乌梁素海周围盐化潮土钠质化特征

刘 骏，于会彬，谢 森，席北斗，蒋进元

1.环境保护部化学品登记中心，北京 100012

2.常州大学环境与安全工程学院，江苏 常州 213164

3.中国环境科学研究院水环境系统工程研究室，北京 100012

4.湘潭大学环境工程系，湖南 湘潭 411105

乌梁素海周围盐化潮土钠质化特征

刘 骏1，于会彬2，3，谢 森4，席北斗3*，蒋进元3

1.环境保护部化学品登记中心，北京 100012

2.常州大学环境与安全工程学院，江苏 常州 213164

3.中国环境科学研究院水环境系统工程研究室，北京 100012

4.湘潭大学环境工程系，湖南 湘潭 411105

以乌梁素海周围盐角草(CSE)、碱蓬(CSG)、盐爪爪(CKF)和苦豆子(CSA)群落的盐化潮土为研究对象，分别采集0～20，＞20～40，＞40～60和＞60～80 cm共16个混合土样.测定土壤pH，含水量，含盐量，钠吸附比(SAR)和交换性钠离子百分率(ESP)等指标，分析了土壤的碱化特征.结果表明:CSE土壤剖面含盐量，SAR和ESP的平均值最高，其次为CSG，CKF和CSA土壤.CSE土壤金属离子总量最大，其次为CSG，CKF和CSA;阳离子以Ca2+和Na+为主，阴离子以Cl-和为主，而和含量极低.土壤盐分主要以氯化物和硫酸盐为主，碳酸盐以碳酸钙形式存在.ESP与含盐量(R2=0.834，P=0.000 8)和SAR(R2=0.862，P=0.000 2)之间均呈现显著的正相关，ESP随着含盐量和SAR的增大而增大，SAR可以替代ESP的测量.土壤剖面盐分的分布状况是在降水、蒸发、灌溉和地下水等因素的综合作用下形成的.关键词:盐碱化;盐化潮土;钠质化;乌梁素海

Abstract:Sixteen composite soil samples from different depths(0-20 cm，＞20-40 cm，＞40-60 cm and＞60-80 cm)were collected from four different halophyte communities，namely，Comm.Salicornia europaea(CSE)，Comm.Suaeda glauca(CSG)，Comm.Kalidium foliatum(CKF)and Comm.Sophora alopecuroides(CSA)located around Wuliangsuhai Lake.Based on measuring exchangeable sodium ion percentage(ESP)，sodium absorption rate(SAR)，pH，moisture and salinity，the salinization properties of saline fluvo-aquic soils were analyzed.The results showed that the means of salinity，ESPandSARin CSE profile were highest，followed by CSG，CKF and CSA.The total contents of metal ions were highest in CSE profile，followed by CSG，CKF and CSA.The major cations were Ca2+and Na+，while themajor anionswere Cl-and，though the contents ofandwere less.Chloride and sulphate were the main soil salinity，and carbonate existed as calcium carbonate.ESPwas significantly and positively correlated with salinity(R2=0.834，P=0.0008)andSAR(R2=0.862，P=0.0002)，indicating thatESPincreases with the rise of salinity andSAR，andSARcan be used as a surrogate forESP.The distribution of salts in soil profiles is formed from the combined effect of precipitation，evaporation，irrigation，groundwater，etc.

Keywords:salinisation;saline fluvo-aquic soils;sodicity;Wuliangsuhai Lake

荒漠化是一个自然、经济和社会过程，由于人类社会经济活动或自然过程改变了土壤、植被、空气和水平衡，产生区域性土壤干旱或气候干旱，导致土地生物量减少、生境恶化以及土地荒漠化范围扩大［1-2］.荒漠化主要发生在干旱、半干旱边缘区域以及具有干旱灾害的半湿润地区［3］.引起这种缓慢、分散和持续过程的主要原因有短期和长期气候变化及人类活动［4］.荒漠化使植被种类和数量减少、土壤结构破坏、土壤肥力下降、水循环改变、作物产量和牲畜出栏量减少等［5］.

土壤盐碱化是荒漠化的主要类型，干旱、半干旱地区是盐碱土分布最广泛的地带，干旱、半干旱地区的农业灌区和湖泊周围地带是盐碱土的主要分布区［6］.其中，盐化潮土主要分布在湖泊周围，并形成了自然的盐分梯度带(从湖边向外围土壤的盐碱化程度逐渐减弱)，盐生植物群落沿盐湖呈明显的环带状分布［7-8］，因此，土壤盐分条件是影响植被特点的重要因子［9］.

