有代表性，采样点选择面积较大地块，沿着支那河设置6个点，采用五点法采样，分别采取0～20 cm与20～50 cm的表层土样，混合后用四分法取约500 g的土样用自封袋装好带回实验室，每个地块采集5份样品，用于后续测试。采样时期为2018年5月下旬。

1.3 土壤样品处理与分析测定

将现场收集的土壤样品带回实验室，在55 ℃下干燥，然后将其压碎并通过2 mm筛后进行试验。以土壤/水的比例（1∶5，W/V）搅拌并混合土壤样品，充分摇动并静置48 h，然后取上清液并通过0.45 μm滤膜以制备测量溶液。采用电导法使用电导率仪（DDS-307A型，上海）在土壤/水（1∶5，W/V）制备测量溶液中测定土壤总盐。使用pH计（PB-10，Germany）在土壤/水（1∶5，W/V）中测量土壤pH。用阴离子色谱仪（DX-120，USA）对样品中阴离子进行分析。通過ICP-MS（Thermo Fisher X-series，USA）和ICP-AES（TJA IRIS-Advantage，USA）分析测定金属离子。

1.4 数据处理与分析采用 Excel 2007进行土壤盐离子含量特征等统计分析; 采用 SPSS 25.0进行相关性分析与主成分分析。

2 结果与分析

2.1 土壤盐分及其化学组分的剖面特征

开展对研究区土壤0～20 cm与20～50 cm 2个剖面各可溶性离子的检测分析，通过分析2个土壤剖面盐分及其化学组分的含量特征可揭示研究区耕作层土壤盐分的整体特征。根据 NY/T 1121.16—2006对土壤水溶性盐总量划分标准，土壤水溶性盐总量<2 g/kg为非盐渍化，2～4 g/kg为轻度盐渍化，>4～6 g/kg为中度盐渍化，>6～10 g/kg 为重度盐渍化，>10 g/kg为盐土。从土壤盐分统计特征参数（表1）可看出，支那河区域0～20 cm 表层土壤总盐平均值为7 340.00 mg/kg，属于重度盐渍化，而20～50 cm属于非盐渍化，这是由于荒地长期无灌溉，主要受降雨影响，而耕地要进行灌溉，受灌溉水的淋洗作用，灌溉期间耕地盐分被淋洗到深层土壤，而无灌溉水淋洗的荒地地下水在毛管作用下向上移动，盐分向上层土壤积聚，在强蒸发作用下表层土壤盐分显著增加，最终盐分积聚在表层[7]。随着土层深度的变化，土壤中主要盐离子Cl-、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+和Mg2+表现出明显不同的变化。在水平方向上，0～20 cm土壤剖面的主要化学组分中阳离子含量大小顺序均为Mg2+>Ca2+>Na+>K+ ，阴离子含量大小顺序均为SO42->Cl->HCO3-，在20～50 cm土壤剖面的主要化学组分中阳离子含量大小顺序均为Ca2+>Mg2+>Na+>K+，阴离子含量大小顺序均为SO42->HCO3->Cl-，2个剖面土壤中主要阴盐离子为SO42-，明显大于其他离子，说明土壤中硫酸化物最多，其次为Ca2+和Mg2+，在0～20 cm土壤中以平均值计算含量分别占总盐的77.56%、5.48%和12.13%，在20～50 cm土壤中以平均值计算含量分别占总盐量的54.59%、12.22%和4.95%。在垂直方向上，土壤离子及全盐自上而下呈现出垂直分异的特点，从平均值来看，Cl-、SO42-、K+、Na+、Ca2+和Mg2+含量0～20 cm明显高于20～50 cm，呈明显的表聚效应，HCO3-含量0～20 cm低于20～50 cm，呈一定的底聚效应。总盐量随深度的变化呈显著下降的趋势，这与王彤等[5]的研究结果一致。研究区土壤为酸性土，pH 随深度的变化而上升，由于不同土壤深度的 pH 均小于6，故CO32-不能存在。一般情况灌溉农业区土壤聚盐和脱盐过程并存，支那河流域表层土壤具有较高的全盐，说明盐离子主要发生聚盐过程，由于是弃耕土壤，主要靠雨水的淋洗，脱盐过程不明显，这与该地区常年风大、雨量少、蒸发量大的高原环境有着密切的关系。

