西辽河盐碱地不同植被类型土壤碱化特征差异分析

侯迷红，范富，2，张庆国，邰继承，2，苏雅乐其其格，闫瑾

（1.内蒙古民族大学农学院，通辽 028000；2.内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心）

土壤是生物圈的重要组成部分，而土壤盐碱化已经成为越来越严重的问题，据估计，全世界的碱土正在以每年100～150万hm2的速度增长，占全球陆地面积的10%，截至2008年，未开发利用的达到80%，严重限制了农业的可持续发展[1]。2022年中央一号文件提出“积极挖掘潜力增加耕地，支持将符合条件的盐碱地等后备资源适度有序开发为耕地。”盐碱地改良利用成为保护和利用耕地的重要举措。西辽河流域是国家重要的产粮区，通辽市位于西辽河流域核心区域，是全国23个产量大市之一，2021年全市粮食产量达89.6亿kg。通辽市总面积595万hm2，总耕地面积138万hm2。近年来，通辽市土壤盐渍化趋势较为明显，全市碱化盐土面积1.7万hm2、草甸碱土面积13.9万hm2、苏打盐碱化土面积52.6万hm2，分别占全市土壤总面积的0.3%、2.3%、8.8%。开展西辽河流域盐碱土改良利用研究，保护和利用好这一区域的耕地，对维护国家粮食安全和地区经济发展都具有重要意义。对盐碱地的改良方法主要有水利工程、农艺措施、化学及生物等措施[2-9]。但由于耗时长、花费大等原因，不能快速、有效的对盐碱地进行合理的利用[10]。近年来，以种植耐盐植物为核心的盐碱地利用改良技术[11-14]逐步发展起来，种植耐盐植物不仅体现出生态环境效益及土壤治理的目的，同时能够增加农民农业经济收入，发展盐碱地农业。针对西辽河平原不同植被类型盐碱土特征的研究较为鲜见。本文在西辽河平原农田、草地、盐碱荒地这3种不同利用方式7种植被类型下，对盐碱地不同深度土壤剖面pH值、水溶性盐总量、交换性钠、阳离子交换量（CEC）、碱化度（ESP）等碱化指标定量分析，结合聚类分析的方法，揭示土壤剖面碱化特征变化规律，为当地盐碱地的改良和利用提供技术参考，推动西辽河平原干旱、半干旱区后备耕地资源开发利用和盐碱地农业可持续发展。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

西辽河平原位于内蒙古自治区通辽市中部，是内蒙古自治区重要的粮食和畜产品生产基地。该区属中温带半干旱季风气候，年均日照时数2800～3100 h，年均气温5.0℃～6.5℃，年均降水量350～400 mm，年均蒸发量1800～2000 mm。地下水位通常在1～3 m，矿化度＜1 g·L-1，水质属弱矿化度以NaHCO3和Ca（HCO3）2为主，总碱度可达0.4～0.5 g·L-1；土壤pH值在8.0以上，土壤中总含盐量不高，一般很少超过0.7%，多为0.1%～0.5%，即轻度或中度盐化土壤面积大；西辽河平原盐碱地盐化和碱化并存，土壤碱化现象比较普遍，即使非盐化（土壤含盐量<0.1%）灰色草甸土，其土壤的碱化度也可达到5%～45%以上；含盐量高和含砂量大的盐碱土，碱化度高达45%以上，最高的可达90%以上；盐土均有碱化，碱土有盐化和非盐化，盐土、碱土以斑状与盐碱化土呈复区存在。自然植被有羊草（Leymus chinensis）、虎尾草（Chloris virgata）、马莲（Iris ensata）、米蒿（Artemisia dalai-amae Krasch）等为主的草地及盐碱荒地。

1.2 土样的采集与处理

于研究区河漫滩（北纬43°44′21"，东经121°92′33"，海拔142 m），选择了3种利用方式（农田、草地和盐碱荒地）7种植被类型，分别为玉米地、水稻田2种农田，米蒿群落、马莲群落、虎尾草群落、羊草群落4种草地及盐碱荒地，每种植被类型随机选择3个典型取样点，样点之间距离≥20 m；每个取样点土壤剖面分0～5、5～15、15～30、30～50 cm 4层采样，采样时尽量避免人为干扰及个别特殊部位，应按照由下而上的顺序整层均匀取土。用四分法取样1～2 kg后，装入取土袋，带回实验室，去除石砾和植物根系，经过风干，过1 mm筛后，用于测定土壤盐分和养分等性质。

