奇台县土壤盐渍化逆向演替过程研究.doc

奇台县绿洲农田土壤盐渍化逆向演替过程*基金项目：国家自然科学基金(40461008)和新疆大学博士基金(070238)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.40461008；Doctor Foundation of Xinjiang University,No:070238.]作者简介：韩茜(1980-)，女，新疆人，博士研究生，研究方向为干旱区环境与人地关系Email:han_qian80@通讯作者：熊黑钢（1956-），男，教授，博士，主要从事干旱区资源环境研究，在国内外学术刊物上发表论文60余篇，合作出版著作3部E-mail：xhg1956@.韩茜1 2 熊黑钢2 3 (1．新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046)（2．新疆绿洲生态重点实验室，乌鲁木齐830046）（3．北京联合大学应用文理学院城市系，北京100083）摘要：在奇台绿洲中部平原区和绿洲沙漠交错带选择不同耕种时间的农田，分析其剖面土壤可溶性总盐、PH值、有机质含量随耕种时间的变化通过对比不同采样地点，不同耕种时间的土壤特性，探讨在地下水位不断下降的过程中，不同发展阶段农田土壤盐渍化的时空变化规律。

研究表明：奇台绿洲已处于有利于土壤次生盐渍化逆向演替的环境地下水位已降至潜水零通量面（5m）以下，地下水矿化度低于3g/L，土壤可溶性总盐随耕种时间延长而减少，有机质随耕种时间延长而增加农田土壤盐渍化的逆向演替过程在时间和空间上均有体现从时间角度，无论农田在绿洲的哪个地貌部位，耕种时间越长，盐渍化程度越轻，耕种期达到20－30年的土壤一般可以达到非盐渍土程度；从空间角度，农田越靠近绿洲的上部，盐渍化程度越低关键词：土壤盐渍化 逆向演替 奇台绿洲干旱区绿洲外围受沙漠化的侵袭，而绿洲内部会因灌溉不当引起绿洲农田次生盐渍化土壤盐渍化问题长期以来备受国内外学者的关注，并且在土壤盐渍化的发生、演变；盐渍土的形成、分布规律及其分类；盐渍土的物理、化学、水力学、生物学特性研究；盐渍土的水盐运动及盐渍化预测预报；盐渍土的改良与管理等方面取得了重要进展[1，2，3]对盐渍土的改良多侧重于人工改良，主要是土壤改良剂、水利改良、优化灌溉管理方面而对于土壤盐渍化的自然恢复，以往的研究主要提出土壤盐渍化逆向演替的概念，从宏观角度讨论了盐渍化逆向演替的影响因子和调控系统[4，5]本文通过不同耕种时间农田的土壤盐渍化、地下水的时间变化，以及盐渍化逆向演替过程的量化分析，探讨农田土壤盐渍化的逆向演替过程。

为改良盐渍土，合理开发盐渍化土地资源提供理论指导和科学依据1 研究区概况奇台县位于新疆维吾尔自治区东北部，天山山脉东段博格达山北麓，准噶尔盆地东南缘，地理位置为4325′～4529′N，8913′～9122′E，土地面积1.81104km2中部属冲积平原，北部为戈壁沙漠区，南部为山前丘陵地全区属温带大陆性干旱半干旱气候，年平均气温，平原农区为5℃左右，山区为2～3℃年平均降水，南部山区550～660mm，中部平原地区176mm，沙漠地区小于150mm[6]奇台县农区土壤的盐碱化比较严重，南自丘陵，北至沙漠，包括棕钙土、灰漠土、草甸土、沼泽土、风沙土都存在程度不同的盐碱化问题根据奇台县1982年第二次农区土壤普查结果：全农区（不包括农垦围场）有盐碱化的土地面积达11090公顷，占农区总面积的31％其中盐碱化比较严重的有2430公顷，占农区总面积的6.7％①奇台县地下水自山区、平原戈壁、细土平原至沙漠区，从补给、径流、排泄构成了一个完整的水文地质单元山前倾斜平原第四纪沉积很厚，中上部含水层颗粒粗大，为潜水主要含水层，中下部冲积、洪积平原构成多层结构的潜水和承压水的分布区，无论是山前倾斜平原，还是溢出带以北细土平原，地下水资源广泛分布。