变异系数能反映随机变量的离散程度，一般认为变异系数CV≤10%为弱变异性，10%<CV<100%为中等变异性，CV≥100%为强变异性，离散程度越大表明成分的空间变异性越大[8] 。不同土层深度pH的变异系数均较小，说明变异性较弱。在0～20 cm土层，Mg2+和HCO3-的变异系数均大于100%，说明空间变异性较大，受地形地貌与水文气象条件等因素的影响较大[9]。其余不同土层各离子都属于中等变异性，说明该流域土壤全盐水平分布不均，有较强的空间异质性。

2.2 盐离子相关性分析

对不同剖面土壤中盐离子之间的相关性分析，不仅可以揭示离子与全盐量及离子之间的相互关系，还能在一定程度上反映出盐分在土壤中的运移趋势[10]。相关性分析结果表明（表2），0～20 cm土层pH 与K+、Na+呈极显著相关，与Ca2+相关性弱，与其他离子呈显著相关;Mg2+与Cl-、SO42-、Na+、总盐呈极显著相关，与K+、pH呈显著相关;Ca2+与其他离子相关性较弱;Na+与Cl-、SO42-、K+、Mg2+、pH、总盐呈极显著相关，与HCO3-呈显著相关;HCO3-与K+、Na+、pH呈显著相关;SO42-与Cl-、Na+、Mg2+、总盐呈极显著相关，与K+、pH呈显著相关;Cl-与SO42-、Na+、Mg2+、总盐呈极显著相关，与K+、pH呈显著相关;总盐与Cl-、SO42-、Na+、Mg2+呈极显著相关，与K+、pH呈显著相关。20～50 cm土层总盐与SO42-、Ca2+、Mg2+、pH呈极显著相关，与Cl-、HCO3-、Na+呈显著相关;pH 与Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、总盐呈极显著相关，与Mg2+呈显著相关;Mg2+与SO42-、Ca2+、总盐呈极显著相关，与Cl-、HCO3-、Na+呈显著相关;Ca2+与SO42-、HCO3-、Mg2+、pH、总盐呈极显著相关，与Cl-、Na+呈显著相关;Na+与SO42-、Ca2+、Mg2+、总盐呈显著相关;HCO3-与Cl-、Ca2+、pH呈极显著相关，与SO42-、Mg2+、总盐呈显著相关;SO42-与Ca2+、Mg2+、pH、总盐呈极显著相关，与Cl-、HCO3-、Na+呈显著相关;Cl-与HCO3-、pH呈极显著相关，与SO42-、Ca2+、Mg2+、总盐呈显著相关。

综合以上分析，对比不同土层各盐分离子之间的相关性可知，随着土壤深度的变化，各离子间的相关系数也随着改变，在土壤表层0～20 cm总盐与Cl-、SO42-表现出极强的相关性，与Na+、Mg2+也表现出极显著的相关性;在土层20～50 cm，总盐与Cl-的相关性明显减弱，说明该地区土壤在经历脱盐和积盐过程中主要以硫酸盐的运移为主，而氯化盐在土壤中运移缓慢，这与王彤等[5]的研究结果一致。不同剖面pH与Cl-、SO42-呈现负相关性，说明Cl-、SO42-含量越高，pH越低;与HCO3-呈现正相关性，因为HCO3-属于碱性离子，其含量越高，pH越高。随着深度的增加，SO42-与Cl-的相关性明显减弱，与HCO3-的相关性明显加强。

