崇明东滩土壤盐分的时空分布变化研究

诸海焘，付子轼*，周丕生，徐四新，蔡树美，张德闪**

（1上海市农业科学院生态环境保护研究所，上海市设施园艺技术重点实验室，农业部上海农业环境与耕地保育科学观测实验站，上海201403；2上海交通大学农业与生物学院，上海200240）

上海地处长江三角洲，属于冲积平原地区，地下水位较高，土壤偏微碱性。上海市滨海盐土面积60 000 hm2左右（包括滩涂），主要分布在东部和南部及崇明三岛的沿海、河口沿江地带，主要土属为潮间盐土和盐化土。其中，崇明岛上实现代园区（Shanghai Industrial Investment Corporation，SIIC）土地总面积为8 468.7 hm2，主要由东端的团结沙、东旺沙和东旺沙外侧滩涂3部分组成，园区土壤成陆时间短，呈幼育化。大量的研究表明：土壤盐碱性是崇明上实园区土地资源开发利用的重要限制因子，东滩北部农场区土壤pH＞7.5的碱性土壤占96.12%，其中pH＞8.5的强碱性土壤占24.27%［1-2］。盐分正常的土壤比例为24.3%，轻盐化土比例约50.5%，中盐化土比例为18.5%，重盐化土和盐土比例分别占4.9%和2%，土壤盐分含量最高达 10.15—10.87 g/kg［1-2］。

耕作栽培通过人为改变地表性状来改善农田生态环境，不仅能够改善土壤水、肥、气、热等状况，而且在防治土壤盐碱化、改良土壤盐碱土等方面具有显著的效果［3-4］。合理的保护性耕作栽培技术通过提高植被覆盖率，以植物的蒸腾作用取代土壤的蒸发作用，使土壤中的盐分积累在土壤深层或植物体内，从而避免耕作层的盐分积累［5-6］，另外，枯枝落叶和根系残体，在微生物的作用下，会形成腐殖质，产生的有机酸既能中和游离的碱性物质，置换土壤复合体上的交换性钠，又可溶解土壤中含有的碳酸钙，使钙离子和钠离子相互作用而置换出交换性钠离子［1，4-5］。在对上实园区滩涂土地利用适应性做出评估的基础上，分析两年耕作措施（稻-麦、花菜等）对园区不同土层土壤盐碱性和主要盐类物质（Na+、Cl-）的影响，系统研究园区土壤盐碱性的时空分布规律，以期为上实园区农业开发中产业发展战略和技术应用战略的制定提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

图1 上实现代农业园区土壤采样点分布Fig.1 The distributing of soil sam p ling sites in SIIC

按图1所示，将上实现代农业园区分为25个功能区，分别于2014年5月5—6日和2016年5月4—5日采集土壤样品。25个功能区主要植被类型为稻-麦、花菜和林木。每个小区土壤采集位点按连续“S”形采样法均匀布10—15个点，将各点土样混合。用土钻采集0—20 cm（表土层）、20—60 cm（心土层）和60—100 cm（底土层）的土壤样品，每次75个土样，共150个土样。测定分析土壤全盐含量、土壤电导率（EC值）、土壤水溶性Na+、水溶性Cl-含量。

1.2 测定方法

准确称取通过2 mm筛孔的风干土壤50.0 g，放置于干燥的500 mL锥形瓶中，准确加入无二氧化碳的纯水250 mL，加塞，震荡3 min，过滤，质量法测定土壤全盐量，火焰风光光度计法测定水溶性Na+，硝酸银滴定法测定水溶性Cl-，水浸提电导法测定土壤电导率（EC）。药品和试剂均为AR级，试剂配制、样品稀释和蒸馏等一律用双重蒸馏水，以免引入离子误差；每个样品各测试项目均做2个平行值，以消除偶然误差。

