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玛纳斯河流域中下游花花柴覆盖下土壤盐分的动态变化



全 文 : 收稿日期:2011-01-20
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2009CB825101)
作者简介:杨岩(1985-),男,硕士生,专业方向为植物与土壤生态。
通讯作者:王绍明(1963-),男,教授,博士生导师,从事干旱区植物生态学研究;e-mail:westwild@vip.sina.com。
第29卷 第3期
2011年6月
石河子大学学报(自然科学版)
Journal of Shihezi University(Natural Science)
Vol.29 No.3
Jun.2011
文章编号:1007-7383(2011)03-0332-06
玛纳斯河流域中下游
花花柴覆盖下土壤盐分的动态变化
杨岩,王绍明,王吉,涂锦娜,李邦,陈接华,朱丽洁,李娜
(石河子大学生命科学学院,石河子832000)
摘要:本文选取花花柴(Karelinia capsia(Pall.)Les.)覆盖下的不同地貌盐碱土为研究对象,采用土壤常规离子
测定和传统的统计学分析方法,对6~9月不同样地各层土壤可溶性盐离子的动态变化特性进行分析。结果显示:
(1)玛纳斯河流域中游泉水溢出带到河流下游荒漠5块样地不同月份土壤含盐量显著不同,142样地Na+和K+含
量显著高于其他样地。136样地Na+含量最低。Ca2+离子含量在136样地中始终处于最低。Mg2+在5块样地中
含量高低依次为134>141>142>135>136。(2)沿玛河流域中游一直到下游,土壤盐分表现为由高到低,其中
Na+含量呈现典型下降趋势,到沙漠区含量极低。(3)玛纳斯河流域中下游不同地貌土壤因其盐分离子的相互作
用加之差异的气候和地下水等影响表现出了不同的盐离子含量和各异的动态变化规律。
关键词:玛纳斯河流域;可溶性盐离子;动态变化;差异性分析
中图分类号:Q89    文献标识码:A    
Soluble Salt Ions Dynamic Differ under the Coverage of Karelinia from the
Middle to Lower of the Manas River
YANG Yan,WANG Shaoming,WANG Ji,TU Jinna,
LI Bang,CHEN Jiehua,ZHU Lijie,LI Na
(Colege of Life Science,Shihezi University,Shihezi 832003,China)
Abstract:This study selects the saline-alkali soils in different landforms which are covered by Karelinia capsia(Pall.)Les.as
the research object,analyze the dynamic changes about soluble salt ions in different depths of soil with general ion determination
of soil and traditional statistical analysis methods from June to September.The results showed that:(1)Five plots of soil salini-
ty in different months were significantly different from the middle to lower of the Manas River,Na+and K+content of 142plot
were significantly higher than the other plots.Na+content of 136plot were the lowest.And Ca2+content in the 136plot were
the lowest too.Mg2+ content in the five plots were 134>141>142>135>136.(2)Soil salinity especialy Na+ content
showed typical decline and the lowest in desert from the middle to lower of the Manas River.(3)The soil in five landforms had
different salt ion content and the dynamic differ that were impacted of interaction between salt ions and differences in climate
and groundwater.
Key words:Manas River;soluble salt ions;dynamic differ;differential analysis
DOI:10.13880/j.cnki.65-1174/n.2011.03.016
  土壤盐渍化是一个世界性的问题,也是世界上
解决土地退化问题之中最大的难题之一[1]。盐渍土
的治理是包括中国在内的大多数国家土壤资源管理
中的重点问题[2]。在我国的西北旱区,最典型的地
貌特征是山盆系统,约占国土面积的22%。由于地
貌上的垂直分布,形成了由山地森林草原带、平原绿
洲带、绿洲沙漠交错带和沙漠等不同地带所组成的
复杂立体式的地带分布,其中绿洲是山盆系统中生
产力最旺盛的地方。地理地貌上的差异、土壤物质
组成的不同及水土运动变化构成了流域空间变异演
化的基础[3]。玛纳斯河流域是典型的山盆结构,山
区的河流流出山口后,在山前倾斜平原流速减慢,河
流所携带的泥沙等逐级沉积,依次形成冲积洪积扇
-泉水溢出带-冲积平原-三角洲-湖滨平原-尾
闾湖泊等地貌[4]。不同类型土壤的理化性质和积盐
程度等均表现出明显的差异,这些差异性决定了山
盆系统不同地带所分布的不同类型土壤及其相应的
自然生态特性[5]。土壤组合在冲积平原上多为荒漠
森林土和草甸灰漠土;在河道两岸的低洼地带和流
域下游的玛纳斯湖周围由于积盐作用强烈,分布着
残余盐土、盐化草甸土和沼泽土[6]。
本文以玛纳斯河流域中下游5种不同地貌花花
柴群落下的土壤为研究对象,采用土壤常规离子测
定和传统的统计学分析方法,对不同样地各层土壤
可溶性盐离子的季节变化进行分析,旨在探索不同
地貌下土壤盐分动态变化的规律,为后期研究盐渍
化的成因和积聚原理提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
玛纳斯河流域位于新疆天山北麓中段,地处准
噶尔盆地南缘。地理位置为东经85°01′~86°32′,
北纬43°27′~45°21′,流域总面积19800km2。玛纳
斯河地处欧亚大陆腹地,远离海洋,气候干燥,属典
型的大陆性干旱气候区。发源于天山北麓依连哈比
尔尕山,流向由南向北,河流全长324km,多年平均
径流量为11.9亿 m3,是准噶尔盆地南缘最大的一
条融雪型山溪河流。流域多年平均气温为6℃~8
℃,极端最高气温为42.8~43.1℃,极端最低气温
为-43.1~-39.8℃;多年平均降水量为110~200
mm,主要集中在夏季,4~8月平均降水量占全年降
水量55.5%~70.1%,年最小降水量为58.5~124.
