周国华

（1.天津大学建筑工程学院，天津300072；2.天津生态城市政景观公司，天津300467）

滨海盐渍土是沿海地区特有的一类土壤类型，它是海水侵袭进退与海中沉积物沉降积累作用形成的，两种作用在时间和空间上重叠反复，最终形成了具有坡度极缓、富含氯化盐类、高矿化度和高酸碱度等特征的滨海盐渍土［1］。中新天津生态城是中国与新加坡政府合作设立建设的生态领先、资源节约、环境友好、社会和谐的新型先进城市［2］，选址在滨海新区典型的退海盐渍土区域。生态城建设中面临盐渍土背景不清楚，可供参考的相关文献缺乏，给城市道路施工、基础设施建设和城市绿化带来很大困难［3］。

土壤含盐量和养分垂向分布的研究有一些报道。一般认为，由于土壤溶液通过毛细管蒸发使盐分上升至地表，土壤盐分在垂直分布上呈表聚特征［4，5］。部分养分垂向分布的研究认为，养分也具有表聚特征。但是，使用数学方法，全面呈现较大面积（10 km2）以上区域盐分和养分分布数学模拟图的研究很少［6］。本研究在对中新天津生态城全域土壤采样和测试的基础上，全面分析土壤状况，绘制各土层深度的盐分、养分分布数学模拟图，解析土壤理化性质垂向与空间分布特征，为生态城建设提供基本资料，并为大地域土壤理化性质垂向与空间分布特征分析技术体系提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

天津中新生态城位于天津滨海新区海滨休闲旅游区内，总面积约为30 km2。研究区濒临渤海，既属温带季风性大陆气候，也具有海洋性气候的特点，四季分明，冬季寒冷、干燥、少雪，春季干旱、多风，夏季雨水集中，秋季干爽。日照时间较长，太阳辐射强，年均日照时数2 500～2 800 h。全年平均气温12℃（夏季25.2℃，冬季2.3℃）［7］。年平均降水量602.9 mm，并且具有显著的季节变化，75%的雨量集中在6—8月。区内全年主导风向为西南风，年平均风速为4.5 m/s；受冬春季寒潮影响，区内常有大风现象。

1.2 采样点分布

首先采样点的自然景观应符合土壤环境背景值研究的要求。采样点选在被采土壤类型特征明显的地方，地形相对平坦、稳定、植被良好的地点；采样点以剖面发育完整、层次较清楚、无侵入体为准，不在水土流失严重或表土被破坏处设采样点，具体分布见图1。在部分周边土壤、植被分异性较大的点位，采集3～4个子样品，混匀后用四分法取约500 g样品装入自封袋，以形成有代表性的样品。取土样分3层，0～20 cm为表层，20～40 cm为中层，40～60 cm为深层，其中西北部采用NW表示，东部采用E表示，南部采用S表示，西部采用W表示。其他区域为无法进入区域。

图1 研究区采样点分布

1.3 测定指标及方法

对采集到的土壤样品进行分析测试，测定指标主要包括HCO3-、CO32-、Ca2+、K+、Mg2+、Na+、有效磷、速效钾、Cl-、SO42-、有机质、pH、水溶性盐含量、土质特征。

采用GBJ 145—1990测定土质特征；采用NY/T 1121—2006测 定HCO3-、CO32-、Ca2+、K+、Mg2+、Na+、Cl-、SO42-、有机质、pH。其中，土壤有机质的测定采用重铬酸钾容量法，土壤HCO3-、CO32-的测定采用双指示剂中和滴定法，土壤Cl-的测定采用硝酸银滴定法，土壤SO42-的测定采用容量法，土壤Ca2+、Mg2+的测定采用容量法，土壤K+、Na+的测定采用火焰光度计法，土壤pH的测定采用电位测定法，土壤容重的测定采用环刀法。

采用NY/T 889—2004（醋酸铵-火焰光度计法）测定速效钾含量；采用LY/T 1251—1999（重量法）测定水溶性盐含量；采用HJ 704—2014（碳酸氢钠法）测定有效磷含量［8］。

