潍北平原土壤盐渍化特征及其影响因素

　　摘 要: 了解和掌握沿海地区土壤盐分分布特征、盐渍化程度及其主要影响因素，可为规划区工程桩基防腐措施制定和区域生态环境改良提供科学依据。以潍北平原为研究区，通过野外调查采样与室内测试分析获取土壤盐分数据，采用统计学方法和地理信息系统技术分析了土壤盐分和盐渍化指标的平面分布特征，识别了土壤盐渍化的主要影响因素，并提出了盐渍化的防治建议。结果显示，研究区土壤盐渍化总体处于低-中等水平，约 20%的面积处于弱至中等盐渍化等级，土壤盐渍化程度呈现出由东北向西南逐渐降低趋势。土壤盐渍化类型主要为氯盐渍化和亚氯盐渍化，NaCl 是盐分存在的主要形态。土壤盐分含量受多种因素的影响，其中土壤固有盐分的含量受沉积相( 土壤成因) 背景控制，地下水咸化是土壤盐分积聚的最主要影响因素。

　　关键词: 土壤盐渍化; 土壤盐分分布特征; 潍北平原

　　0 引 言

　　气候变化和人类活动的强烈影响，使得土壤盐渍化成为干旱、半干旱及沿海地区最主要的生态环境和土地退化问题之一。目前全球盐碱土面积约为 9.5×108 hm2 ，其中我国盐碱化土壤面积高达 3.4×107 hm2 ，约占耕地面积的 1 /3，盐渍化灾害现状非常严峻[1，2]。土壤盐分积聚和淡水资源紧缺成为限制我国沿海地区开发的主要因素[3]，及时掌握土壤盐分的分布特征及其影响因素是实现盐渍化土地合理利用和科学开发的必要前提。

　　潍北平原年均降水较少、蒸发强烈，加之不合理的地下水资源开发利用活动，土壤盐渍化问题日趋严重。目前，关于潍北平原土壤盐渍化的研究已有大量成果，马恭博等[4]指出该区土壤以轻度盐渍化和中度盐渍化为主，且不同深度土层盐分呈现条带状和块状分布规律，自北向南土壤盐分含量呈现降低的趋势; 陈广泉等[5]指出不同土层土壤盐分含量具有明显的空间变异性，其中 60 ～ 100 cm 等层段盐分具有较强空间相关性; 李晶莹等[6]发现受海水入侵因素影响，该区盐渍化范围向内陆最远可至 20 km 处; 陈铭达等[7]发现土壤盐分的组成受地下微咸水灌溉影响强烈; 刘文全等[8] 指出耕层( 表层) 土壤全盐和有机质含量的空间分布均呈现明显的条带状格局，且离海岸线距离越远盐分越低，认为海水入侵、土地利用及人为的耕地措施是形成该格局的重要因素。可以看出，已有研究对土壤盐渍化的分布特征进行了充分梳理，但其评价方法和服务对象重点针对农业种植和土壤改良，且未较全面分析土壤盐渍化的影响因素。

　　本次通过野外采样和室内测试获取土壤盐分离子数据，分析不同盐渍化指标的分布特征和规律，应用工程勘察规范和建筑规范评价土壤盐渍化程度，并分析土壤盐渍化与主要影响因素的相关关系，旨在有针对性的为沿海地区规划、新城镇建设和土壤环境改良提供基础依据。

　　1 研究区概况

　　研究区位于莱州湾南岸潍坊北部平原( 图 1) ，属暖温带半湿润季风型气候区，地形南高北低，平均坡降 0.047%。多年平均降水量为 610 mm，多年平均蒸发量为 1 020 mm。区内地貌层次清晰，由南部山前洪积、冲积平原向北过渡为冲积、海积平原，发育弥河、虞河、白浪河、潍河等多条河流。该区属于华北平原东缘，大地构造上属于胶莱地堑北段[9]，第四系沉积物由南向北增厚，岩性分布具有一定规律，由山前至冲洪积扇前缘依次为含砾砂、砂、砂质黏土和黏土，北部滨海沉积物岩性主要为粉细砂、黏质砂土、砂质黏土和黏土。区内地下水开采强度较大，形成了多个地下水降落漏斗，引发了北部咸-卤水南侵南部淡水含水层[10]。浅层土壤类型主要以潮土与盐化潮土为主，沉积相主要为冲洪积相、湖积浅平洼地相、三角洲平原相和潮间带相等[11]。