9mm;多年平均蒸发量为1600~2000mm,5~8月
蒸发量占全年蒸发量的65%~70%[7]。
1.2 样地选择与样品的采集
从玛纳斯河的中游到下游按照不同的地貌位
置,从南向北,依次选取5块样地,分别是位于泉水
溢出带的142团,冲击平原上部的141团,冲击平原
下部的134团,干三角的135团,和位于河流下游荒
漠地的136团。样地基本情况特征见表1。
表1 5块样地的生境概况
Tab.1Habitats of five samples
样地编号 地貌部位 海拔/m 植被类型 土壤类型 地表特征
1  142团扇缘部 345 花花柴,猪毛菜,芦苇,大叶补血草 草甸盐土 地表盐霜
2  141团冲击平原上部 297 花花柴,骆驼刺,柽柳 典型盐土 地表盐结皮
3  134团冲击平原下部 294 花花柴,芦苇,黑果枸杞 典型盐土 地表盐结壳
4  135团干三角 285 花花柴,柴柽柳,盐穗木 残余盐土 地表坚实微龟裂
5  136团下游荒漠地 263 花花柴 次生盐土 沙质
  土样的采集:在2009年6月~9月生长有花花
柴的5块样地从地表往下按0~20cm,20~40cm,
40~60cm,60~80cm,80~100cm 5个层次用土
钻采集,每块样地梅花状取土,重复5次,混合土样
300~400g,带回实验室。土样自然风干后分析各
个土壤分层的特征指标。
1.3 样品分析
土壤样品应用烘干法测定含水量;采用电导率
和PH仪测定土壤浸出液(是土壤和水份的比例,简
写为土水比)pH、电导率;土壤浸出液样品中的阳离
子(Ca2+、Mg2+、Na+、K+)使用实验室美国热电公
司出品的Thermo iCAP6300电感耦合等离子体光
谱仪测定。以上样品理化性质的测定均采用《土壤
农化分析》[8]中的有关方法。
1.4 数据处理
用Excel求平均值,方差等,利用SPSS17.0软
件进行统计分析相关性和差异性。
333 第3期          杨岩,等:玛纳斯河流域中下游花花柴覆盖下土壤盐分动态研究
2 结果与分析
2.1 土壤可溶性盐中阳离子含量及动态变化
不同地貌部位的地形、土壤质地、地下水位高度
等明显不同,与此相对应的土壤含盐量等差异也较
大。对142、141、134、135、136共5种不同地貌花花
柴群落下土壤阳离子浓度进行测定,其结果表明,5
块样地各层土壤中阳离子主要为 Na+、K+、Ca2+、
Mg2+,5块样地土壤不同土层中阳离子含量随着季
节出现了动态变化,结果见图1、2、3、4所示。
图1 花花柴生长期土壤中Na+的含量变化
Fig.1Contents of Na element change in growth period
图2 花花柴生长期土壤中K+的含量变化
Fig.2Contents of K element change in growth period
图3 花花柴生长期土壤中Ca2+的含量变化
Fig.3Contents of Ca element change in growth period
图4 花花柴生长期土壤中Mg2+的含量变化
Fig.4Contents of Mg2+ element change in growth period
  由图1能够看出142团钠离子含量在0~20
cm土层含量表现为先增高后减少的趋势,20~100
cm含量在各月间变化幅度较小;141团钠离子含量
处于较低水平;134团钠离子在各土层中变化幅度
最高,从地表0~20cm到地下80~100cm钠离子
含量有明显降幅。但从月份变化上来看134样地各
433              石河子大学学报(自然科学版)               第29卷 
层钠离子含量表现为先增高后降低;135样地钠离
子含量从地表往下逐层降低,80~100cm 含量最
低,变化较显著;136样地中钠离子含量在五块样地
中最低。
从图2可以看出5块样地钾离子含量在20~
40cm深度均比0~20cm有明显的降幅,然后随着
深度的加深钾离子含量逐层降低。141团和142团
各层钾离子有相似变化,表聚现象明显。
如图3所示,136团的Ca2+含量最低。除136
团外,各块样地不同深度Ca2+含量都变化较大。泉
水溢出带142团的土壤Ca2+含量明显低于134团。
134团钙离子含量在6月份最高,随着时间推移季
节变化出现降低,在9月份有小幅回升。
由图4可见,134团6,7月份土壤 Mg2+含量显
著的高于其他四块样地,136团最低。142团土壤
Mg2+含量很少,仅比136稍高,随时间无明显变化。
2.2 土壤中阴离子含量及动态变化
测定5块样地土壤阴离子浓度,结果如图5、6、
7所示,样地各层土壤中均无CO32-,阴离子主要为
