红崖山灌区土壤盐分空间分布特征

王文彪 李 建

（华北水利水电大学，河南 郑州 450006）

0 引言

土壤盐渍化是全球性的生态环境问题，是造成土地荒漠化和土地退化的主要原因之一［1］。据统计，全球土壤盐渍化面积已达9.54×108hm2，制约了当地农业和经济的可持续发展。因此，许多学者采用多种方法对土壤盐渍化状况及其空间分布特征进行了大量的研究。如，Sylla等［2］利用地统计学研究了西非不同尺度下农业生态系统土壤盐分的空间变异特征；Jordan等［3］通过地统计学探讨了西班牙东南部土壤盐分的空间变异性；Panagopoulos等［4］将地统计学与GIS技术相结合对地中海地区土壤盐分变异特征进行了分析；刘洪波等［5］运用地统计学方法，对不同深度土层的盐渍化特征与空间分布格局进行分析，探讨了土壤盐渍化规律。

红崖山灌区位于东经101°50′～104°12′，北纬38°04′～39°28′，灌区面积2 113 km2，隶属武威市民勤县，地处西北内陆，是生态环境变化的敏感区域。该区域气候干旱、降水稀少，生态环境非常恶劣。近年来，由于长期不合理地开采地下水，导致地下水位不断下降，地下水反复消耗、浓缩，矿化度逐渐升高，农业用水不断采用高矿化度水灌溉，增加了土壤的盐分，土壤盐渍化问题日益突出。基于此，对红崖山灌区土壤中含盐量的分布进行研究，以期为该区生态环境修复、盐渍土改良、农业生产发展等提供合理的依据。

1 取样与测试

1.1 样品采集

红崖山灌区位于河西走廊东部石羊河下游，东北被腾格里沙漠包围，西北有巴丹吉林沙漠环绕，地势平坦。依据《农田土壤环境质量监测技术规范》（NY/T 395—2012），2020年11—12月期间进行表层土壤采集，共采集的样本共计94个。为了提高样品代表性，避免样品的随机性，采用梅花点法，混合采样：选取20 m×20 m区域，设5个采集点，每个分点取200 g，均匀混合1 kg。

1.2 样品处理与分析

①土壤样品预处理。根据《Soil quality-Pretreatment of samples for physico-chemical analysis》（ISO 11464：2006）进行土壤样品预处理。主要经过风干、除杂、研磨和保存四个步骤。样本风干后，剔除其中的杂物，经研钵研磨，过筛后放入自封袋中保存。

②土壤含盐量测定。按照《土工试验方法标准》（GB/T 50123—2019）规范中易溶盐试验方法要求对土壤样品进行了晒干、分散、过筛（1 mm）后配制成（1∶5）的土水浸提液，利用质量法测定土壤含盐量。

③土壤盐分离子测定。HCO3-采用双指示剂中和滴定法，SO42-和Ca2+采用EDTA络合滴定法，Cl-采用AgNO3滴定法，Mg2+采用钙镁合量滴定法，Na+和K+采用火焰光度法。将现场测试数据和室内试验数据统计分析，结果如表1所示。

表1 土壤测试数据统计特征值

2 结果分析

2.1 土壤含盐量的空间分布特征

由图1可知，从地理位置上划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，土壤含盐量的空间分布呈现出西南侧整体偏低、局部偏高，东北侧偏高。从灌区位置上划分，整体上湖区灌区土壤含盐量高于坝区和泉山灌区，坝区灌区局部地区偏高。从乡镇位置上划分，可以发现总体上西渠镇、收成、东湖镇和大坝乡、三雷镇、苏武乡的土壤含盐量最高，大滩乡、泉山镇、薛百乡局部出现较高值，其他乡镇整体土壤含盐量较低。

图1 土壤含盐量空间分布

2.2 土壤盐分阳离子空间分布特征

2.2.1 K+的空间分布特征。由图2可知，从地理位置上划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，K+含量的空间分布呈现出西南侧偏低，东北侧偏高。从灌区位置上划分，整体上湖区灌区K+明显高于坝区和泉山灌区。从乡镇位置上划分，可以发现总体上西渠镇、收成乡和东湖镇的K+含量最高，双茨科乡局部出现较高值，其他乡镇则K+含量整体较低。

图2 K+空间分布

2.2.2 Na+的空间分布特征。由图3可知，从地理位置上划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，Na+含量的空间分布呈现出西南侧偏低，东北侧偏高。从灌区位置划分，整体上湖区灌区Na+含量明显高于坝区和泉山灌区。从乡镇位置划分，可以发现总体上西渠镇、收成乡和东湖镇的Na+含量最高，其他乡镇则Na+含量整体较低。

图3 Na+空间分布

2.2.3 Ca2+的空间分布特征。由图4可知，Ca2+的空间分布特征与土壤含盐量高度相似。从地理位置上划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，Ca2+的空间分布呈现出西南侧整体偏低、局部偏高，东北侧偏高。从灌区位置上划分，整体上湖区灌区Ca2+的含量明显高于坝区和泉山灌区，坝区灌区局部地区偏高。从乡镇位置上划分，可以发现总体上西渠镇、收成乡、东湖镇和大坝乡、三雷镇、苏武乡的Ca2+的含量最高，大滩乡、泉山镇、薛百乡局部出现较高值，其他乡镇整体Ca2+的含量较低。