1.3 测定项目与方法

土壤pH值的测定采用电位法（土∶水=1∶5），水溶性盐总量的测定采用残渣烘干-质量法，交换性钠含量的测定采用乙酸铵浸提火焰光度法，CEC的测定采用乙酸钠浸提火焰光度法；ESP为交换性钠与阳离子交换量含量的比值[15]。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2010软件进行了数据处理，用SPASS16.0统计分析软件进行了统计分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱地不同植被类型土壤pH值

由表1知，不同剖面层次土壤pH值明显不同。在0～5 cm土层中，除盐碱荒地外，其他植被类型土壤pH值均小于9.0，虎尾草、马莲和水稻田介于8.3～8.6之间，米蒿、玉米田和羊草介于7.5～8.0之间，盐碱荒地和其他植被类型间pH值差异均达极显著水平（P＜0.01），虎尾草、马莲和水稻田两两间无极显著差异（P＜0.01），米蒿、玉米田和羊草两两间无极显著差异（P＜0.01）。在5～15 cm土层中，盐碱荒地pH值大于10.0，虎尾草、马莲和水稻田介于9.0～10.0之间，米蒿、玉米田和羊草介于8.0～8.2之间，盐碱荒地和其他类型间pH值差异均达极显著水平（P＜0.01），马莲和虎尾草、水稻田间无极显著差异（P＜0.01），米蒿、玉米田和羊草两两间无极显著差异（P＜0.01）。在15～30 cm土层，盐碱荒地与虎尾草、马莲、水稻田间无极显著差异（P＜0.01），4种植被类型pH值均在10.0左右，米蒿、玉米田、羊草分别与其他植被类型间差异达极显著水平（P＜0.01），3种植被类型pH值均在10.0以下。在30～50 cm土层，盐碱荒地pH值最高达10.03，玉米地最低为8.32，其他植被类型均在9.7～10.0之间。

表1 不同植被类型0～50 cm剖面土壤pH值Table 1 The pH value of soil profiles of 0-50 cm under different vegetation typies

不同植被类型土壤剖面层次pH值分布变化趋势不同。盐碱荒地、虎尾草群落、水稻田土层间的pH值变化均呈先上升再下降的趋势，且均为15~30 cm土层的pH值最高，呈“橄榄”型。其他植被类型土层间的pH值变化则呈逐渐上升的趋势，均为30～50 cm土层的pH值最高，呈“底聚”型，且马莲最高为10.03、玉米最低为8.32、米蒿和羊草居中，分别为9.71和9.80。各植被类型的pH值均在0～5 cm土层中最小，且裸地9.24＞虎尾草8.56＞马莲8.48＞水稻田8.35＞米蒿7.91＞玉米地7.84＞羊草7.73。

2.2 盐碱地不同植被类型的土壤水溶性盐总量

由表2知，相同深度剖面层次，不同植被类型的土壤水溶性盐总量明显不同。盐碱荒地与虎尾草、水稻田，在0～5 cm土层无极显著差异，在其他各层次差异均达极显著水平（P＜0.01）。盐碱荒地与米蒿、玉米地，在0～5 cm和5～10 cm土层差异均达极显著，在15～30 cm无极显著差异（P＜0.01）。盐碱荒地与马莲在0～5 cm和30～50 cm土层间差异极显著，在5～15 cm和15～30 cm土层间无极显著差异（P＜0.01）。盐碱荒地和羊草在15～30 cm土层差异极显著，其他各层次均无极显著差异（P＜0.01）。除30～50 cm土层外，其他各土层中，虎尾草群落与水稻田间，米蒿群落与玉米田间均无极显著差异（P＜0.01）。在土壤剖面各层次盐碱荒地和水稻田的水溶性盐总量均较高。

表2 不同植被类型0~50 cm剖面土壤的水溶性盐总量（g·kg-1）Table 2 The total water-soluble salt of soil profiles of 0-50 cm under different vegetation typies

不同植被类型土壤剖面层次水溶性盐总量变化趋势不同。盐碱荒地和水稻水溶性盐总量随着土层深度的增加表现为先增加后降低，呈“橄榄”型。虎尾草水溶性盐总量随着土层深度的增加逐渐下降。米蒿和马莲水溶性盐总量随着土层深度的增加逐渐增加，呈“底聚”型。羊草水溶性盐总量随土层深度增加表现为先降低后增加再降低的变化趋势，呈“S”型。玉米田水溶盐总量呈表聚型，在0～5 cm土层内最高，其他层次基本相同。