1.4 数据处理和作图

使用Excel 2017软件进行数据分析；使用Arc⁃GIS 9.3绘制插值图（空间插值均采用普通克里格方法，球状变异函数模型，空间分辨率为10 m）［9］。

2 结果与分析

2.1 土壤质量特征

天津中新生态城土壤大部分是新生代沉积物覆盖，地势以平原和洼地为主，位于华北沉降带的东北部，具有基岩埋藏深、第四系松散堆积物厚度大的特征。中新生态城土壤质地以重壤和黏土为主，土壤容重为1.3～1.7 g/cm3，有机质含量大多为中等或低水平（5.5～19.1 g/kg），水溶性盐含量表现为果园、农田土壤含量小于1 500 mg/kg，荒地和水库含量在5 000～6 400 mg/kg，垫土区、养殖池和盐场土壤水溶性盐含量高（大于10 000 mg/kg），且存在表聚现象，超出了一般植物生长的极限。

2.2 不同土壤深度水溶性盐含量空间分布

对比NW区不同土层深度的水溶性盐含量分布情况（图2）可知，土壤水溶性盐含量＞6 000 mg/kg（盐土）的高值区域由表层至中层逐渐萎缩（面积由29.80%降至10.37%），中层至深层空间范围变化不大，土壤水溶性盐含量最高值则自表层至深层先大幅下降再有所回升；且高值区随土层深度加深出现从西部向南部移动的趋势。低值区范围整体变化不大，低值中心略向北部偏移。

图2 中新生态城NW区不同土层深度土壤水溶性盐含量水平分布格局

图3 中新生态城E区不同土层深度土壤水溶性盐含量水平分布格局

对比E区不同土层深度的水溶性盐含量分布情况（图3）可知，土壤水溶性盐含量＞6 000 mg/kg（盐土）的高值区域由表层至深层空间范围出现较大幅度的梯度递减趋势（面积占比由72.69%降至30.13%）；该分区的中度盐化土壤区域由表层至深层面积萎缩明显，至土壤深层完全消失。

对比S区不同土层深度的水溶性盐含量分布情况（图4）可知，土壤水溶性盐含量＞6 000 mg/kg（盐土）的高值区域由表层至深层空间范围逐步扩张（面积占比由48.71%升至68.49%），且高值中心向南部集中；该分区的轻度至中度盐化土壤区域由表层至深层呈面积先扩张再缩小的变化趋势，由表层至深层土壤水溶性盐含量低值区域出现自北向西的偏移趋势。

对比W区不同土层深度的水溶性盐含量分布情况（图5）可知，土壤水溶性盐含量＞6 000 mg/kg（盐土）的高值区域由表层至中层区域范围大幅扩张（面积占比由47.67%升至82.17%），面积再由中层至深层小幅增加（占比由82.17%升至98.23%）。其余土壤水溶性盐含量＜6 000 mg/kg区域随土壤深度加深其数值范围及空间分布范围均呈明显减小的趋势。

2.3 不同土壤深度钠、钾离子含量空间分布

对比NW区不同土层深度的Na+和K+含量分布情况（图6）可知，随土层深度增加土壤Na+和K+含量范围逐渐缩减，高值区域逐渐萎缩，且随土层深度加深出现从西部向南部移动的趋势，至土壤深层Na+和K+含量高值中心消失，但出现大量随机分布的特殊值点；低值区范围变化不大，低值中心略向北部偏移。

图4 中新生态城S区不同土层深度土壤水溶性盐含量水平分布格局

图5 中新生态城W区不同土层深度土壤水溶性盐含量水平分布格局

图6 中新生态城NW区不同土层Na+和K+含量水平分布格局

对比E区不同土层深度的Na+和K+含量分布情况（图7）可知，由土壤表层至中层，土壤Na+和K+含量高值区范围大幅缩减，高值区域逐渐萎缩，并出现向南部移动的趋势；低值区域空间范围变化不大。由土壤中层至深层，Na+和K+含量高值区在空间分布范围上变化较小，南部低值区域面积发生萎缩，低值中心略向北部偏移，地块南部土壤Na+和K+含量有所增加。

对比S区不同土层深度的Na+和K+含量分布情况（图8）可知，土壤中层Na+和K+含量极高值比土壤表层有着明显的跃升，至土壤深层变化不大；由土壤表层至深层，Na+和K+含量高值区略向东部移动，同时，其低值区域土壤Na+和K+含量范围略有缩减，低值中心逐渐由北部向西部偏移，最终在北部及西部形成2个土壤Na+和K+含量低值区域。

