洛阳烟区典型土壤盐分剖面分布特征分析

马 静，刘晓涵，韩秋静，赵世民，王 惠，马君红，李应斗，于建军，叶协锋*

1.河南农业大学烟草学院 国家烟草栽培生理生化研究基地 烟草行业烟草栽培重点实验室，郑州市文化路95号 450002

2.河南省烟草公司洛阳市公司，河南省洛阳市洛龙区开元大道246号 471000

3.云南省烟草公司保山市公司，云南省保山市正阳北路186号 678000

土壤盐渍化是世界范围内影响农作物生产的主要环境问题之一，也是干旱与半干旱地区最广泛的问题之一［1-2］。盐渍土的发生受区域性因素影响较大，其盐分组成及离子比例具有明显的地域特点，积盐、脱盐过程及盐分组成随生物、气候、地带性土壤发生过程的不同存在较大差异［3-4］。近年来，由于农药的滥用及灌溉、施肥方式的不合理，土壤盐渍化越来越普遍，严重影响了农作物的生长发育［5］。土壤中常见的盐分包括 Ca2+、Mg2+、Na+、K+4种阳离子和、、Cl-和4种阴离子。土壤盐分在土壤中含量、分布规律以及聚集特征决定了土壤盐渍化等级，土壤盐分在土壤剖面的聚类分布特征是气候变化、地形变化以及人为因素作用于盐分运移的综合反映，在一定程度上反映了土壤剖面的盐渍化程度和状态［6］。因此，研究盐分在土壤剖面中的分布可为烟田灌溉、排水、优化施肥结构提供依据。洛阳烟区是河南省主产烟区之一，常年种烟面积近 2×104hm2［7］，植烟土壤以褐土和红黏土为主［8］，其中红黏土主要分布在宜阳、嵩县、洛宁、汝阳、伊川等地，黄土质褐土主要分布在宜阳、新安等地［9］。干旱是洛阳烟区的主要灾害性天气，发生范围广、出现频率高、持续时间较长［10］。毛海涛等［11］、解卫海等［12］研究提出，在新疆等干旱半干旱地区，干旱发生时土壤水分蒸发强度大，导致地表盐分不断积累，盐分浓度增加。而在洛阳烟区相关的研究则鲜见报道。为此，调查了洛阳烟区褐土和红黏土两种主要土壤类型0~100 cm土层盐离子的分布特征，以期为合理施肥、优化灌溉，减少土壤盐分危害和改善烟叶品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

洛阳烟区位于河南省西部，黄河中下游，其地貌主要有山地、丘陵、平原三大类型，属温带季风气候。该区域春季干旱大风多，夏季炎热降雨集中，年平均气温14.8℃，年均降水量578.2 mm，年均蒸发量1 200 mm，年均日照时数为2 291.6 h，日照率为 52%，无霜期218 d［13］。

1.2 土壤样品的采集与分析

2017年3月20~24日于烟田整地施肥前，在洛阳烟区的汝阳、嵩县、洛宁和宜阳4个主产县取样。根据土壤类型在每个县选取5个有代表性的植烟片区，地貌类型均为丘陵，共设置20个采样点。其中，红黏土16个，黄土质褐土4个。在每个取样点选取土壤剖面0~100 cm，以20 cm为一个土层进行样品采集，共采集100个样品，并将采集的样品带回实验室自然风干后过筛，备用。

采用pH计（1∶5的土水比浸提液）电位法测定土壤pH；采用EDTA滴定法测定土壤中各盐分离子Ca2+、Mg2+和含量（质量分数）；采用双指示剂中和滴定法测定和含量（质量分数）；采用硝酸银滴定法测定Cl-含量（质量分数）；采用火焰分光光度计法测定Na+和K+含量（质量分数）［14］。土壤水溶性盐分总量（g/kg）为7种盐离子质量分数之和。

根据土壤盐渍化分级标准［15］，将土壤盐分含量分为5个等级：＜1.0 g/kg属于非盐渍化土；1.0~2.0 g/kg属于轻度盐渍化土；2.0~4.0 g/kg属于中度盐渍化土；4.0~6.0 g/kg属于重度盐渍化土；＞6.0 g/kg属于盐土。

1.3 数据处理

利用Excel 2010和SPSS20.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤盐分含量状况

2.1.1 土壤盐分离子剖面分布状况

研究区土壤样品盐分状况如表1所示。在20个取样点及其5个土壤剖面层的100个土壤样品中，土壤pH介于7.58~7.94之间，属于碱性。盐分阳离子以Ca2+为主，占阳离子总量的52.50%~58.40%，阴离子以为主，占阴离子总量的94.10%~95.62%。在0~40 cm土层中Ca2+含量随土层深度增加逐渐降低，40~100 cm土层中随土层深度增加逐渐升高。Mg2+含量最大值出现在80~100 cm土层中，最小值出现在20~40 cm土层中。和全盐量随土层深度的增加呈现出先降低后升高的趋势，表现出表聚和底聚现象。Na+含量随土层深度增加逐渐升高。K+与含量在0~80 cm土层中随土层深度增加逐渐降低，80~100 cm土层中略有增加。Cl-含量在60~80 cm土层中最高，20~40 cm土层中最低。有机质含量随土层深度增加逐渐降低。在0~100 cm土层中，各有1个土壤样品为轻度盐渍化，在60~80 cm和80~100 cm土层中各有1个土壤样品中度盐渍化。