1.3 数据分析

用Excel 2007软件进行数据的统计分析、作图。

2 结果与分析

2.1 土壤全盐量

如图2所示，通过对2014年上实现代农业园区土壤全盐含量分析，发现表土层（0—20 cm）全盐量≤1 g/kg的土壤比例最高，其次为盐分含量为1—2 g/kg的土壤，盐分含量为2—4 g/kg的土壤比例最小。心土层（0—20 cm）土壤全盐量小于1 g/kg和1—2 g/kg的土壤比例相似。底土层（60—100 cm）全盐量在1—2 g/kg土壤比例最高，其次为盐分含量为≤1 g/kg的土壤，盐分含量为2—4 g/kg的土壤比例最小。随土壤深度的增加，全盐量≤1 g/kg的土壤比例逐渐减小，而盐分含量为1—2 g/kg和2—4 g/kg的土壤比例逐渐增加，表明上实现代农业园区表层土壤全盐量小于底层土壤，全盐量随土壤深度逐渐增加。经过两年的耕作利用，2016年园区表土层、心土层土壤全盐量的变化趋势为：全盐量≤1 g/kg的土壤比例上升，全盐量为1—2 g/kg的土壤比例下降，不同土层全盐量变化规律一致；底土层全盐量≤1 g/kg的土壤比例最高，其次为盐分含量为1—2 g/kg的土壤，盐分含量为2—4 g/kg的土壤比例最小，与2014年相比，底土层土壤全盐含量变化幅度最大。综上，上实现代农业园区土壤全盐量随剖面深度逐渐增加，2年的耕作栽培可以降低土壤全盐量，尤其是60—100 cm土层中的全盐量。

图2 上实现代农业园区不同土层土壤全盐量分布规律Fig.2 The pattern of total salt concentration in different soil layer in SIIC

2.2 土壤电导率

如图3所示，2014年，上实现代农业园区表土层（0—20 cm）土壤EC值在0.1—0.3 mS/cm土壤比例最大，其次为0.3—0.7 mS/cm和0.7—1.5 mS/cm的土壤；心土层（20—60 cm）和底土层（60—100 cm）土壤EC值为0.3—0.7 mS/cm的土壤比例最高，其次为0.1—0.3 mS/cm和0.7—1.5 mS/cm。随土壤深度的增加，土壤EC值在0.1—0.3 mS/cm土壤比例逐渐减小，而EC值在0.3—0.7 mS/cm的土壤比例逐渐增加，这表明上实现代农业园区表层土壤EC值小于底层土壤，EC值随土壤深度逐渐增加。经过两年耕作栽培，2016年园区表土层和心土层土壤 EC值在0.1—0.3 mS/cm土壤比例下降，EC值为0.3—0.7 mS/cm的土壤比例上升。底土层（60—100 cm）土壤EC值为0.3—0.7 mS/cm的土壤比例下降，0.1—0.3 mS/cm的土壤比例上升。两年耕作栽培，表层土壤EC值高于底层土壤，EC值随土壤深度逐渐降低，表明耕作栽培降低了深层土壤EC值，增加了上层土壤EC值。

图3 上实现代农业园区不同土层土壤EC分布规律Fig.3 The pattern of in different soil layer in SIIC

2.3 土壤水溶性Na+时空分布差异

如图 4所示，上实现代农业园区所有土层（0—20 cm、20—60 cm、60—100 cm）水溶性 Na+含量≤0.35 g/kg土壤比例最高，其次为0.35—0.7 g/kg的土壤，含量为0.7—1.4 g/kg的土壤比例最低，表土层为零。随土壤深度的增加，水溶性Na+含量≤0.35 g/kg的土壤比例逐渐降低，0.35—0.7 g/kg土壤比例逐渐增加。两年耕作栽培利用之后，表土层和心土层土壤水溶性Na+含量变化趋势不大，底土层≤0.35 g/kg土壤比例增加，含量为0.35—0.7 g/kg的土壤比例降低。表明随着土层的加深，土壤水溶性Na+含量增加。耕作利用降低了土壤盐性，主要表现为降低了底土层土壤水溶性Na+含量。

图4 上实现代农业园区不同土层水溶性Na+分布规律Fig.4 The pattern of water soluble Na+concentration in different soil layer in SIIC

2.4 土壤水溶性Cl-时空分布差异

如图5所示，上实现代农业园区表土层（0—20 cm）和心土层（20—60 cm）水溶性Cl-含量≤0.4 g/kg土壤比例最高，其次为0.4—1 g/kg的土壤，含量为1—2.2 g/kg的土壤比例接近于零。底土层（60—100 cm）的变化趋势与表土层和心土层一致，但水溶性Cl-含量为≤0.4 g/kg的土壤比例相对较低，0.4—1 g/kg和1—2.2 g/kg的土壤比例较高，表明上层土壤水溶性Cl-含量较深层土壤含量低。两年耕作栽培利用之后，土壤水溶性Cl-含量变化趋势为≤0.4 g/kg的土壤比例降低，0.4—1 g/kg的土壤比例增加；随土壤深度增加，土壤水溶性Cl-含量变化趋势与耕作前表现一致。以上结果表明，随着土层的加深土壤水溶性Cl-含量增加，耕作利用增加了土壤水溶性Cl-含量。

