库尔勒普惠地区盐碱土壤的物理化学性质与低渗水性的关系分析

周晓丽，郭沙沙，高洁，范丽丽，彭胜强

(巴音郭楞职业技术学院 冶金与资源学院，新疆 库尔勒 841000)

根据农业农村部组织的第二次全国土壤普查资料统计，我国盐碱土面积为34.6667万平方千米。新疆耕地面积2.1929万平方千米，不同程度盐碱化土壤0.7161万平方千米，占新疆耕地面积的33.26% 。其中，巴音郭楞自治州耕地面积964平方千米，盐碱化土壤567平方千米，占巴音郭楞自治州耕地面积的58.82%，盐碱化土壤百分比位于全疆首位[1]。本研究结合农业生产实际中存在的问题，根据颗粒大小分别采集砂质土壤、砂壤质土壤、黏质土壤，从土壤物理化学性质的角度研究了新疆库尔勒普惠地区盐碱土壤，并对黏质盐碱土壤的低渗水进行初步的探讨。

1 研究方法与实施

研究工作主要包括野外采样、室内样品处理、实验环节、数据计算处理等步骤。通过对研究区的调研采集样品29个，对采集的样品进行研磨并利用原子吸收仪器测量了四种阳离子的含量、pH值和电导率，最终用Excel对测试数据进行统计学的处理。

1.1 样品采集

样品在盐碱严重的地块和不严重的地块分别采集，在普惠乡农田中取样若干，每个点位作了GPS的记载，每个点位地表一个样品，地表以下50 cm处再采集一个，共计13个点位26个样品，并对这13个点位分别进行了编号，如图1。另外在点6、点7和点10的附近非农田位置采集三个空白样品，作为参考样品，共计采集样品29份，样品编号顺序为点1地表为1号样品、深部为2号样品，农耕土壤编号从1-26，27-29号为非农耕土壤空白样品。

图1 研究区采样点的一个基本分区

1.2 测试分析

2 数据统计与分析

最能直接反映盐碱土盐碱化程度的是土壤全盐量，全盐量可以通过电导率测定。电导率可以反映土壤含盐量的状况[2]；pH值从酸碱性的角度反映盐碱土的酸碱程度表征盐碱化的一个程度；八大离子为盐碱土壤的化学组成情况；通过钠离子和钙镁离子的含量计算钠吸收比，分析钠离子和土壤中离子交换相对活度。随着深度的变化土壤的性质也在不断地改变，变化的趋势不同，对作物及地表的影响也不同。

2.1 电导率测定与分析

新疆农垦局对南疆盐土1∶5水浸出液的电导率与土壤盐碱化等级研究的指标是：电导率小于1.8 MS/cm为非盐碱土，大于2.0 MS/cm为盐碱化土。

土水比1∶5，称取了5 g处理好的样品，放入烧杯，加蒸馏水25 mL，震荡，放入两颗磁力搅拌子，在磁力搅拌器中搅拌1 min左右，校准电导率仪，测定，记录数据，电导率值如表1所示。

由表1可知电导率地表情况，砂壤质土壤和黏质土壤样品位于地表的电导率平均值大于2.0 MS/cm，所以砂壤质土壤和黏质土壤发生了盐碱化，砂质土壤平均值为1.06 MS/cm，该类型土壤未发生盐碱化。深部的情况，因盐碱化作用砂壤质土壤电导率平均值2.11 MS/cm比地表下降了0.16 MS/cm，黏质土壤深部平均值2.71 MS/cm比地表下降了2.68 MS/cm，而砂质土壤因为渗滤作用盐分离子运移到地下深部电导率平均值为1.21 MS/cm比地表增长了0.15 MS/cm。

表1 采集的土壤样品电导率值统计单位:MS/cm砂质土壤砂壤质土壤黏质土壤地表地表最大值2.625.238.62最小值0.190.501.54平均值1.062.275.39标准差1.041.263.09深部最大值2.412.734.20最小值0.191.251.54平均值1.212.112.71标准差1.120.611.31

从统计信息可知电导率的最大值、最小值和平均值，地表和深部均是砂质土壤<砂壤质土壤<黏质土壤,说明土壤含盐量是砂质土壤<砂壤质土壤<黏质土壤。电导率的变化幅度是不同的，地表的变化幅度较大，如平均水平从砂质土壤的1.06 MS/cm到砂壤质土壤的2.27 MS/cm再到黏质土壤的5.39 MS/cm。电导率的平均值，砂质土壤的为1.06 MS/cm，盐化程度低，盐化基本不构成危害，砂壤质土壤的为2.27 MS/cm，为盐土，黏质土壤的为5.39 MS/cm，重度盐化。黏质土壤的标准差地表为3.09深部为1.31，表明黏质土壤的盐化很普遍，盐碱化程度离散程度较大，盐碱化程度各不相同。

