阿拉尔地区阿克苏河流域水盐空间变异及影响因素研究.pdf

山东农业大学学报(自然科学版),2023,54(4):577-581VOL.54 NO.4 2023Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2023.04.014阿拉尔地区阿克苏河流域水盐空间变异及影响因素研究阿拉尔地区阿克苏河流域水盐空间变异及影响因素研究许 丽,孙海燕塔里木大学 水利与建筑工程学院,新疆 阿拉尔 843300摘摘 要要:新疆阿拉尔地区阿克苏河流域属干旱半干旱地区。受气候、地理位置和农业灌溉等影响，沿岸土壤出现大面积土壤盐渍化现象。本文分析阿拉尔地区阿克苏河流域水盐空间变异及影响因素，使用样本法采集土壤实际数据并进行统计学分析。结果发现，研究区域内土壤含水率和土壤含盐量变化比较大。四月份土壤含水率和土壤含盐量排列为亚表层（30 cm50 cm）最高。十月份土壤含水率随土壤深度增加而增加，土壤含盐量随土壤深度增加而减少。地形因素和土壤质地因素均是影响水盐空间变异的因素之一。不同因素对不同深度土壤的影响效果各有不同，高程对土壤含盐量的影响最小。关键词关键词:新疆阿克苏;空间变异;环境生态中图法分类号中图法分类号:S151.9文献标识码文献标识码:A文章编号文章编号:1000-2324(2023)04-0577-05Research on Spatial Variation and Influencing Factors of Waterand Salt in Aksu River Basin in Alar RegionXU Li,SUN Hai-yanCollege of Hydraulic and Architectural Engineering/Tarim University,Alar 843300,ChinaAbstract:Akesu River Basin in the Alar region of Xinjiang is an arid and semi-arid area.Affected by climate,geographicallocation and agricultural irrigation,coastal soils have extensive soil salinization.This article analyzes the spatial variation andinfluencing factors of water and salt in the Aksu River Basin in the Alar region,and uses the sample method to collect actualsoil data and conduct statistical analysis.It discovered that the soil moisture content and soil salinity varied greatly in thestudy area.In April,the soil moisture content and soil salinity are ranked as the highest in the subsurface layer(30cm 50cm).In October,the soil water content increased with the increase of soil depth,and the soil salinity decreased with theincrease of soil depth.Topographic factors and soil texture factors are the factors affecting the spatial variation of water andsalt.Different factors have different effects on soil at different depths,and elevation has the least effect on soil salinity.Keywords:Xinjiang Aksu;spatial variation;environmental ecology受地理位置和气候环境等方面的影响，土壤盐渍化已成为影响我国西部省份，尤其是干旱半干旱地区土壤质量的主要因素。