2.1.2 土壤盐分离子、pH及有机质含量的相关性

对土壤盐碱指标进行相关分析，能在一定程度上揭示盐碱指标在土壤剖面中的存在形态及运移规律，反映其变化趋势［16-17］。从表2可以看出，Ca2+与Mg2+、Na+、-、Cl-、全盐量均呈极显著正相关。Mg2+与Ca2+、Na+、-、Cl-、全盐量呈极显著正相关，与K+呈显著正相关。K+与Cl-呈极显著正相关，与Mg2+呈显著正相关。Na+与 Ca2+、Mg2+、Cl-、全盐量呈极显著正相关。与 Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、全盐量都呈极显著正相关，与有机质含量呈显著正相关。Cl-与 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、、全盐量呈极显著正相关。全盐量与Ca2+、Mg2+、Na+、、Cl-呈极显著正相关，相关系数分别为0.911、0.438、0.840、0.969和0.787，说明 Ca2+、Na+、和Cl-对土壤全盐量的影响较大，而pH与呈极显著正相关，与有机质含量呈显著负相关，说明土壤pH主要受控于。有机质含量与pH、呈显著负相关，与呈显著正相关。

表1 土壤盐分状况特征值分析①Tab.1 Characteristic value analysis of soil salinity

表2 土壤盐分离子、pH及有机质的相关性①Tab.2 Correlation between salt ions，pH and organic matter of soil

2.2 红黏土的盐分剖面分布特征

2.2.1 红黏土中全盐量的剖面分布特征

土壤全盐量是表征土壤盐分含量大小及盐渍化程度高低的重要指标［18］。从图1中可以看出，红黏土0~100 cm土层盐分含量在425.71~536.11 mg/kg之间，在0~20 cm土层出现最大值，在60~80 cm土层出现最小值。

变异系数是反应变量离散程度的重要指标，在一定程度上揭示了变量的空间分布特征［19］。在红黏土的同一土层间土壤全盐量的变异系数在18.95%~47.51%之间，属于中等强度变异。

2.2.2 红黏土中阳离子的剖面分布特征

从红黏土土壤剖面阳离子分布情况（表3）来看，Ca2+在各土层阳离子中占比最大，分别占阳离子总量的50.94%、49.45%、52.71%、51.51%和50.70%；K+占比次之，占阳离子总量的27.71%~32.86%；Na+占阳离子总量的8.89%~12.22%；Mg2+占比最少。其中，Ca2+含量随土层深度的增加表现出先降后升再降低的变化趋势，最大值出现在40~60 cm土层中，最小值出现在20~40 cm土层中。而Mg2+含量在0~20 cm土层中含量最低，在80~100 cm土层中含量最高。K+含量随土层深度的增加而减少，Na+则随土层深度增加逐渐增加。

图1 红黏土土壤全盐量及其在剖面中的分布特征Fig.1 Total salt content in red clay soil and its vertical profile

表3 红黏土土壤阳离子及其在剖面中的分布特征Tab.3 Cation contents in red clay soil and their vertical soil profile

从土壤剖面阳离子含量的变异系数来看，各离子在整个剖面表现为中、强度变异，变异系数在17.16%~72.46%之间，各土层均以Mg2+的变异系数最高。Ca2+变异系数的最大值出现在20~40 cm土层中，Mg2+和K+变异系数的最大值出现在 40~60 cm土层中，Na+变异系数的最大值出现在60~80 cm土层中。

2.2.3 红黏土中阴离子的剖面分布特征

表4 红黏土土壤阴离子及其在剖面中的分布特征Tab.4 Anion contents in red clay soil and their vertical soil profile

2.3 黄土质褐土的盐分剖面分布特征

2.3.1 黄土质褐土中全盐量的剖面分布特征

从图2可以看出，黄土质褐土在0~100 cm土层全盐量在664.46~1 219.30 mg/kg之间，高于红黏土，表现出明显的表聚和底聚现象，60~100 cm土层为轻度盐渍化。从变异系数看，黄土质褐土全盐量变异系数在32.06%~96.25%之间，在60~100 cm土层变异系数较大。

图2 黄土质褐土土壤全盐量及其在剖面中的分布特征Fig.2 Total salt content in yellow-cinnamon soil and its vertical soil profile

