赵永昶，常春艳，王卓然，王启尧，杨婧文，张术伟，李因帅，赵庚星

（山东农业大学资源与环境学院/土肥高效利用国家工程研究中心，山东 泰安 271018）

盐渍化土壤在我国干旱区、半干旱区以及滨海区分布广泛，盐渍化严重影响土地生产力提高及农业经济的可持续发展，已成为国内外广泛关注的生态环境问题。黄河三角洲受海水入侵和气候变化等驱动力的影响，盐渍土分布范围广，土壤板结、肥力下降现象普遍，严重危害当地农业生产。因此，开展农田盐渍化土壤研究对农作物生产管理具有重要意义。

土壤盐分含量是盐渍化程度和状态的重要指标，认识并掌握土壤盐分的空间变异特征是土壤盐渍化治理的前提。国内外研究发现，土壤盐分变异特征与地表植被覆盖、地形地貌等关系十分密切，如张华艳等认为地貌和土体构型会影响土壤盐分的重新分配；KHATIBI 等认为不同的植被类型能反映出土壤盐分含量状况，土壤盐分含量也会影响植被的分布；MARZIEH 等认为土壤盐分的分布与地形地貌密切关联。这些研究表明，土壤盐分变异系统研究必须考虑环境因素的作用。

针对土壤盐分变异目前已开展了大量研究。从研究区域看，较多学者进行了内陆干旱、半干旱区的研究，如刘洪波等对新疆沙漠绿洲灌区盐渍化空间分布格局和不同深度的土壤盐分水平进行了研究；杨小虎等研究了新疆玛纳斯河流域土壤盐分的空间分布特征；康满萍等研究了甘肃苏干湖湿地土壤盐分含量的空间异质性；WANG 等对干旱地区土壤盐分积累的空间格局和变化规律进行了研究等。这些研究较好揭示了干旱区土壤盐分的特征与规律，而滨海区土壤盐分的时空变异则更为复杂，其研究可进一步强化对土壤盐分变异的认识。

从研究尺度看，土壤盐分空间变异研究以大尺度研究居多，而专门针对微域尺度的研究偏少，如GEBREMESKEL 等研究了埃塞俄比亚北部半干旱地区大区尺度的土壤盐分空间分布特征；REN 等研究了干旱灌溉农业生态系统田间、运河、区域3 个尺度的土壤盐分时空变化特征等。而需要注意的是，植被状况和地形变化等因素在较小尺度下仍会影响土壤盐分含量的变异，如农业机械的使用不可避免地造成农田微域地形的差异，覆膜栽培则直接改变农田地表微域的覆盖状况，从而导致土壤盐分的微域差异，而这种微域特征通常在大尺度上被掩盖。微域是区域盐渍土形成的基本单元，也是其改良利用的基本单元，因此，开展盐渍土微域性规律研究，对农田土壤的改良和利用具有理论和生产价值。而目前在滨海盐渍土区域，专门针对农田微域尺度土壤盐分的分布状况和变异规律的系统研究尚未见报道。

本文选取黄河三角洲典型滨海盐渍农田，通过实地调查获取秋季土壤盐分数据，从微域尺度系统探究土壤盐分的空间分布和变异规律，旨在揭示研究区秋季积盐期微域尺度下农田土壤盐分变异特征及影响因素，为盐渍农田的高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

通过实地调查，结合农业利用方式、土壤质地、土体构型以及土壤盐渍化程度及其分布等，选择利津县（采样地1）和垦利区（采样地2）作为研究样地。

采样地1位于山东省东营市利津县渤海农场一分场（118°39'60″E，37°45'38″N），属大陆性季风气候区，年均气温13.3 ℃，多年平均降雨量540 mm左右，地处黄河河道以北，为典型的滨海盐渍土农田区。主要土壤类型为滨海盐化潮土，土壤质地以砂壤土为主。地下水埋深浅、矿化度高。秋季多种植冬小麦，田块集中且地势平整，农业机械化水平高。采样地2 位于山东省东营市垦利区义林村（118°49'07″E，37°41'29″N），属大陆性季风气候区，年均气温13.2 ℃，多年平均降雨量550 mm左右，地处黄河河道以南，是滨海盐渍土的典型区域。土壤质地主要为砂壤，属滨海盐化潮土类型。地下水矿化度高、埋深浅。该村以种植棉花为主，兼有玉米田分布，具有一定的农业机械化水平。在采样地1选择麦田为研究区，在采样地2选择玉米田和棉田为研究区。采样地1和采样地2均为滨海盐渍土农田区的典型代表区域，土壤类型、质地及农田耕作管理模式基本一致，且两地种植的作物类型代表了滨海盐渍农田区的主要粮食作物，是本研究的理想区域。