根据《奇台县地下水资源开发利用规划报告》，现已勘明的地下水动蓄量为2.94108m3，可开采蓄量为2.46108m3 ②随着地下水开采量的逐年增大，地下水位埋深逐年下降，2006年地下水位年平均埋深值为22.92m，达到地下水位埋深历史最大值奇台县地下潜水水质类型基本上分为碳酸盐水和硫酸盐水，2006年潜水矿化度年平均值为0.578g/L潜水矿化度从年际变化和多年变化特征上看整体增减变幅不大，基本表现略偏下降趋势①奇台县土壤普查办公室.奇台县土壤普查报告.1982.②新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队.新疆奇台县节水灌溉规划报告.2000.③奇台县水政水资源管理办公室.新疆昌吉回族自治州奇台县地下水潜水动态监测年报.2006.2 研究方法2．1 样品采集在奇台绿洲平原区上部110团，平原区中部的柳树河子、草原站，绿洲沙漠过渡带的旱沟选择代表性采样地点（图1）为了保证采样的一致性和可对比性，不同开垦时间、同一采样地点必须满足下列条件：①地貌部位基本相同，以保证土壤粒度、地下水位相对一致②距河流的远近基本相同，以排除河流水位的变化对地下水位的影响③采样都在小麦田中，以防止不同的作物和耕作对土壤性质的影响。

④地下水位变化基本一致（利用其附近长期地下水位观测资料确定），以保证地下水位对土壤盐渍化的影响基本相同⑤每个采样地点选择耕种30年、20年、10年和5年的小麦田，以便于全区域的对比和消除不同地点可能产生的偶然性各采样点情况见表1共挖取16个样点剖面，每个样点剖面按0，10，20，40，70，100cm进行分层采样，共96个土样各采样点的坐标采用GPS定位图1 采样点示意图Fig.1 Sketch map of sampling表1 各土壤采样点情况表Tab.1 Basic information of sampling编号地点地貌部位海拔目前地下水位地表情况1110团平原区上部844m25.32m小麦田2柳树河子平原区中部680m15.88m小麦田3草原站平原区中部780m16.10m小麦田4旱沟绿洲沙漠过渡带746m10.23m小麦田2．2 样品处理与分析采集的土样在实验室内自然风干，磨碎，过2mm筛参考《土壤农业化学分析方法》[7]，测定土壤样品可溶性总盐，PH值，有机质，土壤粒度土壤样品以1：5土水比制备成浸提液，PH值使用数字式酸度计测定；可溶性总盐使用残渣烘干法；有机质使用K2Cr2O7容量法；土壤粒度用激光粒度分析仪测定。

3 土壤盐渍化逆向演替过程分析由于土壤盐渍化的发生过程是一个可逆反应，这个反应时刻处于动态平衡之中因此，在一定条件下，盐渍化会自然地向良性方向发展这种土壤盐渍化恢复的过程称之为土壤盐渍化逆向演替[4，5]找出促进其逆反应的催化剂,使反应最大限度地朝着逆反应方向进行,土壤盐渍化就会自然地恢复合理利用地下水，采用科学的灌排方式，应用竖井灌排，抽取浅层承压水导致潜水越流补给浅层承压水，使潜水埋深下降，潜水蒸发减小，降低盐分表聚程度；增加土壤有机质,改善土壤物理性质, 促进盐分的淋溶；平整土地,降低土壤表面的倾斜程度等都可以促进土壤盐渍化逆向演替3．1 土壤可溶性总盐含量与其影响因素的灰色关联促进土壤盐渍化良性发展的因素很多，各因素对盐渍化逆向演替的贡献不同分析比较各影响因素之间的主次关系，可以更好地探讨土壤盐渍化逆向演替的过程地理系统是一类典型的灰色系统，在这个系统中，许多因素之间的关系是灰色的，灰色关联分析可以辨别这些因素之间的关系对两个因素之间关联性大小的度量，称为关联度它描述系统发展过程中因素间相对变化的情况，也就是变化大小、方向及速度等指标的相对性如果两者在系统发展中相对变化一致，则认为两者关联度大；反之，两者关联度就小。