土壤中盐分的分布受到地形、降水量分布不均、植物蒸腾、人为等因素的影响[16-18]，羊草草地的最高含盐量在15～30 cm的土层，而水稻田、米蒿地、马莲地的最高值则在30～50 cm土层。盐碱荒地通气透水性差，0～5 cm土层的含盐量高，是限制作物生长的重要因素，水稻田30～50 cm土层含量高可能是由于淋洗导致，玉米地0～5 cm土层含量高的原因可能是肥料的残留，应注意合理耕作、施肥和灌溉。

2.3 盐碱地不同植被类型的土壤交换性钠

由表3知，相同深度剖面层次，不同植被类型下土壤交换性钠含量的特征明显不同。0～5 cm土层中，水稻田与玉米地，米蒿与羊草间无极显著差异（P＜0.01），盐碱荒地、虎尾草和马莲分别与其他各植被类型两两间差异均达极显著水平（P＜0.01），且土壤交换性钠大小顺序为盐碱荒地＞马莲＞虎尾草＞水稻田和玉米地＞米蒿和羊草；在5～15 cm土层中盐碱荒地和水稻田分别于其他各植被类型两两间差异均达极显著水平（P＜0.01），虎尾草和马莲间无极显著差异（P＜0.01），米蒿、玉米地与羊草间无极显著差异（P＜0.01），交换性钠大小顺序为盐碱荒地＞水稻田＞虎尾草和马莲＞米蒿、玉米地和羊草。15～30 cm土层中，米蒿与玉米地间无极显著差异（P＜0.01），其他各植被类型两两间交换性钠均达极显著水平（P＜0.01），水稻田含量最高，米蒿和玉米地最低。30～50 cm土层中，水稻田与米蒿间无极显著差异（P＜0.01），其他各植被类型间差异均达极显著水平（P＜0.01），盐碱荒地含量最高，玉米地最低。

表3 不同植被类型0～50 cm剖面土壤的交换性钠含量（cmol·kg-1）Table 3 The exchangeable sodium content of soil profiles of 0-50 cm under different vegetation typies（cmol·kg-1）

不同植被类型土壤剖面层次交换性钠含量变化趋势不同。盐碱荒地、虎尾草、马莲与水稻田随剖面深度增加，交换性钠含量表现为先增加后降低，呈“橄榄”型，但盐碱荒地和马莲在5～15 cm土层含量最高，虎尾草和水稻田在15～30 cm土层含量最高。米蒿、玉米地与羊草随剖面深度增加，交换性钠含量基本呈逐渐增加趋势，呈“底聚”型。

2.4 盐碱地不同植被类型的土壤CEC

由表4知，相同深度剖面层次，不同植被类型下土壤CEC的特征明显不同。在0～5 cm土层中，盐碱荒地、虎尾草和水稻分别与其他各植被类型间有极显著差异（P＜0.01），其他各植被类型间均无极显著差异（P＜0.01），土壤CEC大小顺序为盐碱荒地＞水稻田＞虎尾草＞马莲、米蒿、玉米地和羊草。在5～15 cm土层中，玉米地和羊草间土壤CEC无极显著差异（P＜0.01），其他各植被类型间差异均达极显著水平（P＜0.01），土壤CEC大小顺序为盐碱荒地＞水稻田＞虎尾草＞马莲＞米蒿＞羊草和玉米地。15～30 cm土层中，盐碱荒地与虎尾草间，玉米地与羊草间均无极显著差异（P＜0.01），马莲、水稻田和米蒿分别与其他各植被类型间两两差异达极显著水平（P＜0.01），土壤CEC大小顺序为水稻田＞虎尾草和盐碱荒地＞马莲＞羊草和玉米地＞米蒿。30～50 cm土层中，玉米地分别与马莲和羊草无极显著差异，虎尾草、盐碱荒地、米蒿和水稻田分别与其他植被类型两两间差异达极显著水平（P＜0.01）。

表4 不同植被类型0～50 cm剖面土壤CEC（cmol·kg-1）Table 4 The cation exchange capacity of soil profiles of 0-50 cm under different vegetation typies（cmol·kg-1）