1.2 试验设计

1.2.1 微地形试验设计

采样地1 种植作物为冬小麦，采用机械种植。免耕播种机进行播种作业时，开沟器在自重以及附加弹簧压力作用下滚动前进，将土壤切开形成垄沟，其余土壤被推向两侧形成垄顶，形成的垄高10～15 cm，底宽18～20 cm，沟宽5 cm左右。在采样地1根据微地形差异状况，选择存在垄面、垄沟且具有代表性的9 个微区（依次编号为1～9）进行土壤盐分微域变异研究，1～9 号微区长30 cm、宽15 cm，采样间距为15 cm×15 cm。图1 为1～9 号微区内布设样点的分布情况，每个微区内布设6个样点，分别编号为①～⑥，①、④、⑤号样点处于位置相对较低的垄沟低洼处，②、③、⑥号样点处于位置相对较高的垄间坡顶处，1～9 号微区共布设54个样点。

图1 麦田微地形影响下单个微区采样点分布图Figure 1 Sampling point distribution of a single microdomain under the influence of microtopography

1.2.2 土壤紧实度试验设计

采样地1 因采用种植机械进行翻耕、施肥和播种等，麦田内存在种植机械碾压，从而造成微域尺度下的土壤紧实状况差异。为研究采样地1农业机械碾压下土壤盐分微域变异特征，在采样地1 根据农业机械碾压造成的土壤紧实差异状况，选择存在常规耕作和机械碾压且具有代表性的6个微区（依次编号为10～15）进行土壤盐分微域变异研究，10～15 号微区大小为30 cm×30 cm，采样间距为15 cm×30 cm。图2为10～15号微区内布设样点的分布情况，每个微区内布设6 个样点，分别编号为①～⑥，样点①、④、⑤位于有良好翻耕状况、相对松散的部位，样点②、③、⑥位于机械碾压过、相对紧实的部位，10～15号微区共布设36个样点。

图2 麦田紧实度影响下单个微区采样点分布图Figure 2 Sampling point distribution of a single microdomain under the influence of compactness

1.2.3 地表覆盖状况试验设计

秋季采样地2 存在棉花田块和收割后的玉米田块，玉米和棉花种植采用覆膜播种机械。玉米田覆膜幅宽在40 cm 左右，棉田覆膜幅宽在90 cm 左右。采样地2 玉米机械收割后未进行耕作播种作业，田间存在杂草生长并有地膜残留，为研究采样地2 杂草覆盖下土壤盐分微域变异特征，在玉米田内选择杂草稀疏程度不同的3 个60 cm×60 cm 的微区（依次编号为16～18），微区内分别在裸地、杂草稀疏和杂草茂盛处布设3 个样点，共布设9 个样点，如图3（a）所示，①、⑥、⑦样点几乎无杂草覆盖，②、⑤、⑧样点处杂草生长茂盛，③、④、⑨样点杂草生长相对稀疏，16～18 号微区共布设27个样点。

为研究采样地2 残留地膜覆盖下土壤盐分微域变异特征，在玉米田内选择存在残留地膜覆盖状况差异的3 个20 cm×40 cm 的微区（依次编号为19～21），采样间距为20 cm×20 cm，微区内布设6 个样点，如图3（b）所示，①、④、⑤样点位于膜外，②、③、⑥样点位于膜内，19～21号微区共布设18个样点。同时为研究采样地2 棉田地膜覆盖下土壤盐分微域变异特征，在棉田内选择存在地膜覆盖状况差异的3 个50 cm×50 cm 的微区（依次编号为22～24），采样间距为25 cm×50 cm，微区内布设6 个样点，如图3（c）所示，①、④、⑤样点位于膜外，处于位置相对较低的垄沟，②、③、⑥样点位于膜内，处于位置相对较高的垄面，22～24号微区共布设18个样点。

图3 不同覆盖状况单个微区采样点分布图Figure 3 Sampling point distribution of a single microdomain under the influence of coverage