对比W区不同土层深度的Na+和K+含量分布情况（图9）可知，各不同土壤深度Na+和K+含量空间分布模式大体上存在一定的一致性，仅土壤中层Na+和K+含量空间分布的随机性较强，其在北部、西部及南部各存在一个土壤Na+和K+含量极高值中心，低值区域在全区呈斑块状随机分布，土壤Na+和K+含量空间变异程度较高且无规律性。土壤表层及深层Na+和K+含量空间分布格局具有较高的相似性，其高值区随土层深度增加空间范围有所扩张，并向南部地区扩展。

2.4 各分区不同土壤深度氯离子含量空间分布

对比不同土层深度的NW区Cl-含量分布情况（图10）可知，由土壤表层至深层，土壤Cl-含量高值区域空间范围呈面积先大幅缩减再略有回升的变化趋势，空间分布上高值中心呈自地块西部经南部再向东部移动的趋势，土壤深层出现大量随机分布的Cl-含量高值点；由土壤表层至深层，Cl-含量的低值区域空间范围变化不大，低值中心略向北部偏移。

图7 中新生态城E区不同土层Na+和K+含量水平分布格局

图8 中新生态城S区不同土层Na+和K+含量水平分布格局

图9 中新生态城W区不同土层Na+和K+含量水平分布格局

图10 中新生态城NW区不同土层Cl-含量水平分布格局

对比不同土层深度的E区Cl-含量分布情况（图11）可知，由土壤表层至中层，土壤Cl-高值区含量范围大幅缩减，高值区域逐渐萎缩，并出现向北部移动的趋势；低值区域空间范围向北部扩张。由土壤中层至深层Cl-含量高值区在空间分布范围上变化较小；南部低值区域面积发生大幅萎缩，地块南部土壤Cl-含量有所增加。

对比S区不同土层深度的Cl-含量分布情况（图12）可知，随土壤深度增加Cl-含量整体上呈先剧烈减少再大幅回升的趋势；相较于土壤表层，深层土壤中Cl-含量范围有所增大；全区土壤中层Cl-含量数值区间范围较窄，与表层及深层土壤Cl-含量低值区范围基本一致。土壤Cl-含量极高值由表层至深层先大幅缩减（最大值由6 236.03 mg/kg降至1 803.47 mg/kg）再大幅跃升（升至8 153.82 mg/kg）；由土壤表层至深层，Cl-含量高值区逐渐向地块南部集中，同时，土壤深层Cl-含量低值区域相比土壤表层范围略有缩减，低值中心逐渐由北部向西部偏移，最终在北部和西部形成2个Cl-含量低值区域。

对比W区不同土层深度的Cl-含量分布情况（图13）可知，各不同土壤深度Cl-含量空间分布模式大体上具有较高的相似性，其土壤Cl-含量＞3 000 mg/kg的高值区域在土壤深层空间范围有所扩张，并向南部地区扩展。其土壤Cl-含量＜2 000 mg/kg的低值区域由土壤表层至中层面积逐渐萎缩，由土壤中层至深层面积变化不明显。

图11 中新生态城E区不同土层Cl-含量水平分布格局

图12 中新生态城S区不同土层Cl-含量水平分布格局

图13 中新生态城W区不同土层Cl-含量水平分布格局

2.5 各分区不同土壤深度pH空间分布

对比NW区不同土层深度的pH分布情况（图14）可知，土壤pH随深度逐步增加，由不存在pH＞8.5的碱化土壤区域至碱化区域范围逐渐扩张（土壤碱化区域面积占比中层为6.15%、深层为22.22%），pH高值中心也从地块东北部向中部地区移动；土壤pH较低值区域位置及空间分布范围均无明显变化。

对比E区不同土层深度的pH分布情况（图15）可知，E区不同深度土层pH均＞8.0，随土壤深度加深，土壤pH空间分布的连续性和规律性呈逐渐降低趋势。随深度逐步增加，其土壤pH＞8.5的碱化土壤区域范围先逐渐扩张再大幅缩减（土壤碱化区域面积表层30.71%、中层56.70%、深层21.14%），pH高值中心也从地块中部先向南部扩展再向偏北部移动。土壤pH的较低值区（pH介于8.0～8.3）由土壤表层的南北2个低值中心到土壤中层的斑块状随机分布，至土壤深层缩减消失。