图4 Ca2+空间分布

2.2.4 Mg2+的空间分布特征。由图5可知，Mg2+的空间分布特征与土壤含盐量和Ca2+高度相似。从地理位置上划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，Mg2+的空间分布呈现出西南侧整体偏低、局部偏高，东北侧偏高。从灌区位置上划分，整体上湖区灌区Mg2+的含量明显高于坝区和泉山灌区，坝区灌区局部地区偏高。从乡镇位置上划分，可以发现总体上西渠镇、收成乡、东湖镇和大坝乡、苏武乡的Mg2+的含量最高，其他乡镇整体Mg2+的含量较低。

图5 Mg2+空间分布

2.3 土壤盐分阴离子空间分布特征

2.3.1 Cl-的空间分布特征。由图6可知，从地理位置上划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，Cl-含量的空间分布呈现出西南偏低，东北偏高。从灌区位置上划分，整体上湖区灌区Cl-含量明显高于坝区和泉山灌区，坝区灌区局部地区偏高。从乡镇位置划分，可以发现在收成乡、东湖镇、泉山镇、大坝乡和东坝镇中Cl-的含量较高，其他乡镇整体Cl-的含量较低。

图6 Cl-空间分布

2.3.2 SO42-的空间分布特征。由图7可知，SO42-的空间分布特征与土壤含盐量、Ca2+和Mg2+高度相似。从地理位置划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，SO42-的空间分布呈现出西南侧整体偏低、局部偏高，东北侧偏高。从灌区位置划分，整体上湖区灌区SO42-的含量明显高于坝区和泉山灌区，坝区和泉山灌区局部地区偏高。从乡镇位置划分，可以发现总体上是西渠镇、收成乡、东湖镇、泉山镇、东坝镇含量最高，其他乡镇SO42-的含量较低。

图7 SO42-空间分布

2.3.3 HCO3-的空间分布特征。由图8可知，从地理位置上划分，灌区上游至灌区下游，即灌区西南侧至灌区东北侧，HCO3-的空间分布呈现出西南侧整体偏低、局部偏高，东北侧偏高。从灌区位置划分，整体上湖区灌区HCO3-的含量明显高于坝区和泉山灌区，坝区灌区局部地区偏高。从乡镇位置划分，可以发现总体上是西渠镇、收成乡、东湖镇、大坝乡、苏武乡含量最高，其他乡镇SO42-的含量较低。

图8 HCO3-空间分布

3 结果分析讨论

本研究发现灌区土壤含盐量的空间分布呈现出西南侧整体偏低、局部偏高，东北侧偏高（见图1）。其成因主要为成土母质在强烈的风化作用下，土壤盐分易随水流运移，迁移到下游积累［6］。在气候干燥，降水稀少，蒸发强烈的条件下聚集于土壤表层，导致下游土壤表层盐分含量升高。灌区局部低洼地处［7］，其地下水位相对比较高，容易把溶解在水中的盐带到表层，在强烈的蒸发作用下，水分蒸发，盐分聚集，从而造成上游局部区域盐分含量升高。另外，多年连续灌溉与耕作等人为活动［8］改变了土壤盐分原有的空间格局，在一定程度上促成其空间分布的复杂性，均成为该区土壤盐分差异性的原因。

该地区Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-的空间分布特征高度相似（见图4至图8），表明红崖山灌区土壤中Ca2+、Mg2+与SO42-、HCO3-为主要的结合方式。K+和Na+的化学性质特别活泼，与SO42-、HCO3-、Cl-结合成的盐都是可溶盐，受淋溶作用影响强烈，极易流失，不易在土壤中积累，随水流运移，迁移到下游，导致K+、Na+在下游含量高（见图2、3），Ca2+、Mg2+与K+、Na+相比化学性质不活泼，在化学分异过程中，其沉淀在钾钠之前。Ca2+与SO42-结合生成CaSO4，微溶于水，HCO3-，不稳定，在地下水流动过程中容易分解成CO32-，而与Ca2+、Mg2+结合生成CaCO3、MgCO3沉淀。在长时间地下水流冲蚀和人为活动作用下，在洼地处和灌区下游土壤盐分积聚，离子含量升高。

此外，研究中还发现含盐量及各离子的盐分含量数值都要偏小。其原因可能是民勤地区冬季会进行农业灌溉，进行土壤压盐，土壤含盐量会降低［9］。因而，导致土壤含盐量及其离子盐分偏小。

4 结论

①红崖山灌区土壤含盐量的空间分布呈现出西南侧整体偏低、局部偏高，东北侧偏高。

②土壤含盐量、Ca2+、Mg2+、SO42-和HCO3-的空间分布特征高度相似，表明红崖山灌区土壤中Ca2+、Mg2+与SO42-、HCO3-为主要的结合方式。

③红崖山灌区本身所处气候环境、地形地貌、水文地质等因素直接决定了土壤含盐量空间分布特征，其次多年连续灌溉与耕作等人为活动等增强了土壤含盐量的空间关联性，加剧了该区域的土壤次生盐渍化。

④土壤盐渍化对于生态环境修复和农业生产具有重要的影响，了解土壤盐渍化程度与空间分布特征可以为该区生态环境修复、盐渍土改良、农业生产发展等提供合理的依据。