不同植被类型土壤剖面层次CEC变化趋势不同。盐碱荒地与水稻田CEC随着剖面深度的增加表现出先增后降趋势，呈“橄榄”型，盐碱荒地最大值在5～15 cm土层，水稻田最大值在15～30 cm土层。虎尾草与马莲CEC随着剖面深度的增加而增加，呈“底聚”型。米蒿、玉米地与羊草CEC随着剖面深度的增加表现出先降再增的趋势，米蒿最小值在15～30 cm土层，玉米地与羊草最小值出现在5～15 cm土层。

2.5 盐碱地不同植被类型的土壤ESP

由表5知，相同深度剖面层次，不同植被类型下土壤ESP的特征明显不同。在0～5 cm土层中，水稻田、米蒿与羊草间土壤ESP无极显著差异（P＜0.01），盐碱荒地、马莲、虎尾草和玉米地分别与其他植被类型间均有极显著差异（P＜0.01），土壤ESP大小顺序为盐碱荒地＞马莲＞虎尾草＞玉米地＞水稻田、羊草和米蒿。5～15 cm土层中，盐碱荒地、虎尾草与水稻田间土壤ESP无极显著差异（P＜0.01），马莲、羊草、玉米地和米蒿分别与其他景观类型间有极显著差异（P＜0.01），土壤ESP大小顺序为马莲＞虎尾草、水稻田和盐碱荒地＞羊草＞玉米地＞米蒿。15～30 cm土层中，盐碱荒地与马莲，水稻田与米蒿间土壤ESP无极显著差异（P＜0.01），羊草、虎尾草和玉米地分别与其他植被类型间两两有极显著差异（P＜0.01），羊草土壤ESP最大，玉米地最小。30～50 cm土层中，盐碱荒地与马莲，羊草与米蒿间土壤ESP无极显著差异（P＜0.01），水稻田、虎尾草和玉米地与其他植被类型间两两有极显著差异（P＜0.01），水稻田土壤ESP最高，玉米地最低。

表5 不同植被类型0～50 cm剖面土壤ESP（%）Table 5 The alkalization degree of soil profiles of 0-50 cm under different vegetation typies（%）

不同植被类型土壤剖面层次ESP变化趋势不同。盐碱荒地、虎尾草、马莲、玉米地和羊草土壤ESP随着剖面深度的增加先增后降，呈“橄榄”型，盐碱荒地、玉米地和羊草最大值出现在15～30 cm土层，虎尾草、马莲最大值出现在5～15 cm土层。水稻田土壤ESP随着剖面深度的增加呈先增后降再增的趋势，呈“S”型，最大值出现在30～50 cm土层。米蒿土壤ESP随着剖面深度的增加逐渐增加，呈“底聚”型。

交换性钠的含量和CEC含量会共同影响土壤的ESP值。盐分中碳酸钠的危害最大，会增加土壤ESP值，交换性钠的水解为强碱性反应，西辽河流域的土壤类型以苏打盐碱土为主[19]，钠离子代换胶体上钙、镁离子的量较多，其ESP值普遍较高。碱化度越高的土层，越不利于根系的伸展，土壤养分的运输，还会影响土壤的通气透水性[20]。

2.6 盐碱地不同植被类型的土壤碱化指标聚类分析

对不同植被类型土壤碱化植被做聚类分析（见图1）。由图1可知，阈值为1.00时，将盐碱地7个植被类型聚成3类。第一类为米蒿和玉米，这2个植被类型土壤的pH值均在8.0～9.0之间，水溶性盐总量在2.0 g·kg-1之下，交换性钠的含量在2.5 cmol·kg-1之下，CEC含量在5.0～5.5 cmol·kg-1之间，ESP在25%～45%之间，显著低于其他5个植被类型；第二类为羊草和马莲，这2个植被类型土壤的pH值均在8.5～9.5之间，水溶性盐总量在2.0～3.5 g·kg-1之间，交换性钠的含量在2.5～3.0 cmol·kg-1之间，CEC含量在5.5～6.5 cmol·kg-1之间，ESP在55%～70%之间；第三类为虎尾草、盐碱荒地和水稻田，这3个植被类型土壤的pH值均在9.0～10.20之间，水溶性盐总量在2.0～5.5 g·kg-1之间，交换性钠的含量在6.0～9.5 cmol·kg-1之间，CEC含量在10.0～15.0 cmol·kg-1之间，ESP在55%～67%之间。

图1 不同利用方式植被类型土壤碱化指标的聚类图Fig.1 The cluster analysis between alkalinization index under different vegetation types