对比S区不同土层深度的pH分布情况（图16）可知，S区在整个土壤剖面范围内pH变化范围较为接近，且pH均＜8.5，属盐渍化土壤，不存在土壤碱化现象。土壤pH高值区域位于地块北部，范围变化不大，仅土壤表层位于地块西南部的pH较高值区随深度增加萎缩消失。土壤pH低值区域位于该分区东南部地区，其范围变化同样不明显，说明S区土壤pH对土壤深度变化影响的依赖性较弱。

对比W区不同土层深度的pH分布情况（图17）可知，土壤深度由表层至中层及深层，W区土壤pH空间分布的连续性和规律性逐渐提高。随深度逐步增加，其pH＞8.5的碱化土壤区域面积逐渐萎缩，且范围缩减量呈升高趋势（土壤碱化区域面积占比表层为38.03%、中层为34.14%、深层为24.45%），pH高值中心也逐渐向地块南部移动。土壤pH的较低值区（pH介于8.0～8.2）由土壤表层斑块状随机分布到土壤中层及深层大体集中于地块西部地区。

图14 中新生态城NW区不同土层pH水平分布格局

图15 中新生态城E区不同土层pH水平分布格局

图16 中新生态城S区不同土层pH水平分布格局

图17 中新生态城W区不同土层pH水平分布格局

2.6 各分区不同土壤深度有效磷含量空间分布

对比NW区不同土层深度的有效磷含量分布情况（图18）可知，NW区不同深度土壤有效磷含量介于10～20 mg/kg的中上含量水平区域均位于地块西部，空间分布范围变化不明显。土壤表层存在有效磷的极高值区，其东南部的小面积高值中心有效磷含量在62.91 mg/kg（含量水平极高）以上，含量最高可达170.77 mg/kg。土壤有效磷含量＞40 mg/kg的极高含量水平区域自土壤表层至深层面积发生剧烈缩减。

对比E区不同土层深度的土壤有效磷含量分布情况（图19）可知，仅土壤表层在分区偏北部地区形成土壤有效磷的高含量水平区域（20.14～26.85 mg/kg），随土层深度增加该区域萎缩消失，土壤中层至深层有效磷含量相对较低，全区土壤有效磷含量介于14.27～20.45 mg/kg，属中上含量水平。其土壤有效磷含量低值中心（14.27～16.12 mg/kg）随土壤深度不断加深存在从地块北部向西南方向移动的趋势，在土壤中层、深层，该低值中心位于地块西部偏北方向。

图18 中新生态城NW区不同土层有效磷含量水平分布格局

图19 中新生态城E区不同土层有效磷含量水平分布格局

图20 中新生态城S区不同土层有效磷含量水平分布格局

对比S区不同土层深度的有效磷含量分布情况（图20）可知，S区不同土壤深度有效磷含量整体上均呈自南向北逐渐升高的空间分布格局，北部均存在土壤有效磷含量的高值区（20.00～25.01 mg/kg，高含量水平）。随土壤深度增加，土壤有效磷高含量水平区域面积逐步萎缩，至土壤深层该区域面积缩减为中层土壤的1/3左右；地块南部土壤有效磷＜20.00 mg/kg的中上含量水平区域自土壤表层至深层面积呈逐渐扩张的趋势。同时，随土壤深度增加有效磷含量空间分布的随机性有所降低，存在较明显的自南向北土壤有效磷含量逐渐升高的梯度变化规律。

对比W区不同土层深度的有效磷含量分布情况（图21）可知，W区不同土壤深度有效磷含量数值范围整体上较为相近，绝大部分地区处于土壤有效磷高含量水平，同时随土壤深度增加有效磷含量空间分布的规律性有所增强。其土壤有效磷含量的高值中心均位于地块西部地区，从土壤表层不存在有效磷含量＞40 mg/kg的极高含量水平区域，随土层深度加深，面积不断扩张；其土壤有效磷含量的较低值区域由仅在地块北部分布扩展至地块中部地区，且在土壤中层出现了有效磷含量＜20 mg/kg的中上含量水平区域。