2.3.2 黄土质褐土土壤阳离子的剖面分布特征

黄土质褐土在各土层阳离子均以Ca2+为主（表5），占阳离子总量的55.71%~68.68%。Ca2+的变化趋势与黄土质褐土土壤全盐量的变化趋势基本一致，在80~100 cm土层含量最高，在40~60 cm土层含量最低。K+含量随土层深度增加表现出先降后升的变化趋势，占阳离子总量的15.70%~24.88%，在0~20 cm土层含量最高。Mg2+含量在0~20 cm土层和40~60 cm土层较高，而Na+含量在0~40 cm土层含量逐渐减少，40~100 cm土层逐渐增加。

从变异系数来看，黄土质褐土土壤阳离子的变异系数在31.66%~114.82%之间，表现为中、强度变异，各土层皆以Ca2+和Na+的变异系数较大。

表5 黄土质褐土土壤阳离子及其在剖面中的分布特征Tab.5 Cation contents in yellow-cinnamon soil and their vertical soil profile

2.3.3 黄土质褐土土壤阴离子及其剖面分布特征

从黄土质褐土阴离子的变异系数来看，在0~100 cm土层Cl-的变异系数最大，在 81.71%~158.69%之间。的变异系数在22.39%~103.32%之间，的变异系数表现为表层高、底层低，在80~100 cm土层中出现最小值，在20~40 cm土层中出现最大值。

表6 黄土质褐土土壤阴离子及其在剖面中的分布特征Tab.6 Anion contents in yellow-cinnamon soil and their vertical soil profile

3 讨论

土壤全盐量、pH、阴阳离子组成是盐渍化土壤最基本的特征，也是区域盐渍化土壤改良最基本的依据［19］。本研究表明，研究区土壤盐分表现出明显的表聚和底聚现象，这主要与水盐运动有关，盐渍化土壤水盐运移的基本规律是盐伴水来，盐陪水走，水走盐留［20］。这可能是因为烟农户均规模增大，人工成本提高后导致基肥比例增加，进而使土壤盐分在地表积累；同时，洛阳烟区冬春干旱少雨，水分蒸发使土壤中盐分随水向上迁移，产生土壤盐分表聚现象，而在降水量大的季节，盐分则随水向土层深处迁移，出现底聚现象。由于所采集土壤多为石灰性土壤，因此盐分中阳离子以Ca2+为主；烟用钾肥通常为 K2SO4［21］，导致土壤中K+和SO42-含量增加，因此土壤盐分阳离子中K+含量仅次于Ca2+，阴离子以SO42-为主。本试验中土壤有机质含量与pH呈显著负相关，可能是因为土壤pH会影响土壤微生物数量、种群结构及其生物活性［22］，而有机质的矿质化与腐质化是在微生物参与下完成的［23］，因此土壤pH对有机质含量产生影响［24-25］。土壤盐分指标呈现空间变异，变异系数多为中到强，这表明土壤盐分的变异性较大，空间分布不均匀［19］。

研究区黄土质褐土土壤全盐量较高，在0~60 cm土层土壤为非盐渍化，在60~100 cm土层土壤为轻度盐渍化，土壤盐分出现明显的表聚和底聚现象；红黏土在0~100 cm土层为非盐渍化，土壤盐分出现较明显的表聚现象。两种类型土壤盐分剖面中分布的差异可能与土壤剖面结构的差异有关。对于黄土质褐土而言，土体上虚下实，表层土多为中壤，盐分易在表面聚集，而在40~60 cm土层出现黏化层，厚度约30~50 cm［9］，导致盐分容易积累在黏土层，出现盐分底聚现象。对于红黏土而言，质地多为重壤土和黏土，致密少孔，土体结构中下层紧实［9］，抑制了盐分向深处迁移，易在黏土层界面积盐［26-27］，且红黏土具有低膨胀性和高收缩性，在气候干旱蒸发强烈的季节，土体收缩导致的裂缝会成为水分蒸发的良好通道，使盐分在这些通道和土壤毛管的作用下随水向上迁移，出现盐分表聚现象［28-30］。本试验中只探讨了春季洛阳烟区典型土壤盐分剖面的分布特征，至于夏季降水量较大的季节盐分在剖面的分布还有待进一步研究。

4 结论

洛阳烟区土壤多为非盐渍化，土壤盐分表现出明显的表聚和底聚现象。0~60 cm土层全盐量随土层深度增加逐渐降低，60~100 cm土层全盐量随土层深度增加逐渐升高。土壤盐分中阳离子以Ca2+为主，K+次之，阴离子以SO42-为主，Ca2+、Na+、SO42-和Cl-是影响土壤中盐分状况的主要离子。土壤有机质含量随土层深度增加逐渐降低。黄土质褐土0~60 cm土层为非盐渍化，60~100 cm土层为轻度盐渍化，且土壤盐分表现出表聚和底聚现象；红黏土0~100 cm为非盐渍化，土壤盐分表现出表聚现象。