　　2 材料和方法

　　2.1 样品采集与测试

　　2015 年 10 月于水盐相对均衡期内[12]，近似垂直于地下水流向布设 6 条剖面，对盐分相对富集的 50 ～ 60 cm 土层进行了 52 组土壤样品的采集。采样位置根据研究区土壤岩性、微地貌特征和土地利用类型等因素确定，定位坐标采用差分 GPS 记录 ( 图 1) 。

　　样品采集后在实验室进行自然风干、碾碎和过 20 目筛，制备形成 1 ∶ 5 的土、水浸出液进行土壤盐分测定。K+ 、Na + 用火焰光度计法测定，Ca2+ 、Mg2+ 用 EDTA 络合滴定法测定，CO2- 3 、 HCO- 3 用双指示剂中和法测定，SO2- 4 用 EDTA 间接络合滴定法测定，Cl -用标准 AgNO3 滴定法测定，全盐量用电导法测定、pH 值采用 pHB-4 型便携仪测定。样品测试工作由天津地质矿产测试中心完成。

　　2.2 数据处理

　　本次对样品盐分数据的统计分析用 SPSS 软件进行，空间投影和克里格( Kriging) 法插值分析用 MAPGIS 软件进行。

　　2.3 评价方法

　　( 1) 平均含盐量。平均含盐量是指示土壤盐渍化程度的直接指标，被广泛应用于盐渍化评价工作中。本次以岩土工程勘察规范( GB 50021- 2001) [13]和盐渍土地区建筑规范( SY/T 0317-2012) [14]为评价标准，根据土壤含盐量将盐渍土分为弱盐渍土、中盐渍土、强盐渍土和超强盐渍土四类( 表 1) 。同时，根据土壤化学成分含量将盐渍土类型细分为氯盐渍土、亚氯盐渍土、亚硫酸盐渍土、硫酸盐渍土和碱性盐渍土五种( 表 2) 。

　　2) 钠交换比( ESP) 。钠交换比，又称碱化度，是通过计算土壤 Na + 交换 Ca2+ 和 Mg2+ 能力来指示土壤碱化程度的指标。通常有两种计算方法，一是常用的用交换性钠离子占阳离子交换量的百分比法，其中交换性钠需用乙酸铵-氢氧化铵-火焰光度法测得，阳离子交换量用氯化铵-乙酸铵交换法测得

　　鉴于前述“平均含盐量评价法”中设定了碱性盐碱土这一分类，故本次工作没有单独测试交换性钠和阳离子交换量，而采用经验公式法来计算相对 ESP( 1 ∶ 5 土、水重量比溶解) 来计算土壤相对碱化程度。

　　3 结果与分析

　　3.1 土壤盐分离子含量及相关性分析

　　由表 3 可见，研究区土壤 pH 介于 6.79 ～ 10.12，平均值为 8.20，总体呈弱碱性，协方差为 0.38，含量分布具有中等变异强度。土壤含盐量( 全盐量) 介于 0.25～ 23.07 g /kg，平均值为2.09 g /kg，总体较低，协方差为 15.48，含量分布具有强变异性。阳离子以 Na + 为主，平均值为 0.588 g /kg，协方差为 1.61，含量分布具有强变异性。阴离子以 Cl -为主，平均值为 0.77 g /kg，协方差为 4.41，含量分布具有强变异性; 其次为 SO2- 4 ，平均值为0.32 g /kg，协方差为 0.26，含量分布具有强变异性。土壤 ESP 介于 2.11～ 25.68 mmol /L，平均值为 6.97 mmol /L，协方差为38.93，含量分布具有强变异性。

　　全盐量和 ESP 含量分布的强变异性以及 Cl -、Na + 含量分布的中强变异性，揭示这两项指标在区域分布上存在明显的浓度梯度，且 NaCl 是土壤中盐分存在的主要形态。

　　为了更好的揭示盐分在土壤中的存在形态，对各离子的相关性进行分析。表 4 中结果表明，土壤全盐量与 Na + 、Cl -、K+ 、 Mg2+ 、SO2- 4 等显著正相关( P<0.01) ，这说明全盐量会随这些离子含量的增加明显升高。Cl -与 K+ 、Na + 、Mg2+ 呈显著正相关， SO2- 4 与 K+ 、Na + 、Mg2+ 、Ca2+ 等也明显正相关( P<0.01) ，说明土壤中盐分会以 NaCl、KCl、MgCl2、Na2 SO4、K2 SO4、MgSO4 等形态存在。这些盐分组成及相对含量与当地海水、咸 水 极 为 相似[16]，说明该区土壤盐渍化受海、咸水( 微咸水灌溉、卤水晒盐渗漏、海水混合养殖排放等) 影响明显。