1.3 数据采集

11 月份东营市气温骤降，雨量锐减，地表积盐现象明显且稳定。利用卷尺确定采样点间距，并利用EC110 便携式盐分计测量3 次表层土壤电导率，待数值稳定后记录，取3 次平均值作为各样点电导率值。采用单点取样法采集各样点表层土样，同时记录每个微区微地形、紧实度和覆盖状况等微域特征，并拍摄取样点数码照片。调查采样时间为2020 年11 月5—6 日，数据采集时天气晴朗且近一周内无降雨和田间灌溉。

将采集的土样带回实验室进行风干，磨碎过2 mm 筛，用烘干法测定土壤含盐量，最终建立野外实测电导率（，µS·cm）与土壤含盐量（，g·kg）之间的关系方程（=0.002 18+0.727，=0.938 7），并据此对全部野外测量的电导率数据进行转换。土壤盐渍化程度按照相关分级标准划分为5个等级（表1）。

表1 土壤盐渍化程度分级标准Table 1 Grade standard of soil salinization degree

1.4 分析方法

采用SPSS 25.0 进行LSD 同质性检验、单因素方差分析来表示单变量影响下的显著差异（＜0.05），并对不同微域特征下土壤盐分的分布特征进行描述性分析。使用Excel 2010 和Origin 2019 做图来反映不同微域特征下土壤盐分的分布特点，通过对数据的分析对比以及实地观测来表征微域尺度下不同因素对土壤盐分变异的影响规律。变异系数能够反映离散程度的大小，本文将变异系数划分为不同等级（表2）。

表2 变异程度分级标准Table 2 Grade standard of variation degree

2 结果与分析

2.1 微域尺度下不同微地形土壤盐分含量及其变异特征

续表3 麦田微地形各微区采样点土壤表层含盐量及描述性统计特征Continued table 3 Soil surface salinity and descriptive statistical characteristics of microtopographic sampling points in wheat field

1～9 号微区不同微地形部位的平均土壤含盐量变化情况如图4 和表3 所示。各微区内，垄间坡顶处土壤盐分含量高于垄沟低洼处，且垄沟低洼处和垄间坡顶处土壤含盐量差异显著（＜0.05）。由表3 可以看出，1～3 号微区平均数和中位数为1.17～1.19 g·kg和1.18～1.19 g·kg，属轻度盐渍化土壤；4～9 号微区平均数和中位数为2.44～3.03 g·kg和2.44～3.06 g·kg，属中度盐渍化土壤；在轻度盐渍化土壤的1～3 号微区内，处于垄沟低洼处的①、④、⑤号样点土壤含盐量较低，范围在1.06～1.18 g·kg，处于垄间坡顶的②、③、⑥号样点土壤含盐量较高，范围在1.20～1.32 g·kg，垄间坡顶处较垄沟低洼处土壤含盐量平均增高8.9%；在中度盐渍化土壤的4～9 号微区内，处于垄沟低洼处的①、④、⑤号样点土壤含盐量为2.19～2.90 g·kg，处于垄间坡顶的②、③、⑥号样点土壤含盐量为2.51～3.41 g·kg，垄间坡顶处较垄沟低洼处土壤含盐量平均增高23.4%；1～9 号微区垄间坡顶处较垄沟低洼处的土壤含盐量平均增高18.6%。微区内较高的盐分水平集中在垄间坡顶部位，说明田间微地形能够影响微域尺度土壤盐分含量的分布状况。从表3 中所示的变异系数和标准差可以看出，1、2、3、4、6 号微区变异系数和标准差为4.7%～9.1%和0.06～0.24 g·kg，属弱变异性；而含盐量相对较高的5、7、8、9 号微区变异系数和标准差为10.2%～19.8%和0.31～0.56 g·kg，属中等强度变异。可以看出，随着盐分等级的提升，各微区土壤含盐量标准差变大，变异性趋强，差异趋于明显。这可能是由于随着土壤盐分的提升，有更多的盐分从垄沟低洼处随水分运移到蒸发较为强烈的垄间坡顶处。

图4 不同微地形部位平均土壤含盐量Figure 4 Average soil salinity in different microtopography

表3 麦田微地形各微区采样点土壤表层含盐量及描述性统计特征Table 3 Soil surface salinity and descriptive statistical characteristics of microtopographic sampling points in wheat field