我国阿拉尔地区尤其是阿克苏河流域水分蒸发强烈，出现了严重的水资源短缺问题1。下游人类农田灌溉以及经济社会活动使阿克苏河下游区域地下水大量流失、土壤出现大面积盐渍化现象。与此同时，为确保土壤脱盐、起到“压盐”的目的，阿拉尔地区习惯使用过量用水对农田开展“春灌”和“冬灌”2。由于该地区水资源严重匮乏，此策略是否能够缓解当地土地盐碱化现象仍有待进一步的科学验证。本文对阿拉尔地区阿克苏河流域土壤水盐空间变化分析并探索其主要影响因素，能够更好地了解当地土壤盐渍化特征及空间变异性，进一步优化和完善阿克苏河下流灌区灌溉制度，有效保护当地土壤水盐平衡、实现水资源的科学配置和可持续利用。1研究方法研究方法1.1研究区域概况研究区域概况阿克苏河流经阿拉尔地区主要为下游灌区。2013 年至 2022 年间的气温、降雨量和全年日照时长概况（表 1）。年平均气温为 11.0，年降雨量为 59.1 mm，全年日照时长为 2 732.6 h。当地降雨大多在 5 月至 8 月间。受研究区域地形和气候条件影响，当地降雨量较小，地下水蒸发、蒸腾强烈。研究区域阿克苏河地下水沿地形由北向南垂直运移，地下水类型主要为潜水和承压水，补给方式为区域面状补给，水位埋深一般小于 3 m。逐渐加重的土壤盐渍化是研究区域存在的主要问题。人工过度开采阿克苏河以及下游不科学的农业灌溉方式极大地影响了水资源的合理利用。收稿日期收稿日期:2023-01-05修回日期修回日期:2023-03-06第第 1 作者简介作者简介:许 丽(1983-),女,本科,副教授,研究方向:农业水土及水资源研究.E-mail:578山东农业大学学报(自然科学版)第 54卷表表 1 研究区域气温、降雨量和全年日照时长概况研究区域气温、降雨量和全年日照时长概况Table 1 General information of temperature,rainfall,and sunshine hours throughout the year in the research area年份Year温度/CTemperature降雨量/mmRainfall全年日照时长/hSunshine hours throughout the year201310.926.93141.7201410.673.73139.320159.924.22881.020169.642.72917.4201712.385.22005.120189.924.22996.3201912.757.82291.6202011.7100.92448.5202111.680.82710.1202210.974.32794.5平均11.059.12732.61.2研究方法研究方法在阿克苏河流经阿拉尔地区两岸进行土壤取样，间隔为 5 km。依据当地气候变化、农业灌溉习惯等选择在 2022 年 4 月和 2022 年 10 月进行土壤取样，每次取的样本数量为 76 个。按照土壤深度，在每个取样点取 3 个样本，分别为表层（030 cm）、亚表层（3050 cm）和深层（5080cm）。使用土壤三参数仪（WET Sensor）对土壤样本的含水率进行测定。使用美国麦奇克激光粒度分析仪对土壤粒径分析。土壤含盐量的测定依据土工试验方法标准（GB/T50123-2019）。1.3数据来源数据来源本研究的温度、降雨量及全年日照时长数据来源于 2013 年至 2022 年间的新疆兵团第一师阿拉尔市统计年鉴。地表微地形数据如研究区域的高程、坡度、坡向等均来自地理空间数据云网站。1.4数据分析方法数据分析方法使用 SPSS 22.0 对实验室得到的土壤含水率、土壤含盐量等数据进行统计学分析和空间变异性分析。使用灰色关联分析法队取样点的基础因素进行定量分析，如坡度、坡向等。地表微地形数据使用 Arcgis 10.2 进行栅格处理。将土壤粒径分为粘粒（0.002 mm）、粉粒（0.002 mm0.02 mm）和砂粒（0.02 mm2 mm），并对其无量纲化处理。2结果与分析结果与分析2.1水盐空间变异结果水盐空间变异结果2.1.1 土壤含水率分析结果 研究区域不同时间内土壤含水率的比较分析结果见下表 2。从四月份数据来看，表层（030 cm）含水率为 14.44%，亚表层（3050 cm）含水率为 17.45%，深层（5080cm）为 16.31%。亚表层含水率最高，其次为深层，表层含水率最少。变异系数自表层至深层为0.288、0.346 和 0.231。上述指标均小于 1，为中等变异性。