福建某滨海湖泊周边土壤氯含量空间分布研究

蔡雅楠，詹芷叶，陈前火，甘晖

（福建师范大学环境科学与工程学院，福建 福州 350007）

1 前言

1.1 滨海盐土的简介

滨海盐土在全国盐土中占7.03%，面积有21144 km2，我国北方滨海盐碱化相比南方较严重[1]。滨海盐土占比大的地区有江苏、山东、河北等，占比小的地区有浙江、福建、广东等[2]。滨海盐土成因有3个共性：一是直接生成盐渍淤泥；二是先积盐，后成土；三是靠近海岸，土壤中盐含量越高[3]。由于土壤、气候、地质和地貌的不相同，从而形成了不同特性的滨海盐土。

福建滨海盐土的理化性质表现为可溶性盐分含量高、有机质缺少、质地黏重、耕性不强和剖面层次不明显等[4]。福建地区滨海盐土的演变过程可分为海滩-咸田-塘田-黑粘土-黑灰土。在滨海盐土的形成过程中，盐分逐渐演变成表土层、心土层和底土层积盐[5]。

1.2 滨海盐土的监测

滨海盐土的遥感监测技术展现出了时效、精准和智能化[6]。早期的多光谱影像特征[7]，中期的高光谱技术[8]和后期的GIS和遥感技术，不断促进着滨海盐土的可持续发展。

滨海盐土的检测方式有2种，一种是人为目视解释，其余是计算机数字图象处置[9]。国外的遥感监测相对精确成熟，例如：Landsat MSS和TM[10-11]，SPOT和印度的IRS[12]。国内的遥感监测是操纵地舆与影像之间的要领来排除异物同谱与同谱异物之间的干扰[13]，以此绘制出盐渍土分布、土壤含水量等图像，用来具体分析和研究滨海盐土[14-15]。

滨海盐土的监测有目视解释和计算机自动判别技术。目视解释法是通过结合遥感图像和空间特征，对监测结果进行补充，但其准确度较低[16]。滨海盐土的地理环境和景观特征比内陆盐土更为复杂[12]。Rao B RM[17]和 Dehaan[18]在可见光和近红外波段的条件下都发现了盐土植被和一般植被的区别，然而随着计算机自动判别技术的提高，光谱变换和分类算法得以发展，彭望琭发现了光谱变换中的K-T变换可以提升盐渍土的分析效果[19]。

在21世纪，GIS[20]和计算机智能算法推动了滨海盐土区域分布的研究。利用GIS的空间叠加和空间分析功能作出的盐土分布状况图像，可应用滨海盐土分区管理上[21]。严海兵[22]等利用统计法和遥感影像技术对江苏南通和盐城进行了滨海盐土的研究，并通过普通克里金法制出各土壤有机质、速效磷和钾元素的分布图，以此来获得其总体分布趋势。

2 材料与方法

2.1 样品采集

本次取样检测盐土氯离子含量，采样方法严格按照HJ/T166-2004《土壤环境监测技术规范》，采样点设在人为活动较少，地势平坦，土壤类型代表性强的区域，用网格划分共设置40个采样点，采取表层土壤（0～20 cm），监测区域划分为面积相等的块状区域，用双对角线采样法取5个点，在每个点位取样等量混合后，取1 kg的样品封存在样品袋中。各采样点使用GPS定位并记录。

2.2 研究方法

测定土壤氯离子含量时，采用NY/T 1378—2007《土壤氯离子含量的测定》中的第一篇：电位滴定法来测定土壤样品中的氯含量。

测定土壤pH值采用NY/T 1121.2—2006《土壤检测第2部分：土壤pH的测定》。

测定土壤阳离子交换量采用LY/T 1243—1999《森林土壤阳离子交换量的测定》。

2.2.1 制备试料

在野外采样取得的样品，通过风干、四分法、过筛等，制取试样。称20 g试样，置于250 mL锥形瓶中，加入100 mL水，振荡器振荡5 min，频率快。振荡后等待溶液分层，取上清液作为测定试料。

2.2.2 电位滴定实验

使用移液管从试料中移取适量体积放置于50 mL烧杯中，并加入溴酚蓝指示剂和硝酸溶液，至溶液颜色呈现黄色，放入乙醇（加入的体积是移取试样溶液的3倍，V总＜40 mL）。在调制好的溶剂中加入磁力搅拌子，放置电磁搅拌器的仪器上，进行电位滴定测量。

以硝酸银溶液为滴定剂。当每次滴入0.05 mL时，统计溶液的总体积和此时对应的电位E。计算出电位之间的差值Q1，Q1相减得Q2，记录Q2。滴定终点时，Q1出现最大值，记录后面的电位E1。空白试验，不加试样，其余滴定步骤同步。

