浅谈盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征与地下水埋深的关系

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[摘要]随着人类活动对全球环境变化影响的加剧和粮食需求的日益紧张以及耕地资源的日趋匮乏，土壤盐渍化已严重影响了现代农业的可持续发展。在地下水埋深较浅的我国北方干旱半干旱盐渍化灌区，由于传统的灌溉农业引起地下水水位的抬高，加之干旱的气候条件，土壤水分和潜水强烈蒸发，土壤次生盐渍化危害尤为突出。土壤盐分的时空变异性与地下水埋深之间的关系在一定程度上反映了土壤耕作层内的盐渍化程度和状态，掌握其变异性与分布规律对于指导农业生产、提高农作物产量等具有十分重要的现实意义。

[关键词]盐渍化灌区 土壤盐分 时空变异 地下水埋深

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-110-1

1研究区域概况

试验区沙壕渠灌域位于内蒙古河套灌区解放闸灌域中东部，属黄济渠灌域中游的分干渠灌排系统。近似为一狭长的三角形，南北平均长为15 km，东西平均宽约4. 0 km，总控制面积4.93×103 hm2，其中农田灌溉面积3.47×103 hm2。地处干旱、半荒漠草原地带，冬季严寒少雪，夏季高温干热，降雨稀少、蒸发量大，无霜期短，土壤封冻期长，温差大，为典型的大陆性气候、季节性冻土地区。

2数据来源

沙壕渠灌域在全灌域均匀布置了19 眼长期地下水观测井测定地下水埋深，并同时对该点的土壤进行分层取样，为获得更加精确的土壤盐分分布，在整个灌域范围内加设30 个土壤盐分监测点，每个点采用GPS 定位。采样时间为2009 年的五水前（7 月21 日） 、秋浇前（9 月10 日） 和秋浇后（11 月12 日） 3 个时期（河套灌区全年共灌水八次） ，土壤盐分的采样深度分别为0―20cm、20―40 cm、40―60 cm。地下水位埋深用皮尺测定，土壤盐分EC 值测定过程为： 称取过2 mm 筛的风干土试样50―100 g，按土水比1∶5 配制土壤饱和浸提液，采用DDS-307 型电导率仪测定土壤EC 值。

3结果与分析

3.1土壤盐分的统计特征

按照经典统计学方法分析，样本的标准差对平均数的百分数为样本的变异系数（Cv） ，在某种程度上它可以反映样本的变异程度，在土壤科学中，根据Cv 值可以对土壤性质的变异程度进行分类： Cv 值在0―15% 为弱变异，16%―35%为中等变异，大于36%为强变异。Cv 值对于估计结果可以提供一些预警信息，Cv 值大于100%标识存在一些特别大的样本值，他们对变量的估计有很大的影响。

通过对土壤盐分的统计结果分析，沙壕渠灌域在不同灌溉时期和不同土壤深度的土壤盐分Cv均大于36%，表现为强变异特征，尤其秋浇前和秋浇后表层0―20 cm 土壤盐分Cv 大于100%，变异性最强，表明数据受较大土壤盐分EC 值的数据影响。从不同灌溉时期来看，就其平均水平而言，空间变异强度秋浇后最大，五水前最小，从不同土壤深度来看，随着土壤深度的增大，土壤EC 值的空间变异程度减小，这主要是受秋浇洗盐影响，土壤盐分降低，由于淋洗时间不一致、淋洗水量不均匀及盐荒地干排盐等原因，导致不均匀性进一步提高。同时表层土壤由于受人类活动影响大，因而其变异系数也最大。

3.2土壤盐分半方差函数的结构分析

半方差函数是地质统计学解释土壤特性空间变异结构的理论基础。C0表示块金效应，C0 +C1表示基台值，滞后距表示参数的空间变异特性，如某变量观测值之间的距离大于该值时，则说明他们之间相互独立，若小于该值时，则说明他们之间存在一定的相关关系; 各土壤特性参数的空间相关性可根据块金值与基台值之比C0 /（ C0+C1） 来划分，该比值高，说明由随机部分一起的空间变异性程度较大，相反则由结构性因素引起的空间变异性程度较大。当C0 /（ C0 +C1）

3.3地下水埋深对土壤盐渍化的影响

研究表明土壤盐分含量和土壤盐渍化状况受地下水位及地下水矿化度的控制和影响最大，地下水埋深是土壤发生盐渍化的一个决定性条件。土壤盐分与地下水埋深有着紧密的联系，地下水位埋深愈浅，蒸发量越大，土壤积盐越严重，地下水位埋深较深的区域土壤盐分含量低。这说明沙壕渠灌域地下水埋深状况制约着土壤含盐量，“盐随水来，盐随水去”，土壤盐分主要通过潜水蒸发由地下水带至土壤耕层。地下水位较浅，即使地下水盐分含量较少，由于蒸发进入土壤中的水分较多也会携带较多的盐分，使土壤积盐。因此，只有将地下水控制在不致因蒸发而使土壤积盐的深度，土壤才不会发生盐渍化。

4结论

（1）沙壕渠灌域在不同灌溉时期和不同土壤深度的土壤盐分表现为强变异特征，Cv 均大于36%，由于受到秋浇淋洗不均匀的影响，秋浇后土壤盐分EC 值的空间变异强度最大，表层土壤由于受人类活动影响大，变异系数也最大，随着土壤深度的增大，土壤EC 值的空间变异程度减小。

（2）从空间自相关性来看，各灌水时期和不同土壤深度土壤EC 值的C0 /（ C0 +C1） 在25%―75% 之间，表明土壤EC 值均为中等强度的空间自相关性，土壤盐分空间变异性由上层到下层逐渐减小，从变程来看，随着土壤深度的增大，土壤盐分空间自相关尺度逐渐减小，空间相关性减弱，表层土壤的空间分布格局连续且均匀。

（3）五水前0―40 cm 土壤EC 值空间分布呈条带状，秋浇前不同层次土壤盐分含量的空间分布规律相似，从南到北含盐量呈增大的趋势，秋浇后灌域土壤含盐量的高值区在西北部或东北部，0―20 cm 土壤盐分在灌域中西部达到最大值， 20―60 cm 土壤盐分在灌域中部达到最大值。由于土壤盐分在秋浇灌水过程中向下游转移，在沟渠出口两侧形成了土壤EC 的高值区域。区域地下水埋深南深北浅，由于引水量的加大，秋浇对地下水的补给作用十分明显，地下水埋深达到年内最小值灌域平均约0.75 m。