灰色关联度分析是对于一个系统发展变化态势的定量描述和比较[8]本文选择地下水位，地下水矿化度，土壤PH值，有机质，土壤粒度，应用专业数理统计软件DPS，计算采样地点土壤可溶性总盐和这些影响因素之间的关联度表3 土壤可溶性总盐及其影响因素的灰色关联度Tab.3 gray correlation degree between soluble total salt and influence factors 地点因子110团柳树河子草原站旱沟关联度排序关联度排序关联度排序关联度排序地下水位0.8099010.9528010.8788410.854671地下水矿化度0.4558040.5334120.5789830.581893PH值0.4776830.5000640.4922540.631462有机质0.4214150.5048830.4695550.445065粒度0.5903020.4908450.6036120.505334不同地貌部位，土壤可溶性总盐与各因素的灰色关联度大小排序不同，但地下水位与土壤可溶性总盐关联度最大，无论哪一个采样地点，地下水位始终是影响土壤盐渍化最主要的因素，它与土壤可溶性总盐的关联度均超过0.8，而其他影响因素与总盐的关联度都在0.65以下（表3）。

绿洲平原区上部110团的关联度排序为地下水位＞粒度＞PH值＞地下水矿化度＞有机质110团位于平原区上部，土壤粒度相对较粗，极粗砂和砾石的比例远高于其它采样地点，因此与总盐的关联度较大，达到0.59该地点土壤PH值、有机质和地下水矿化度，是四个采样地点中相对最小的，因此与土壤总盐的关联度不大，在0.4—0.5之间在同等地下水位条件下，地下水矿化度的高低直接影响土壤盐渍化的程度柳树河子的地下水矿化度相对较高，多年平均值为0.79g/L，与其他因素相比，它和总盐的关联度较大，为0.53，位居第二其余各因素的关联度相差不大草原站的土壤粒度、地下水矿化度和土壤总盐的关联度大，值分别为0.6和0.58其它两个因素的关联度低于0.5旱沟的土壤是微碱性－碱性土，PH值高于其它采样地点，因此和土壤总盐的关联度较大，排在第二位同时，其地下水矿化度是四个采样地点中最高的，和总盐的关联度排第三位这两个因素与土壤可溶性总盐的关联度均在0.58以上3．2 地下水动态变化盐渍土中的盐分是通过水分的运动且主要是由地下水运动带来的因此，地下水位的深浅和地下水矿化度的大小，直接影响着土壤的盐渍化程度3．2．1 地下水位多年变化奇台县有27口常年监测井，监测全县地下水位的动态变化。

选择四个采样地点附近的7口监测井，代表不同采样地点的地下水位变化情况（图2）从1970到2005年的30多年间，110团地下水位是四个采样地点中下降速度最快的，由1970年的5.35m持续下降为2005年的25.32m，1970－1989年这20年间，地下水位下降了15m，随后15年间的地下水位下降速度比较缓和，水位降低5m旱沟地下水位的下降速度最慢，1970－1995年变化平缓，由2.11m下降到4.45m，1996年起下降速度加快，10年里下降了5m柳树河子和草原站的地下水位下降速度居中，水位自1970至1987年变化平缓，仅降低了2.5m左右，从1988年开始水位显著降低，17年内下降了10m左右从理论上讲，只要潜水存在蒸发，即使蒸发量小，也会有引起土壤表层积盐的可能只有当潜水埋深达到潜水蒸发极。