　　3.2 盐渍化指示指标的分布特征

　　前述分析中已表明全盐量、SO2- 4 、Cl -、ESP 等对土壤盐碱化具有很好指示作用。如图 2 ～ 图 4，全盐量、Cl -、SO2- 4 三项指标显示土壤盐分高值主要分布于北部海岸地区，由北向南盐分含量呈现逐渐降低的趋势; ESP 呈现北部和西北部碱化程度偏高，向南和西南方向逐渐降低的分布规律( 图 5) 。全盐量四项指标显示其含量沿近北东向中轴线在侯镇南部出现局部峰值的现象，可能与该处土壤岩性相对较粗且位于地下水降落漏斗区( 图 1) ，局部地下水循环引起咸水优势侵入相关。此外，可以发现受河水对土壤盐分的溶滤、淋滤作用影响，在弥河、白浪河等主河道附近各项指标含量出现相对减弱的特征。

　　3.3 评价结果

　　从盐渍化程度来看( 图 6) ，52 组土壤样品中有 7 组属于中盐渍土，4 组属于弱盐渍土，样品点盐渍化比例为 21.15%，区域上较大面积土壤处于未盐渍化状态。从盐化类型来看，属于氯盐渍土的有 5 组，属于亚氯盐渍土的有 5 组，属于亚硫酸盐渍土的有 1 组，其中氯盐和亚氯盐类型占到盐化类型的 90.91%。

　　4 主要影响因素

　　除受土壤沉积相( 土壤成因) 背景影响外，土壤盐分变化规律还受气候( 降水与蒸发) 、地形、土壤岩性、地下水埋深及地下水盐度、灌溉条件等因素的影响和制约。根据野外调查结果，结合实际情况选择地面高程、微地貌、潜水埋深、地下水盐度、土壤全盐量、灌溉情况、与排水情况、土壤岩性 8 个因子进行相关性分析。其中，全盐量、地面高程、潜水埋深、地下水盐度为实测数据，灌溉情况、排水情况、微地貌根据地面调查结果进行定量数值化[11]( 表 5) 。

　　5 结 论

　　研究区土壤盐渍化程度总体处于低-中等水平，仅 21.15% 的样品点出现盐渍化现象，盐渍化等级为弱至中等。中等盐渍化土壤主要分布在研究区北部的下三角洲平原地段，弱盐渍化土壤主要分布在上三角洲平原。土壤盐分含量存在明显的分布规律，整体呈现出由东北向西南含量逐渐降低的近条带状分布特征; 其中在地下水漏斗区和河流两侧分别呈现出盐分含量偏高和偏低的特点; 这与前人研究成果[5]较为一致。

　　6 防治盐渍化建议

　　6.1 建设生态防护林

　　在靠近海岸线的大家洼镇、央子镇、下营镇等下三角洲沉积地段，土壤颗粒相对较细，地下水位相对较浅，土壤含盐量较高。建议种植耐盐性速生乔木和灌木，组成乔、灌、草相结合的生态防护林带，针对地下水咸化是土壤盐分积聚的最重要影响因素，可利用防护林增加蒸腾减少地面蒸发，降低地下水位，减缓土壤盐渍化程度。同时，防护林根系可疏松土壤提高通透性，增强雨水的垂向滤盐作用。此外，应考虑和潍坊市第二平原水库、引黄济青渠等水利工程相配套，从而达到排、灌结合的合理布局。

　　6.2 实施农业生态工程

　　在河流入海区域实施农业生态工程，选育耐盐小麦和棉花品种，作物的枯枝落叶和根系的生理活动可改善土壤的理化性质，提升土壤肥力，减轻土壤盐渍化。同时，作物生长过程可吸收土壤中的盐分，经由人工收割和换季种植可大量减少土壤盐分。

　　6.3 湿地修复

　　在沿海海洋生态保护区区域，通过大量种植耐盐碱的植被，如碱蓬、盐角草、柽柳、芦苇、白刺等盐生植物，大力开展生态湿地修复。已有研究成果显示[17，18]，碱蓬、盐角草等植被适应高盐土壤且对 Cl -、Na + 和 SO2- 4 具有显著的摄取和富集能力，被广泛用于盐渍土改良。

　　按盐渍化程度的不同，在该区配置合理的物种组成，构建柽柳、碱蓬群丛、羊角菜群丛等景观结构单元，形成和不同盐渍化程度相适宜的湿地景观恢复区。 □

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