2.2 微域尺度下不同紧实度土壤盐分含量及其变异特征

图5为10～15 号微区不同紧实状况部位的平均土壤含盐量变化情况，以紧实和松散处样点的土壤盐分平均值代表该部位的盐分含量。可以看出，10～15号各微区内相对紧实处和相对松散处土壤含盐量均有显著差异（＜0.05），呈现出紧实处土壤盐分高于松散处土壤盐分的规律。表4 为10～15 号微区表层土壤盐分含量数据及描述性统计特征，可以看出，土壤盐分含量稍低的10～12 号微区内，位于松散处的①、④、⑤号样点土壤盐分为1.08～1.20 g·kg，位于紧实处的②、③、⑥号样点土壤盐分为1.26～1.55 g·kg，紧实处较松散处土壤盐分平均提升21.9%；在属于中度盐渍化土壤的13～15号微区内，位于松散处的①、④、⑤号样点土壤盐分为1.88～2.68 g·kg，位于紧实处的②、③、⑥号样点土壤盐分为3.44～4.41 g·kg，紧实处较松散处土壤盐分平均提升67.4%，土壤盐分提升明显。10～15 号微区紧实处较松散处土壤盐分平均增高44.7%，微区内较高的盐分水平集中在土壤相对紧实的部分，这说明土壤紧实程度能够影响微域尺度土壤盐分的分布状况。10～12 号微区土壤含盐量平均值和中位数为1.19～1.33 g·kg和1.19～1.31 g·kg，属轻度盐渍化土壤；13～15 号微区土壤含盐量平均值和中位数为2.91～3.35 g·kg和2.92～3.34 g·kg，属中度盐渍化土壤。土壤含盐量水平相对较低的10～12 号微区的变异系数和标准差为8.6%～15.0%和0.10～0.20 g·kg，变异程度较弱；而13～15号微区为24.5%～31.4%和0.73～0.94 g·kg，属中等程度变异。这表明随着盐渍化程度的加重，不同紧实状况对土壤盐分差异的影响更加显著。

表4 麦田紧实状况各微区采样点土壤表层含盐量及描述性统计特征Table 4 Soil surface salinity and descriptive statistical characteristics of each microdomain sampling point in wheat field

图5 不同紧实部位平均土壤含盐量Figure 5 Average soil salinity in different compacted parts

2.3 微域尺度下不同覆盖状况土壤盐分含量及其变异特征

图6为16～24 号微区不同地表覆盖状况部位的土壤含盐量变化情况，以不同覆盖部位处样点的土壤盐分平均值代表该部位的盐分含量。可以看出，在受杂草覆盖影响的16～18 号微区内，土壤含盐量呈现出裸地＞杂草稀疏处＞杂草茂盛处的规律，裸地较杂草覆盖处土壤的含盐量差异显著（＜0.05），但杂草稀疏处和杂草茂盛处土壤含盐量差异不显著（＞0.05）；在受地膜覆盖影响下的19～24 号微区中，土壤含盐量均呈现出膜外＞膜内的规律，且两者差异显著（＜0.05）。由表5～表7 和图6 可以看出，16～18 号微区中处于裸地的①、⑥、⑦号样点土壤含盐量为1.25～1.84 g·kg，处于杂草茂盛处的②、⑤、⑧号样点土壤含盐量为1.01～1.20 g·kg，处于杂草稀疏处的③、④、⑨号样点土壤含盐量为1.10～1.40 g·kg，裸地处相较杂草茂盛处盐分平均增高30.8%，可见在裸地处土壤含盐量更高；19～21 号微区处于膜外的①、④、⑤号样点土壤含盐量范围在1.73～1.98 g·kg，而处于膜内的②、③、⑥号样点土壤含盐量为1.20～1.39 g·kg，土壤表层盐分膜外较膜内平均增高44.7%，膜外盐分上升明显；22～24 号棉田微区处于膜外的①、④、⑤号样点土壤含盐量范围在1.42～1.70 g·kg，处于膜内的②、③、⑥号样点土壤含盐量为1.06～1.34 g·kg，土壤表层盐分膜外垄沟较膜内垄面平均增高31.5%，同样呈现出膜内盐分稍低的规律。可见，地表覆盖物的存在能够在一定程度上减少土壤盐分向地表的聚集。

图6 不同覆盖部位平均土壤含盐量Figure 6 Average soil salinity at different cover sites

结合表5～表7 可以看出，16～24 号微区的盐分平均值和中位数为1.17～1.62 g·kg和1.13～1.62 g·kg，两者差距较小，表明16～24 号微区均属于轻度盐渍化土壤。虽然平均数和中位数差距较小，但各样点盐分最大值基本都位于玉米秸秆地，表明玉米收割后田块内缺少耕作管理措施会提高土壤含盐量水平。在不同的覆盖条件影响下，各微区变异系数和标准差为9.6%～21.0%和0.12～0.33 g·kg，总体上属于中等程度变异。