2.3 土壤盐分离子主成分分析

通过对Cl-、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、pH和总盐9个因子含量进行主成分分析，建立具有代表性和限制性的土壤盐渍化特征因子，将其中具有错综复杂关系的因子进行降维，以方差累计贡献率大于80%作为依据来确定因子个数，在信息损失最小的情况下选取主导因子，对9个因子进行主成分分析，以对土壤盐渍化作出正确的评价[11]。通过对0～20 cm表层土壤9个因子进行主成分分析，得到各主成分特征值与方差贡献率（表3），只有前2个主成分的特征值大于1，第1、第2主成分的特征值分别为7.41、1.14，贡献率分别为82.29%、12.64%，第1、第2主成分累计贡献率为94.93%，说明9个主成分因子中第1、第2主成分占主要部分。通过对20～50 cm表层土壤9个因子进行主成分分析，得到各主成分特征值与方差贡献率（表4），只有前2个主成分的特征值大于1，第1、第2主成分的特征值分别为7.35、1.15，贡献率分别为81.64%、12.72%，第1、第2主成分累计贡献率为94.36%，说明9个主成分因子中第1、第2主成分占主要部分。从以上分析可知，0～20 cm 第1、第2主成分与20～50 cm第1、第2主成分特征值与方差贡献率没有显著差异，说明二者可能第1、第2主成分基本一致。

从0～20 cm土壤因子得分矩阵（表5）可以看出，土壤第1主成分与Cl-、SO42-、K+、Na+、Mg2+和总盐呈正相关，说明这几种离子含量与第1主成分相关性较高;第2主成分与pH呈正相关，说明第2主成分与盐渍化土壤酸碱度有较强的相关性。载荷值的大小反映该指标对主成分的贡献率[10]，从主成分载荷值来看，与第1主成分密切相关的离子载荷值都大于0.9，说明这5种离子与0～20 cm土壤盐渍化密切相关，而这5种离子与总盐都有显著的相关性，5种离子之间也有极强的相关性，由此可以推断Cl-、SO42-、K+、Na+、Mg2+是影响土壤盐分的主要离子。从20～50 cm土壤因子得分矩阵（表5）可以看出，土壤第1主成分与Cl-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+和总盐呈正相关，第2主成分与K+呈正相关，说明20～50 cm土壤盐渍化不仅受到Cl-、SO42-、Na+、Ca2+、Mg2+和总盐影响，K+对其有一定程度的影响。从上述分析得知0～20 cm土层第1主成分相关离子与20～50 cm土层第1主成分相关离子基本一致，结合土壤SO42-的剖面含量特征可知，在0～20 cm土壤中SO42-以平均值计算含量占总盐量的77.56%，在20～50 cm土壤中SO42-以平均值计算含量占总盐的54.59%，说明影响该地区土壤中盐渍化的主要盐分是硫酸化盐。

3 结论

（1）研究区不同深度土壤pH均小于6，属于强酸性土，pH 随深度的增加而上升。硫酸盐是研究区盐渍化土壤最主要可溶性盐，SO42-以平均值计算在0～20和20～50 cm土层中含量分别占总盐量的77.56%和54.59%。土壤评价属于重度盐渍化，总盐含量随土壤深度的增加而下降，呈现明显的表聚型特征。土壤可溶性离子及总盐自上而下呈现出垂直分异的特点，盐渍化的空间变异性较大，0～20和20～50 cm土层各离子含量呈现明显的差异。

（2）离子相关性研究结果表明，0～20 cm表層土壤总盐与Cl-、SO42-表现出极强的相关性。20～50 cm土层总盐与Cl-的相关性明显减弱，但与SO42-仍表现出极强的相关性，说明该地区土壤在经历脱盐和积盐过程中主要以硫酸盐的运移为主，而氯化盐在土壤中运移缓慢。2个剖面pH与Cl-、SO42-呈现负相关，说明Cl-、SO42-含量越高，pH越低。

（3）主成分分析结果表明，0～20 cm与20～50 cm土层主成分基本一致，主要特征离子是Cl-、SO42-、Na+、Mg2+，结合各离子的剖面特征可知，影响该地区土壤中盐渍化的主要盐分是硫酸化盐。

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