3 结果与分析

3.1 研究区域土壤含氯量的分析

从实验可得到该研究区域土壤含氯量最大值为320 mg/kg、最小值为20 mg/kg，平均值128.2 mg/kg，将计量单位进行换算，以“%”表达，可知在这40个采样点中，土壤氯含量最大值为0.032%。根据土壤盐渍化分级标准[23]（表1），氯离子含量0.02%～0.04%的土壤为弱盐渍土，氯离子含量在0～0.02%的土壤为非盐渍土。通过图1分析可见，8个监测点土壤属于弱盐渍土，32个监测点土壤属于非盐渍土，盐渍化比例占20%，说明该研究区域土壤盐渍化程度较轻，属于滨海盐土，但有盐渍化趋势。

表1 研究区域土壤盐渍化程度

图1 研究区域氯离子含量统计数据

3.2 研究区域土壤含氯等级

我国农业耕地土壤氯离子含量的平均值是59.4 mg/kg。根据土壤含氯量等级划分[24]，在研究区域的40个监测点中，2个监测点属于特低量含氯土壤，13个监测点属于中下量含氯土壤，12个监测点属于中上量含氯土壤，11个监测点属于高量含氯土壤，2个属于特高量含氯土壤（表2）。

表2 土壤含氯等级

3.3 研究区域的滨海盐土是次生盐渍土

从图2中可以看出，氯离子含量对数处理后的数据图呈正相关的分布状态，且呈现出明显的正态分布，可以使用几何数值对研究区域的氯元素进行分析[25]。从表3中，氯离子含量区间在20～320 mg/kg，平均值是128.2 mg/kg，土壤中氯离子含量较高，氯离子含量基本上符合正态分布（p＞0.05）。

土壤中元素含量的变异系数和化学元素含量相关的，所以变异系数能评价地区元素累积情况[26]。盐土氯离子含量的变异系数是54.6%，是中等空间变异性[27]，偏度是0.89，对数化的偏度是-0.54，可见研究区域的空间差异较大。此类情况的成因，首先是母质岩石的不同，其次是人为活动的影响[28]；而氯离子在土壤中的含量受母质岩石的差别的影响较小，受其他因素的影响较大[28]，所以推测人为因素影响了该区域氯离子含量，加快了土壤盐渍化。

图2 研究区域盐土含氯量及对数转换后的频率分布图

3.4 研究区域土壤pH值和阳离子交换量（CEC）统计分析

从统计的基本数据（表4）可得，该研究区域的pH平均值是6.78，符合正态分布（p＞0.05）。从图3该pH区间值在6.22～7.27，盐土偏中性，变异系数3.69%，空间变异性小，为弱变异性，在水平上的差异小，数据相近。

表3 研究区域盐土含氯量分析统计结果

表4 研究区域pH值和CEC含量数据分析

阳离子交换量是与外界能相互交换的阳离子总量，可以代表土壤肥力。研究区域的CEC数值所在区间为5.9～25.4 mmol/kg，CEC的平均值为10.6 mmol/kg，从图4可以看出，CEC含量在5.0～15.0 mmol/kg的达到了总体的50%，最大值是25.4 mmol/kg，小于100 mmol/kg，该土壤肥力低下。

图3 pH频率直方图

图4 阳离子交换量频率直方图

3.5 研究区域土壤含氯量和pH值、阳离子交换量的相关性分析

通过对土壤中的含氯量与pH值、阳离子交换量的相关性分析，可知研究区域氯离子含量与pH的相关系数r为0.052，无相关关系。氯离子含量与阳离子交换量的相关系数r为-0.076，无相关关系。pH与阳离子交换量的相关系数r为-0.253，呈负相关。土壤中氯离子与pH值和阳离子交换量多元线性相关性分析，r为0.083接近0，无相关关系。

3.6 研究区域滨海盐土空间分布特征

运用Kriging插值法，结合各个点位GPS定位的经纬度作出含氯量空间分布图，从图5中可清晰地看出土壤含氯量的分布，靠近湖泊正西方和正北方的土壤氯离子含量为200～320 mg/kg，氯离子含量偏高，属于弱盐渍土壤；其余大面积的氯离子含量都是小于200 mg/kg，为正常水平，属于非盐渍土壤。

图5 研究区域土壤含氯量空间分布图

4 结论

⑴ 研究区域含氯量的区间是20～320 mg/kg，平均值128.2 mg/kg。32个监测点属于非盐渍土壤，8个监测点属于弱盐渍土壤。研究范围的盐渍化程度较轻，有滨海盐渍化的态势。

⑵ 盐土pH的区间6.22～7.27，pH平均值是6.78，偏中性土壤。CEC在5～15 mmol/kg的占总体50%，最大值是25.4 mmol/kg，小于100 mmol/kg，土壤肥力低下。

⑶ 研究区域土壤是次生盐渍土，区域的变异系数54.6%，属于中等的空间变异性，空间差异较大。pH值数据相近，结合数据分析，氯离子含量受母质岩石的影响不大，推测人为活动影响土壤中氯离子含量变大，加快土壤盐渍化。

⑷ 运用Kriging插值法作出的含氯量空间分布图，可看出研究区域正西方和正北方的土壤含氯量偏高，其余大面积的氯离子含量都为正常水平，属于非盐渍土壤。