3 讨论

国际划分标准，pH>8.5的土壤为碱性土壤，5.5

按照盐土与盐化土壤盐分分级标准，主成分是苏打（CO32-和HCO3-）时，水溶性盐含量>0.7%为盐土，0.5%～0.7%之间为重度盐化土，0.3%～0.5%之间为中度盐化土，0.1%～0.3%之间为轻度盐化土[24]。因此，水稻田水溶性盐总量平均为5.33 g·kg-1，属于重度盐化土，可能由于水稻田施肥导致，盐碱荒地与马莲地在3~5 g·kg-1之间，属于中度盐化土，虎尾草地、米蒿地、玉米地和羊草地均在3 g·kg-1以下，为轻度盐化土。

根据杨道平和俞仁培[25]的研究结果，钠质土可分为轻度、中度、重度和极度四个等级，对应的ESP范围分别为5%~10%、10%~20%、20%~40%、>40%。因此，从0～30 cm耕层土壤来看，盐碱荒地、虎尾草、马莲和水稻田的ESP值均大于40%，为极度钠质土，米蒿、玉米地和羊草为重度钠质土。

试验中，虎尾草草地、马莲地5～15 cm土层的ESP值极显著高于其他土层；玉米地15～30 cm土层的ESP值高于其他土层，而盐碱荒地、羊草草地15～30 cm土层的ESP值极显著高于其他土层；水稻田、米蒿地30～50 cm土层的ESP值极显著高于其他土层。在植被生长条件下，一方面，地表盖度的增加降低了表层土壤的蒸发强度，进而减弱了盐分在地表的积累[26]，另一方面，植物根系生长可以改善土壤物理性质，增强土壤导水性能，从而促进盐分淋洗[27-29]，因此，表层土壤的盐渍化程度相对较低。而盐碱荒地由于地表蒸发强烈，引起盐分在表层聚集，从而导致表层土壤盐渍化程度相对较高[22]。

整体来看，西辽河流域典型盐生景观三种土地利用方式（农田、草地和盐碱荒地）对土壤pH值、水溶盐总量、交换性钠、CEC值和碱化度的影响变化规律基本一致，均表现为盐碱荒地、虎尾草地、水稻田相对较高，玉米地和米蒿地相对较低，羊草和马莲居中，这主要是由于植被生长和农业耕作、施肥、灌溉等管理过程改变了土壤盐分状况。不同土地利用方式对土壤盐碱化程度影响较大，盐碱地在不同改良利用方式下土壤盐碱化程度呈逐渐降低的变化趋势[23]，但仍然具有一定的局限性。

对盐碱地不同利用方式的景观植被类型与土壤的碱化指标进行聚类，米蒿和玉米属于一类，羊草和马莲属于一类，虎尾草、盐碱荒地和水稻田属于一类。因此，建议生长米蒿的盐碱地种植玉米，羊草地种植马莲，虎尾草地和盐碱荒地种植水稻，这样可为盐碱区域农民带来较大的经济价值。从某种程度上来说，一些吸盐植物能够吸收并积累盐分，通过地上部分的收获而去除盐分[30]，利用耐盐碱植物来降低盐碱土壤中过多的盐碱离子，将是一种很好的治理途径。这还需进一步研究验证，今后应对耐盐碱植物生长的生理生态特性及栽培技术开展综合研究。

4 结论

不同植被类型土壤剖面的碱化特征均有明显差异。从0～30 cm耕层来看，西辽河盐碱荒地、虎尾草、马莲和水稻田为碱性土壤，米蒿、玉米地和羊草为中性土壤。盐碱荒地与马莲地为中度盐化，虎尾草地、米蒿地、玉米地和羊草地为轻度盐化。盐碱荒地、虎尾草、马莲和水稻田的ESP值均大于40%，为极度钠质土，米蒿、玉米地和羊草为重度钠质土。与盐碱荒地相比，不同植被类型土壤的盐化程度和碱化程度均有所下降，农田玉米地盐碱化指标下降最为显著（P＜0.01），其中土壤pH值平均降至8.12，水溶性盐平均降至0.93 g·kg-1，交换性钠平均降至1.51 cmol·kg-1，CEC平均降至5.42 cmol·kg-1，ESP平均降至26.60%。对不同植被类型土壤的pH值、水溶性盐总量、交换性钠含量、CEC、ESP进行聚类分析，将植被类型分为3类，米蒿和玉米为一类，羊草和马莲为一类，虎尾草、盐碱荒地和水稻为一类。米蒿盐碱地可开发种植玉米，羊草地可开发种植马莲，虎尾草地和盐碱荒地可开发种植水稻。