从十月份数据来看，表层（含水率为15.15%，亚表层含水率为 16.50%，深层为 17.93%。与四月份结果不同的是，此时期土壤含水率随土层加深而增加。变异系数自表层至深层为 0.324、0.268 和 0.245。上述指标均小于 1，为中等变异性。随时间变化，表层和深层的土壤含水率会增加，而亚表层的土壤含水率会减少。表表 2 研究区域不同时间土壤含水率比较结果研究区域不同时间土壤含水率比较结果Table 2 Comparative results of soil moisture content at different times in the research area时间Time土壤深度/cmSoil depth均值/%Mean标准差Standard deviation极值范围Extreme value range偏度Skewness峰度Kurtosis变异系数Variation coefficient四月表层（0-30）14.445.7103.400-28.0000.1600.2040.288亚表层（30-50）17.457.9324.100-45.6001.6635.3680.346深层（50-80）16.315.5243.000-24.300-1.2080.9200.231十月表层（0-30）15.156.5413.740-25.650-0.124-1.0340.324亚表层（30-50）16.506.2063.530-33.6700.4201.2430.268深层（50-80）17.936.3207.400-28.220-0.269-1.4860.2452.1.2 土壤含盐量分析结果 下表 3 显示的研究区域在不同时间内土壤含盐量的比较分析结果。四月份时，土壤的含盐量平均值分别为表层 3.11 gkg-1、亚表层 4.19 gkg-1和深层 3.73 gkg-1。其变化规第 4 期许 丽等:阿拉尔地区阿克苏河流域水盐空间变异及影响因素研究579律与土壤含水率变化规律一致，即亚表层含盐量最高，其次为深层，表层含盐量最少。变异系数自土壤表层至深层为 1.004、1.431 和 1.035。上述指标均大于 1，为强变异性。十月份时，土壤表层、亚表层和深层的含盐量平均值分别为 6.52 gkg-1、5.75 gkg-1和 4.62 gkg-1。其变化规律为土壤含盐量随土层加深而递减。变异系数自土壤表层至深层为 1.113、1.071 和 1.008。上述指标均大于 1，为强变异性。随时间变化，表层、亚表层和深层的土壤含盐量均增加，且表层增加幅度最大为109.65%。表表 3 研究区域不同时间土壤含盐量比较结果研究区域不同时间土壤含盐量比较结果Table 3 Comparative results of soil salinity content at different times in the study area时间Time土壤深度/cmSoil depth均值/gkg-1Mean标准差Standard deviation极值范围Extreme value range偏度Skewness峰度Kurtosis变异系数Variation coefficient四月表层(0-30)3.113.1310.640-12.4401.6311.9731.004亚表层(30-50)4.195.1870.730-23.2602.2796.2761.431深层(50-80)3.733.4350.670-13.5001.4271.5911.035十月表层(0-30)6.527.2891.450-24.9001.5891.7931.113亚表层(30-50)5.756.1821.010-23.6701.5932.0671.071深层(50-80)4.624.6660.870-19.5401.7513.1331.0082.2水盐空间变化影响因素分析水盐空间变化影响因素分析2.2.1 地形因素 地形高程、坡度、坡向等变换会直接影响到土壤颗粒的机械组成，从而影响盐水和水分的分布及转移。土壤含盐量与地形因素的相关性分析结果见下表 4。结果发现，土壤含盐量与地形高程、坡度、坡向等部分因素具有显著相关性。其中，表层土壤含盐量与高程和坡度显著负相关（P0.05），与坡向显著正相关（P0.05）。亚表层土壤含盐量与高程显著负相关（P0.05），与坡向显著正相关（P0.05）。深层土壤含盐量与与高程显著负相关（P0.05），与坡向显著正相关（P0.05），与坡度正相关，但是相关性不显著。