选取乌梁素海湖滨带4种不同盐生植物群落的土壤作为研究对象.通过分析土壤的物理和化学特性，以及碱化参数与特征，研究土壤剖面盐分的成因以及盐碱化的危害，以期为荒漠化防治和盐碱土修复提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

乌梁素海位于内蒙古自治区的乌拉特前旗境内，处于河套平原的末端，西临河套灌区，东接乌拉山西麓，北靠阴山，南抵黄河;位于108°43′E～108°57′E和40°27′N～40°03′N之间，是黄河流域最大的淡水湖泊.现有水域面积293 km2，南北长35～40 km，东西宽5～10 km，容量为2.5×109～3.0×109m3.水深0.5～2.5 m，最深达到4.0 m，多年平均深度为0.7 m.所在地区为温带大陆性气候，年均气温为7.3℃，年均降水量为224 mm，蒸发量为1 502 mm.乌梁素海是东北亚最重要的水生生物分布区之一，其中芦苇的面积约有300 km2.河套灌区是我国最大的灌区，形成一套完整的灌溉体系，从磴口县的三盛公水利枢纽取水，经过灌渠进入农田;而农田退水经过排水渠进入乌梁素海.由于灌溉技术和设施管理滞后，导致土壤盐碱化进程加剧［10-11］.

1.2 土样采集

在乌梁素海，从湖边到外围，依次是强盐生盐角草群落(Comm.Salicornia europaea，CSE)，重盐生碱蓬群落(Comm.Suaeda glauca，CSG)、中盐生盐爪爪群落(Comm.Kalidium foliatum，CKF)和轻盐生苦豆子群落(Comm.Sophora alopecuroides，CSA)［12］.因此，在乌梁素海周围分别选取这4种不同的盐生植物群落的土壤作为研究对象(见图1).在每个采样点，用洛阳铲(分0～20，＞20～40，＞40～60和 ＞60～80 cm土层)采集16个混合土样.其中每层用环刀(Ф=6 cm，V=100 m L)采一个土样(测量土壤的容重).每个土样混合均匀，仔细检出植物残体，过筛(Ф=2 mm)后立刻放入土样袋里运回实验室，冷藏保存.

图1 采样点位置Fig.1 Location of selected sample sites

1.3 土壤理化性质分析

每个土样分两部分处理，一部分土样风干、研磨后过100目(0.15 mm)筛，剩余土样冷藏或直接分析.土壤容重(BD)和含水量的测定用环刀法.土壤的pH和EC用风干土样测定.土水比为1∶2.5，温度为25℃，用酸度计(Sartorius)测量土样的pH.土水比为1∶1，用电导率仪(FE30，Mettler Toledo)测量土样的电导率.土壤的含盐量用质量法测定，即采用离心方法分离浸提液，经蒸干得到烘干残渣，去除有机质后，其质量为可溶盐总量.土壤可溶盐就是通常所说的土壤八大离子，即Ca2+，Mg2+，Na+，K+，，，Cl-和.其中，金属离子含量用原子吸收分光光度计(AA-6300，Shimadzu)测定;用离子色谱测量Cl-和含量;采用中和滴定法测定和含量(见表1).

表1 不同盐生植物群落土壤的物理化学特征Table 1 The physical and chemical properties of soils in the four different halophyte communities

钠吸附比(SAR)可以反映交换性离子组成.SAR计算见式(1)［14］.

用1 mol/L乙酸铵溶液提取土壤中的交换性Ca2+，Mg2+，K+和 Na+，用原子吸收分光光度计(AA-6300，Shimadzu)测量离子浓度，计算出土壤中交换性阳离子的含量(mmol/kg).ESP计算见式(2)［15］.

2 结果与讨论

2.1 土壤剖面含盐量与离子分布特征

干旱、半干旱地区盐生植被的分布受当地的土壤盐碱化程度和水分条件的共同影响，但水分与盐分是在不同尺度上发生作用的.水分条件是地带性因素，它在较大的区域尺度上影响着地区间植被分布的特点.盐分条件则是一种非地带性因素，是在相对较小的尺度上造成植被群落结构差异的主要因素［7，16］.在 CSE土壤剖面上，土层的平均含盐量(66.76 g/kg)最高，其次是 CSG (21.49 g/kg)，CKF(15.43 g/kg)和 CSA(9.11 g/kg)(图2).在CSE，CKF和CSA土壤剖面的各土层中，含盐量变化较小，并且 ＞20～40 cm土层的含盐量最大，而在 CSG土壤剖面中，0～20 cm土层的含盐量几乎为其他各土层的2倍.CSE土壤剖面的各土层的含盐量远远高于其他3个土壤剖面，盐角草对盐分的耐受性最大，并且该群落距离湖泊最近.CSA土壤剖面各土层的含盐量最低，表明苦豆子的耐盐性最小，并且该群落距离湖泊最远.因此，乌梁素海边缘土壤盐碱化程度最高，水分对植被的影响相对减弱，植被的地带性特征消失，以盐角草群落为主.离湖泊越远，土壤盐碱化程度越低，盐生植物群落受地带性植被的影响越明显，依次以当地的碱蓬、盐爪爪和苦斗子等地带性植被为主.