表5 玉米田杂草覆盖各微区采样点土壤表层含盐量及描述性统计特征Table 5 Soil surface salinity and descriptive statistical characteristics of weed-covered microdomain in maize field

表7 棉田地膜覆盖各微区采样点土壤表层含盐量及描述性统计特征Table 7 Soil surface salinity and descriptive statistical characteristics of plastic film mulching sampling points in cotton field

3 讨论

本研究选择农田田块微域尺度，根据不同微区内典型特征因素均匀布设样点，发现了农田微域土壤盐分含量的差异性及与具体农艺措施的密切相关性。类似研究也发现了土壤盐分微域变异存在较为复杂的驱动机制，因此只关注宏观大尺度上的土壤盐分变异，通常会导致实际农业生产中对土壤盐分空间分布认知的偏差，土壤盐分微域尺度的研究需要进一步加强。本研究选择了微地形、紧实度和覆盖状况3 种主要因素探究微域尺度盐渍化土壤盐分变异特征，其他类型微域的土壤盐分变异研究有待进一步的系统探索。

本研究结果表明，存在微地形变化的微区中，土壤表层含盐量的最高值都集中在地形较高的垄间坡顶处，这可能与秋季雨量较少、垄间坡顶处蒸发明显、盐分向高处聚集有关，这与前人研究的起垄措施对土壤盐分分布影响的结果一致。而微区内被农业机械压实的土壤表层含盐量高于相对松散的土壤，这可能与土壤被压实后孔隙度减小、毛管作用增强，加剧了土壤盐分的表聚现象有关。而微区裸地的土壤盐分高于有杂草覆盖土壤，这与前人研究中地表覆盖会抑制土壤盐分表聚的结果一致。覆盖物的存在，有效减缓了土壤水分的蒸发，同时其根系活动也可能会对土壤盐分有一定的抑制作用。

本研究结果可为滨海区农作物种植避盐措施提供参考，小麦在进行机械播种耕作时，应提高机械播种精度，保证小麦种子植于垄沟低洼处，以降低积盐期盐渍化对小麦生长的危害，同时农业机械压实过的土壤，应及时对其进行翻耕，并控制农业机械在农田中的使用频率。秋季休耕后玉米田内的杂草和地膜残留能有效降低土壤盐分含量，因此可对休耕后的农田裸露地表进行覆盖处理；棉田覆膜技术能有效抑制土壤盐分向地表运移，值得进一步推广。而综合多种有效避盐措施，针对不同农作物播种、耕作、覆盖等规范管理的控盐技术模式还需要进一步的试验探索。

气候因素是影响土壤盐渍化的主要因素之一，研究区季节特征明显，秋季是以蒸发为主的积盐期，采样的一周内无灌溉和降水，能反映研究区秋季稳定蒸发条件下微域土壤盐分空间变异特征，但是研究区不同季节降雨和地面蒸发情况有所差别，同时不同灌排措施也会通过影响地下水位导致微区内土壤盐分空间变异的差异，因此研究区在不同时间和人类活动影响下的土壤盐分微域变异特征及调控对策有待后续的进一步研究。

4 结论

（1）不同微地形部位土壤盐分含量差异明显，呈现中等强度的变异性，变异系数最高达19.8%。起垄后土壤盐分呈垄上聚集特征，垄间坡顶处土壤盐分含量相比垄沟低洼处最大增高43.9%，微域土壤盐分含量受微地形影响显著。

（2）不同紧实度部位土壤盐分含量差异显著，呈现中等变异，变异系数最高达31.4%。良好耕作的松散土壤的盐分含量比紧实土壤最高降低44.0%，土壤机械压实后会加剧盐渍化风险。

（3）地表不同覆盖状态对土壤盐分含量具有显著影响。杂草覆盖可有效抑制土壤盐分表聚，使土壤盐分含量最高降低32.6%，地膜覆盖则可最高降低土壤盐分含量31.6%，田间地表覆盖措施可降低旱季农田盐渍化风险。

表6 玉米田地膜覆盖各微区采样点土壤表层含盐量及描述性统计特征Table 6 Soil surface salinity and descriptive statistical characteristics of plastic film mulched microdomain in corn field