可见，随地表高程增加，土壤含盐量逐渐减少。坡度越高，土壤含盐量越小。阳坡受太阳照射时长较高，水分挥发比阴坡大，故土壤含盐量较高。这表明地形因素是影响水盐空间变异的因素之一。表表 4 土壤含盐量与地形因素的相关性分析结果土壤含盐量与地形因素的相关性分析结果Table 4 Correlation analysis results of soil salinity and topographic factors变量Variable土壤深度/cmSoil depth高程Elevation坡度Slope坡向Aspect土壤含盐量表层（0-30）-0.361*-0.101*0.485*亚表层（30-50）-0.416*-0.133*0.468*深层（50-80）-0.158*0.0210.411*为 P0.05,*为 P0.012.2.2 土壤质地因素 土壤颗粒的大小对直接影响到土壤中水分转移速度，对土壤含盐量产生直接影响。下表 5 显示的是土壤含盐量与土壤质地的相关性分析结果。结果显示，结果发现，土壤含盐量与粘粒、粉粒和砂粒等部分因素具有显著相关性。其中，表层土壤含盐量与粘粒正相关，但关系不显著。与粉粒和砂粒显著负相关（P0.05）。亚表层土壤与粘粒和粉粒显著正相关（P0.05），与砂粒显著负相关（P0.05）。深层土壤与粘粒和粉粒显著正相关（P0.05），与砂粒显著负相关（P0.05）。这说明当土壤中粘粒和粉粒较高时，其土壤含盐量也会增高。土壤中砂砾含量高时，其土壤含盐量则会降低。即土壤空隙相对较小时，水分转移速度变慢，在蒸发作用影响下盐分会大概率滞留，从而土壤含盐量。随地表高程增加，土壤含盐量逐渐减少。坡度越高，土壤含盐量越小。研究结果表示土壤质地因素是影响水盐空间变异的因素之一。表表 5 土壤含盐量与土壤质地的相关性分析结果土壤含盐量与土壤质地的相关性分析结果Table 5 Correlation analysis results of soil salinity and soil texture变量Variable土壤深度/cmSoil depth粘粒Clay粉粒Silt砂粒Sand土壤含盐量表层（0-30）0.058-0.020*-0.010*亚表层（30-50）0.295*0.455*-0.458*深层（50-80）0.135*0.021*-0.024*为 P0.05,*为 P深层（50 cm80 cm）表层（030cm）。灌溉后（十月）土壤含水率随土壤深度变化而逐渐增加。含水率的变异程度均为中等变异。其主要原因应该是灌溉后受水资源印象和外界气温变化影响，土壤含水率会逐渐增加。这与胡越等、王卓然等和 Harne 等的研究结论保持一致3-5。研究区域在灌溉前（四月）土壤含盐量亚表层（30cm50 cm）深层（50 cm80 cm）表层（030 cm）。灌溉后（十月）土壤含盐量随土壤深度变化而逐渐减少。含水率的变异程度均为强变异。其主要原因是因为研究区域为下游灌区，地下水位埋深较浅。部分地区由于排碱渠排水不通畅，导致土壤含盐量也逐渐增加。这表明每年的“春灌”和“冬灌”的确会对土壤含盐量产生影响，具有一定的“压盐”作用。这与吕廷波等、宋颖等、王慧敏等和 Duncan 等对干旱区盐渍化土壤盐分含量分析结果一致6-9。在影响因素方面，主要分析了地形因素、土壤质量因素和水盐空间变异影响因素定量分析结果。地形因素是影响水盐空间变异的因素之一。不同深度的土壤含盐量与高程显著负相关（P0.05），与坡向显著正相关（P0.05）。需要强调的是，坡度与深层土壤含盐量相关性不显著。王昊等、鲁涵等和林栋等均对新疆干旱-半干旱区典型灌区土壤盐分特征及成因开展分析，Shah 等也对地形因素对水盐空间变异开展了研究，其结果与本研究结果高度类似10-13。土壤质地因素同样是影响水盐空间变异的因素之一。粘粒与不同深度的土壤含盐量显著正相关（P0.05），但与表层土壤含盐量相关性不显著。粉粒与表层土壤含盐量显著负相关（P0.05），与亚表层和深层显著正相关（P0.05）。粘粒与不同深度的土壤含盐量显著负相关（P深层表层。灌溉后（十月）土壤含水率随土壤深度增加而增加，土壤含盐量随土壤深度增加而减少。地形因素和土壤质地因素均是影响水盐空间变异的因素之一。不同因素对不同深度土壤的影响效果各有不同，高程对土壤含盐量的影响最小。其主要原因是在地形方面，会受到水分蒸发和阳光日照、人为灌溉等因素影响水盐运移效果。