图2 不同盐生植物群落的土壤各土层含盐量Fig.2 Salinity with soil vertical depth in the different halophyte communities

4种不同盐生植物群落土壤的可溶性 Ca2+占阳离子总量比例最高(36.40%)，其次为 Na+(26.87%)，K+(21.87%)和 Mg2+(14.86%). Cl-与分别占阴离子总量的 62.37% 和37.63%和含量极低.土壤中可溶性盐分主要以氯化物和硫酸盐为主，碳酸盐主要以非溶于水的碳酸钙形式存在于土壤中［17］.

在4个土壤剖面中，CSE土壤金属离子含量最大，其次为CSG，CKF和CSA.在CSE土壤剖面中，阳离子以 Ca2+和 Na+为主，占阳离子总量的40.87%和 28.59%，K+在表层阳离子中含量最高，并且随土层加深而降低，其他金属离子并不随土层深度变化，Cl-含量明显高于(见图3).在CSG土壤剖面中，Ca2+含量最大(占33.99%)，Mg2+最小(占14.91%)，而 Na+和 K+相差不大(占26.16%和24.9%);Cl-明显高于;在4个土层中，除了Mg2+在各土层浓度相差不大外，其他3种金属离子浓度均在表层最高.在 CKF土壤剖面中，Ca2+和Na+较高，分别占34.41%和26.96%;Mg2+和 K+相对较少，分别占21.09%和17.54%，Cl-高于;除 K+外，其他3种金属离子浓度随土层加深而降低.在 CSA土壤剖面中，Mg2+含量最高(占32.69%)，其他3种金属离子含量相差不大;Cl-与持平;除了K+，其他3种金属离子在 ＞20～40 cm土层含量最高.

图3 几种盐生植物群落土壤不同土层水溶性离子分布特征Fig.3 Distribution of dissolved ions with soil vertical depth in the different halophyte communities

4种不同盐生植物群落各土层可溶性离子含量与含盐量存在显著正相关(R2=0.730，P= 0.001)，表明可溶性离子含量在土壤剖面中的分布态势与含盐量基本一致.土壤可溶性 Na+和Cl-含量与土壤含盐量呈现显著正相关(R2= 0.920，P=0.000 4;R2=0.688，P=0.001)，而和 Mg2+与含盐量的相关性不明显(R2= 0.486，P=0.056;R2=0.508，P=0.045)，这表明该类型土壤盐分含量及化学性状主要受 Na+和Cl-控制，而和Mg2+的影响不大.

2.2SAR和ESP的土壤剖面分布特征

在4个不同盐生植物群落土壤剖面中，CSE土壤的SAR平均值最大(33.88)，其次是 CSG (23.33)，CKF(16.30)和CSA(11.28)(见图4).除CSG土壤剖面外，在其他 3个土壤剖面上，＞20～40 cm的SAR高于其他3个土层.在每个土壤剖面中，不同土层中的SAR变化较大，但与土层深度的变化不相关.

图4 不同盐生植物群落土壤中SAR在4个土层的分布特征Fig.4 Distribution ofSARwith soil four vertical depth in the different halophyte communities

土壤ESP的变化趋势如图5所示.CSE土壤剖面ESP平均值最大(35.53%)，其次为 CSG (20.97%)，CKF(17.58%)和(CSA7.90%).除了CSG，在 CSE，CKF和 CSA土壤剖面中，＞20～40 cm土层ESP值最大，这与土壤中的含水量所体现的趋势大致相反(见图5).造成这种现象的主要原因，是由于当土壤中钠吸附比值较高时，Na+成为土壤溶液中占优势的阳离子，使部分交换性钙镁离子被 Na+所取代.Na+的增加会引起土壤颗粒收缩、胶体颗粒的分散和膨胀，导致土壤孔隙的减少，影响土壤的渗透性和作物根系的发育生长［18］.每个土壤剖面各土层的ESP＞5%，并且pH介于7.64～8.50之间，所以该土壤类型为盐化土［19］，可溶性盐分以氯化物和硫酸盐为主.