图5 上实现代农业园区不同土层水溶性Cl-分布规律Fig.5 The pattern of water soluble Cl-concentration in different soil layer in SIIC

3 结论与讨论

土壤盐分总含量是盐碱土含盐量的主要指标，一般全盐量≤1 g/kg的土壤为非盐化土，1—2 g/kg为轻盐化土，2—4 g/kg为中盐化土，4—6 g/kg为高盐化土，＞6 g/kg属于盐土［2，7］，根据对上实现代农业园区土壤全盐含量的调查，园区土壤主要为非盐化土，轻盐化土所占比例为30%—40%，中盐化所占比例较低，无高盐化土和盐土（图2）。土壤水溶性盐类的定量化分析是研究土壤盐分动态、确定土壤盐渍化程度以及进行盐渍土改良应用的关键环节之一，其中土壤电导率（EC值）是测定土壤水溶性盐含量的重要指标，而土壤水溶性Na+、K+、Cl-是影响土壤电导率最重要的因素［8-9］。本研究发现，土壤EC值为0.3—0.7 mS/cm土壤比例较大，水溶性Na+和Cl-含量分别为0.35—0.70 g/kg、0.4—1 g/kg的土壤比例较高，土壤电导率（图3）和水溶性Na+、Cl-含量（图4，图5）变化幅度较大。该结果表明，上实现代农业园区土壤中的主要盐分是NaCl，2014年第一次评价时表层土壤水溶性盐含量比底层土壤低。经过两年耕作栽培，上实现代农业园区土壤盐性降低，主要表现为土壤全盐量（图2）、60—100 cm土层土壤电导率（图3）、60—100 cm土壤水溶性Na+降低（图4），但是0—60 cm土层土壤电导率（图3）增加，表明两年的耕作使表层土壤盐分积累，深层土壤盐分降低，这可能是土壤深层盐分上移的结果。而盐分上移会直接造成耕层土壤盐分累积量增加，当土壤盐分物质超过一定含量时会影响作物的正常生长。

根据上实现代农业园区土壤盐分的分布状况，选择合理的改良方案，降低园区土壤盐分含量，减轻土壤盐分的上移，是提高园区土壤质量的首要问题。据调查显示，2014—2016年园区种植的作物为水稻、大麦、小麦、花菜、林木，可从改变园区植被类型入手，来改善土壤盐分累积。首先，可以轮作豆科等绿肥植物。种植绿肥植物不仅是增辟肥源的有效方法，还可以增加滩涂垦复地的表土覆盖，减少地表水分蒸发和土壤养分损失，达到巩固脱盐、抑制返盐的作用［1-3］。其次，为了阻止盐分的上移，可以将旱地部分改种水稻。稻田渗水层的压力会促进水向下运动，压制盐分上移，但长期淹水不利于土壤保肥能力的提高，最好采用水旱轮作方式，如绿肥-水稻-小麦-水稻的轮作，从而降低土壤盐渍化程度，使土壤向着熟化和肥力不断提升的方向发展［4］。另外，建议在盐分含量高的区域，种植耐盐和避盐的植物，如豆科绿肥作物、向日葵、怪柳等［10-11］，这些植物种类不仅可以降低土壤的盐分，还具有观赏价值，可为园区带来一定的经济效益。

综上，上实现代农业园区30%—40%的土壤为轻盐化土，主要盐分物质为NaCl，随着土层深度的增加，土壤盐渍化程度加剧。目前，上实现代农业园区的主要种植作物为稻-麦、花菜等，连续采用该种植模式会造成表层土壤盐分积累，深层土壤盐分降低，即盐分的上移，主要表现在两年耕作栽培降低了土壤全盐量和60—100 cm土层土壤电导率、土壤水溶性Na+，而0—60 cm土层土壤电导率和水溶性Na+、Cl-含量有所增加。种植绿肥作物、耐盐和避盐的植物能够有效的降低土壤盐渍化速率［10-11］，因此，改变上实生态园区植被类型，调整上实现代农业园区的耕作栽培措施，降低土壤含盐量，改善土壤质量，是提高上实现代农业园区土壤生产力的有效途径。