2.2 pH值分析

土壤的pH值反应土壤的酸碱程度。采集的土壤样品pH值统计如表2所示。

表2 采集的土壤样品pH值统计统计值砂质土壤区砂壤质土壤区黏质土壤区非农耕土壤地表最大值8.007.858.808.00最小值7.356.907.806.95平均值7.697.498.207.51标准差0.300.380.450.53深部最大值7.857.458.15最小值7.256.757.60平均值7.487.197.91标准差0.270.280.24

研究区的土壤地表pH值介于6.90～8.80之间，除了砂壤质土壤区一个采样点出现了最小值6.90不在碱性范围内，其他采样区属于碱性土到强碱性土壤，碱性土pH值范围在7.0～7.6，强碱性土pH值范围7.7～8.7，极强碱性土大于8.7[3]。碱土的pH值不一定会太高；pH值平均范围为7.49～8.20，说明碱化程度较大，见表2。

采集的样品中pH值最大值为8.8，是编号为10的样品，反映了该采样点有一定碱化现象，盐化与碱化形成的复区，盐结壳明显，现场观察到地面出现光秃秃没有农作物的情况。总体上农耕土壤pH值的变化幅度不大，标准差都小于0.5说明了这一点(见表2)。在黏质土壤所在区域pH值明显比砂质土壤区和砂壤质土壤区的高一些，地表的平均值超过了8，说明黏质土壤不仅含盐量高，也受到了一定程度的碱化。综合电导率，黏质土壤含盐量高同时有一定程度的碱化，是一个盐碱化复区偏盐化。

2.3 盐碱土的盐离子特征

通过测量K+、Na+、Ca2+和Mg2+四大阳离子的含量，分析四大阳离子在土壤中的组成情况，研究区土壤的K+、Na+、Ca2+和Mg2+的含量如表3所示。

由表3可知，研究区土壤的K+、Na+、Ca2+和Mg2+的含量，Ca2+>Na+>K+>Mg2+含量依次降低。从地表到深度K+和Mg2+离子含量是呈上升趋势，Mg2+的含量低变化小，Ca2+的含量高变化大，总体上的变化幅度大，表明0～50 cm的性质变化大。从地表到深部K+和Mg2+上升趋势的原因和农作物生长密切相关，这两个元素是植物生长中不可或缺的元素，一部分随水分蒸发带到了地表所以地表含量高，深部在土壤中被植物根吸收；Ca2+的含量极高是其余三个离子的几百倍，Na+有反复情况，植物本身对钙离子和钠离子的需求并不高，残留在地表的钙离子很多，是盐结壳多呈钙化白色的缘故之一。

2.4 关于SAR

钠吸附比，简称SAR，是指灌溉水或土壤溶液中钠离子和钙、镁离子浓度平均值的平方根的比值，浓度单位mol/L。

SAR值表示钠离子和土壤交换反应的相对活度，在SAR高于10相对活度大，10左右为中等，0左右说明钠活度为0。研究区的SAR值在0.20～0.24之间(见表4)，所以钠离子和土壤交换反应的活度很小。

表4 SAR统计情况

2.5 综合含盐量分析

分析采样点土壤地表和深部各离子最大值最小值，如表5所示。表6为土壤盐化分级标准。

表5 研究区土壤盐分组成特征值 单位：mg/kg

由表5可以知道，区域离子类型多样，且各离子含量空间变异显著，反映了盐分来源和影响因素的多样性。研究区的土壤呈属于碱性土到强碱性，pH值平均范围在7.49～8.20之间，变化幅度相对较小；总盐平均含量为0.3%以上，变化范围在0.01%～5%之间，在关于新疆土壤盐分的组成和分布特征研究中巴州地区的总盐量的平均值为10.02%，变化范围为0.07%～59.03%[4]，总体范围变化相对较大但也在该范围内。根据平均值土壤中K+、Na+、Ca2+和Mg2+中Ca2+占阳离子总量的80%以上且含量变化幅度较大；根据测得数值CO32-较少，Cl-含量很低。刘蕾对新疆土壤盐分组成特征有一个很系统的研究，南疆以硫酸盐-氯化物为主[5]。根据盐分组成类型划分，研究区的盐化类型主要为硫酸盐-氯化物[5,6]。如表6所示，根据土壤盐化分级标准，结合测得数据和实际中观察到的作物生长状况，研究区样点盐化程度从非盐化到轻度盐化(1、2、4和5号采样点)、中度盐化(3、6、7和8号采样点)和重度盐化(13号采样点)和盐土[7](9、10、11和12号采样点)，相关位置见图1。