2.3ESP与含盐量，SAR的相关性分析

各土层ESP与含盐量之间的相关性见图 6 (a)，由于R2=0.834，P=0.000 8，所以它们之间存在着显著的正相关，表明土壤的ESP随着含盐量的增大而增大，可以用土层的含盐量表征ESP.各土层ESP和SAR之间呈显著正相关，R2= 0.862，P=0.000 2〔见图6(b)〕，所以SAR可以用来反映胶体上交换性钠离子在全部交换性阳离子中所占的比例.直线斜率k=1.027，表明ESP和SAR的值大致相等.由于ESP测定繁琐并容易发生错误，而ESP与SAR在数值上不是严格相等，所以美国土壤学会土壤学术语委员会推荐，用土壤饱和提取液的钠吸附比来描述钠质土壤的特征［20-21］.

图5 不同盐生植物群落土壤ESP随土层深度变化特征Fig.5 Change ofESPwith soil vertical depth in the different halophyte communities

图6 土壤ESP与含盐量，SAR的相关性分析Fig.6 Correlation amongESPand salinity andSARof the soils in the four different halophyte communities

图7为土壤ESP和SAR及含盐量的三维立体分析.它不仅反映ESP随着SAR和含盐量的增加而增大，而且反映出SAR和含盐量存在着显著相关性，SAR随着含盐量的增加而增大，因为“山峰”随SAR和含盐量增大而升高，并且“山峰”宽度较小.而SAR和含盐量之间的相关分析结果(R2= 0.782，P=0.000 5)验证了以上分析结果.

图7 不同盐生植物群落土壤反ESP，SAR和含盐量的曲面分析Fig.7 Curved drawing ofESP，SARand salinity of soils in four different halophyte communities

2.4 土壤剖面盐分状况的形成

SAR与ESP之间呈极显著正相关，回归方程为y=1.027x-1.265，R2=0.862.试验所在地区处于半干旱气候区，多年平均降水量为224 mm，蒸发量1 502 mm，蒸发量约为降水量的7倍，土壤蒸发强烈使盐分易于向表层积聚.乌梁素海湖水主要来自河套灌区的农田退水，退水分别来自夏浇和秋浇［22］.本地区第四系孔隙潜水含水层厚度为5～10 m，常年水位埋深1.4～3.2 m，小于土壤返盐的临界深度.

由于各排干的污水直接排放入乌梁素海，故加剧了乌梁素海湖滨带的盐分堆积情况，使盐碱化程度继续加剧.近20年来矿化度和pH显著升高，20世纪50年代湖水含盐量小于 0.8 g/L，60年代上升到1.5～2.0 g/L，70年代达3.5 g/L，进入80年代后，由于入湖水量和出湖水量增加，使湖水含盐量有所下降.目前，湖水含盐量平均为1.8 g/L.pH由50年代的平均7.5上升到现在的平均8.5左右.近年来，由于上游大量的生活、生产污水经总排干沟排入乌梁素海，水质化学污染严重，矿化度越来越高，湖水富营养化程度不断加重［23］.

3 结论

不同盐生植物群落土壤的含盐量，SAR与ESP在整个土壤剖面上分布是有规律的，CSE的平均值最高，其次为CSG，CKF和CSA.在4个土壤剖面中，除了CSA土壤剖面，其他3个土壤剖面的0～40 cm含盐量高于其他土层;＞20～40 cm的SAR和ESP明显高于其他3个土层.说明该土层为土壤碱化层.土壤的 Na+和 Cl-为该地区典型离子和含量极低，这与该区域成土母质的成分有关.ESP与含盐量和SAR值之间均呈现显著相关(R2＞0.830，P=0.000 2)，即ESP随着含盐量和SAR的增大而增大.因此，SAR可以替代ESP的测量.土壤剖面盐分的分布状况是在降水、蒸发、灌溉和地下水等因素的综合作用下形成的.

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Sodicity Properties o f Sa line Fluvo-aquic Soils around W u liangsuhai Lake

LIU Jun1，YU Hui-bin2，3，XIE Sen4，XIBei-dou3，JIANG Jin-yuan3

1.Chem ical Registration Center，Ministry of Environmental Protection of the People's Republic of China，Beijing 100012，China
2.School of Environmental＆Safety Engineering，Chanzhou University，Chanzhou 213164，China
3.Water Environment System Project Laboratory，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China
4.Department of Environmental Engineerning，Xiangtan，Hunan 411105，China

X53

A

1001-6929(2011)02-0229-07

2010-05-17

2010-10-15

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07106-001，2009ZX07207-004)

刘骏(1973-)，男，北京人，工程师，Liuhl2001@yahoo.com.cn.*责任作者，席北斗(1969-)，男，安徽砀山人，研究员，博士，主要从事流域水环境过程研究，xibeidou@263.com