2.7 各分区不同土壤深度速效钾含量空间分布

中新生态城不同土层深度速效钾含量均较高，远大于200 mg/kg，属速效钾养分极高含量水平。

对比NW区不同土层深度的速效钾含量分布情况（图22）可知，自土壤表层至深层速效钾含量低值区域均位于该分区中部，以其为中心向四周土壤速效钾含量水平逐渐升高，并在该区域边界处形成土壤速效钾含量的高值中心。其土壤速效钾含量＞600 mg/kg的高值区域随土壤深度增加呈空间分布范围逐渐缩减的趋势，在土壤表层至中层之间面积萎缩明显，至土壤深层北部的含量高值区几近消失。

图21 中新生态城W区不同土层有效磷含量水平分布格局

图22 中新生态城NW区不同土层速效钾含量水平分布格局

对比E区不同土层深度的速效钾含量分布情况（图23）可知，在不同土壤深度上E区速效钾含量空间分布模式较为近似，土壤速效钾含量高值区位于南部及东北部地区，向西北方向土壤速效钾含量有所降低，在地块西北部形成低值中心。土壤速效钾含量的高值区域随土壤深度增加面积呈小幅度缩减的趋势；而土壤速效钾含量的较低值区域随土壤深度增加面积呈逐步增大的趋势，其空间分布范围由西北部地区向地块西部区域扩展。

对比S区不同土层深度的速效钾含量分布情况（图24）可知，S区不同土壤深度速效钾含量水平均较高，含量介于766.62～931.16 mg/kg。随土壤深度增加，土壤速效钾含量空间分布格局及高低值中心呈现变化的不规律性，说明S区土壤速效钾含量对土壤深度变化影响的依赖性不强。在土壤表层，地块的西北部地区形成土壤速效钾含量的极高值区，由西北至东部土壤速效钾含量呈递减趋势；土壤中层则存在较为明显的北低南高的速效钾空间分布格局；土壤深层速效钾含量空间分布的规律性较弱，其高低值区域呈斑块状随机分布。

对比W区不同土层深度的速效钾含量分布情况（图25）可知，随土壤深度增加W区速效钾含量空间分布格局出现了较为明显的变化。W区土壤表层速效钾含量整体上呈自西向东逐渐升高的空间分布格局，在地块西部及东北部分别形成土壤速效钾含量低、高值中心。土壤中层速效钾含量高值区域面积出现萎缩，并由地块东北部移动至中部及南部地区；速效钾含量低值区则由地块西部扩张至北部地区。土壤深层相比中层，速效钾含量空间分布模式整体上变化不明显，但其含量高值区面积呈扩大趋势，并在地块中部及南部地区各形成一土壤速效钾含量的高值中心。

图23 中新生态城E区不同土层速效钾含量水平分布格局

图24 中新生态城S区不同土层速效钾含量水平分布格局

图25 中新生态城W区不同土层速效钾含量水平分布格局

3 小结与讨论

滨海盐渍土中盐分来源与内陆盐渍土不同，后者主要来源于成土母质分化物，而前者主要来自海水。目前，土壤盐分在耕作层分布特征研究较多，而土壤中盐分垂向分布研究报道很少。究其原因，众多研究者将目光集中在影响农业生产的耕作层，而对深层土壤很少关注。随着城市扩张和国家基础设施建设规模扩大，对深层土壤理化性质研究意义更加巨大。盐渍土独特的工程学特性，给道路施工、基础设施建设带来很大困难。研究滨海盐渍土理化性质垂向分布特征，对城市基础设施建设和城市绿化具有重要意义。

一般认为，土壤盐分呈表聚现象，主要是由于土壤水分经毛细管蒸发将盐分向上运输造成的［10，11］。本研究发现，中新生态城土壤水溶性盐、Na+和K+、Cl-呈表聚现象。根据分地块垂向分布特征分析，摸清了中新生态城盐分、Na+和K+、Cl-的分布特征，为生态城基础设施建设和城市绿化提供资料和依据。

相关研究表明，土壤养分同样表现出表聚现象［12，13］。中新生态城土壤有效磷和速效钾处于较高水平，尤其是速效钾，且有效磷和速效钾呈表聚现象。本研究明晰了中新生态城有效磷和速效钾垂向分布特征，为城市绿化美化提供依据。