表6 土壤盐化程度分级标准分级轻度盐化中度盐化重度盐化盐土含盐/%0.3～1.01.0～2.02.0～3.0>3.0作物生长管理好,可正常生长受到抑制严重抑制或者不能生长不能生长

表层土壤的含盐量远大于地表以下的土壤，主要由研究区的气候决定，干旱少雨的气候，蒸发量也远大于降水量,水分蒸发过程中水走了，水中的盐离子留在了土壤中，主要残留在地表。盐碱化严重的区域含盐量较高的，同时土壤电导率也相对较高，这在研究区得到了验证，含盐量偏高区域电导率是很高的。

3 物理化学性质与低渗水性的关系

土壤的渗水性与其物理性质息息相关，如土壤的粒度、团聚性、通气性以及膨胀性等。研究区土壤可分为砂质土壤，砂壤质土壤和黏质土壤。研究区分布特点是：砂质土壤主要分布在孔雀河附近以及胡杨林密集的地区；砂壤质土壤分布在距离孔雀河较远的地区；黏质土壤分布在远离孔雀河的地区(见图1)。

研究区中的黏质土壤的盐碱现象较为明显，颗粒较小，透气性差，春季春灌后渗水性很差，导致耕作时间延迟半个月到二十天，根据农民年终产量统计产量下降35%以上。在王清奎等的研究中提到了耕作对于土壤的团聚体的影响，耕作使团聚体的稳定性降低，大团聚体的比例减少，微团聚体的比例增加。另外，农机具使用和人为活动影响最大的是(>5 mm)水稳性团聚体，而且在人为活动和农机具使用过程中，发生了大水稳性团聚体向小水稳性团聚体的转化[8]。Singh等在印度干热地区沿森林-草原-农田调查。其结果显示，森林生态系统大团聚体组分所占比例最高，其次为草原和农田，而微团聚体则相反[9]。所以，农田在不断地耕作中微团聚体比例增加，使得土壤在深度灌溉中膨胀率加大，渗透性大大地降低。

对于该渗水性较差的区域，结合野外土壤实际性状与测试数据，将渗水性较差的原因总结为三点。第一，从物理性质上看，9、10、11和12号采样点所在区域的土壤颗粒微小属于黏质土壤，团聚性较大，土地利用过程中会使土壤团聚体中大团聚体比例减少微团聚体的比例增加；第二，从水文的角度来推测，该区域可能为承压水位较高的区域，不利于垂直方向的渗水；第三，从化学的角度讲，该区域的含盐量过高，属于重度盐碱土壤到盐土的范畴，导致在春季水盐运动过程中，土壤中的溶液到达一种饱和状态，既不容易失水也不容易得水，春灌的水就如同盛放在一个大器皿中，水量迟迟不减少，表现为土壤的渗水能力很低。在作物的生长过程中，一般来说土壤盐分浓度过高时，对作物产生渗透胁迫和干扰营养离子平衡，影响作物生长[10,11]。所以，该片区域的低渗水性是土壤物理化学性质综合后的一个结果。

4 结论与建议

新疆库尔勒普惠地区土壤盐碱化的主要原因有两点，一是该地区的气候干燥蒸降比到达2000以上；二是一些土壤所在的区域地下水位偏高，不利于排盐排水。结论：(1)在该地区的土壤含盐量高，地表电导率的平均值为1.06～5.39 MS/cm,电导率的最大值为8.62 MS/cm。砂质土壤、砂壤质土壤和黏质土壤，地表电导率平均值为1.06 MS/cm<2.27 MS/cm<5.39 MS/cm，这三类土壤的含盐量变化是很显著的，从非盐化土壤到轻中度盐化土壤变为重度盐化土壤。(2)地表pH值没有超过9，范围在6.90～8.80之间，SAR的最大值是0.26，钠相对活度低，土壤基本没有发生碱化。黏质土壤的pH值的平均值在8.20，最大值8.80，该类土壤以盐化为主伴随轻度的碱化。(3)盐基离子含量变化特征是地表明显高于深部，黏质土壤>砂壤质土壤>砂质土壤，砂质土壤和砂壤质土壤是非盐化土壤到中度盐土，黏质土壤的含盐量约在4%～6%之间属于重度盐土 。

对于盐碱化严重的土壤，我们应该采取一定的措施对其进行改良。对于研究区的盐碱土壤的改良，应从多方面入手，以求达到较理想的效果：(1)生态学的角度，可以考虑在盐碱严重的土地附近种植胡杨，将盐碱转移到植物体内；(2)物理改良，在一些其他的盐碱区，种植玉米以玉米秸秆填埋于土壤中有很好的改良效果，同理可以在棉花地中添加棉花秸秆改良土壤应该会达到一个很好的效果。