在土壤质量方面会受土壤孔隙、粒径等因素影响水第 4 期许 丽等:阿拉尔地区阿克苏河流域水盐空间变异及影响因素研究581盐运移效果。本研究的局限性在于仅对灌溉前（四月）和灌溉后（十月）的数据进行对比分析，样本数量相对较小。在未来应进一步扩大研究时间样本，从而更好地分析研究区域水盐空间变异影响因素，为环节阿克苏流域土壤盐渍化问题提供有效解决方案。参考文献参考文献1熊昕莹,孟 梅.基于生态系统服务供需关系及空间流动的新疆生态管理分区与优化策略J.应用生态学报,2023,7(13):26-392李小东,张凤华,朱煜.新疆南疆典型地区农业灌溉水质与土壤盐渍化关系的研究J.新疆农业科学,2016,53(7):1260-12673胡越,邵光成,蒋 傲,等.滴灌流量对不同质地土壤水盐运移的影响研究J.中国农村水利水电,2021(8):133-1394王卓然,赵庚星,高明秀,等.黄河三角洲垦利县夏季土壤水盐空间变异及土壤盐分微域特征J.生态学报,2016,36(4):1040-10495Harne S,Chaube UC,Sharma S,et al.Mathematical modelling of salt water transport and its control in groundwater J.Nat Sci,2006,4(4):32-396吕廷波,何新林,辛明亮,等.玛纳斯河流域不同土壤质地土壤含盐量分析J.节水灌溉,2014(5):4-67宋 颖,徐帻欣,王佳凡,等.黄河故道流域土壤盐渍化多维空间特征及其风险评价J.土壤学报,2023,12(1):1-148王惠敏,于 磊,徐凯磊,等.基于高分五号高光谱影像的干旱区盐渍化土壤盐分含量估算J.光谱学与光谱分析,2023,43(7):2278-22869Duncan RA,Bethune MG,Thayalakumaran T,et al.Management of salt mobilisation in the irrigated landscape:Areview of selected irrigation regions J.Journal of Hydrology,2008,351(1-2):238-25210 王 昊,张生银,张顺存,等.干旱-半干旱区不同地质背景区典型灌区土壤盐分特征及成因对比分析J.地球与环境,2023,6(3):41-5211 鲁 涵,曾妍妍,周金龙,等.塔里木盆地绿洲带地下水咸化机制J.中国环境科学,2023,36(5):12-1912 林栋,黄茜,许尊秋,等.基于SHAW模型的南疆典型灌区适宜盐分淋洗定额空间分布J.农业工程学报,2023,39(1):70-8013 Shah SHH,Wang J,Hao X,et al.Modelling soil salinity effects on salt water uptake and crop growth using a modifieddenitrification-decomposition model:A phytoremediation approach J.Journal of Environmental Management,2022,301:11382014 代云豪,管 瑶,张钦凯,等.阿拉尔垦区土壤盐渍化遥感监测及时空特征分析J.干旱区地理,2022,45(4):1176-118515 白建铎,彭 杰,史 舟,等.基于多源数据的干旱区盐渍化农田精准管理分区研究J.干旱区研究,2022,39(2):646-65516 刘新路,彭杰,冯春晖,等.基于电磁感应数据棉田土壤盐分剖面时空变异特征研究J.中国土壤与肥料,2020(1):17-2317 陈霖明,李艳红,李发东,等.玛纳斯河流域棉田膜下滴灌前后土壤水分-盐分-养分运移分析J.中国土壤与肥料,2022(8):1-1318 贺文君,韩广轩,颜坤,等.微地形对滨海盐碱地土壤水盐分布和植物生物量的影响J.生态学杂志,2021,40(11):3585-359719 代云豪,管瑶,冯春涌,等.基于光谱指数建模的阿拉尔垦区土壤盐渍化信息提取与分析J.自然资源遥感,2023,35(1):205-21220 Chen QM,Wang XY,Liu MX,et al.Water and salt transport in soil under salt water drip irrigation J.Journal ofNortheast Forestry University,2012,40(8):92-95