SO42-、Cl-、HCO3-。与阳离子相似不同土层中阴离
子的含量也呈现出季节性动态变化。
图5 花花柴生长期土壤中HCO3 -的含量变化
Fig.5Contents of HCO-3element change in growth period
图6 花花柴生长期土壤中Cl-的含量变化
Fig.6Contents of Cl-element change in growth period
图7 花花柴生长期土壤中SO42-的含量变化
Fig.7Contents of SO42-element change in growth period
  从图5可以看出,HCO3-含量在5块样地中波
动性较大,但在各样地中总含量均处于0.0181~
0.0442g/kg之间。142团表层HCO3-含量较高,并
出现明显的盐霜。134团随时间变化各土层无明显
变化。135团 8,9 月份的底层 80~100cm 处
HCO3-含量明显升高,141,136各月份均为先升高
后降低的趋势。
由图6可知,134团Cl-含量显著的高于其他4
块样地,说明位于冲击平原的134团是一个典型的
氯盐聚集区,141和135团Cl-季节动态变化规律基
本一致,总体上表现为141团 Cl-含量大于135。
142团Cl-含量6、7、8,3个月在季节性和土壤分层
上无明显变化,136团Cl-含量最低。
图7可以看出,玛纳斯河流域中下游除尾闾荒
533 第3期          杨岩,等:玛纳斯河流域中下游花花柴覆盖下土壤盐分动态研究
漠沙丘外,都具有较高的SO42-含量。136团SO42-
含量最低,其他4块样地在6月份含量无明显差异,
7月份141和135团SO42-含量变化平稳,8月份
134团0~20cm土壤SO42-含量明显升高,下层土
壤趋于不变。9月份各样地土壤SO42-含量变化最
剧烈,样地各土层含量表现出明显的波动性。
2.3 不同地貌土壤中盐离子浓度的差异性
分析
为了解花花柴生长的不同地貌土壤盐分存在的
差异性,对5块样地各层土壤相同月份离子浓度和
相同离子不同月份内浓度进行差异显著性分析,结
果见表2、表3。
表2 5块样地各层土壤对应月份离子浓度的差异性分析
Tab.2The diference test of every month of five plots
月份 0~20cm 20~40cm 40~60cm 60~80cm 80~100cm
6 22.438** 27.736* 19.765** 18.687** 13.746**
7 36.037**29.984**21.894** 22.258** 15.938**
8 48.989**23.768**29.458** 24.675** 12.445**
9 27.355**31.934**25.558** 21.647** 10.375**
  注:*为P<0.05时差异显著,**为P<0.01时差异极
显著。
表3 5块样地不同土层土壤各可溶性离子间的差异性分析
Tab.3The diference test of ions in five plots
离子 0~20cm 20~40cm 40~60cm 60~80cm80~100cm
Na+ 36.034**43.385**39.032**27.893**20.736**
K+ 5.738* 3.283  3.034  2.972  1.482
Ca2+ 19.853**10.815**17.873**16.219**8.259**
Mg2+ 17.873**14.989**13.783**10.241**7.025**
Cl - 10.856**9.835** 14.281**15.242**6.848*
SO42- 15.348**18.925* 11.675**20.843**19.894**
HCO3-3.482  3.054  3.369  2.585  2.931
  注:*为P<0.05时差异显著,**为P<0.01时差异极
显著。
  由表2可知,在0~100cm土层中,6月到9月
5块样地盐离子含量都表现出极显著差异,这是因
为早春土壤的积盐使得玛纳斯河泉水溢出带到干三
角都有了明显的盐分积累,到了7、8月花花柴生长
期样地植被覆盖率低,土壤的蒸散使得下层盐分向
地表积聚,土壤含盐量不断增大。而136下游荒漠
由于特殊的地理位置,土壤整体呈沙质,蓄盐能力
差,盐分下沉到地下底层,土壤含盐量长期稳定,从
而与其他样地含盐量相比,有了其极显著的差异。
  综合分析表3可知,不同样地各层土壤中 K+
和 HCO3-差异不显著,Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-
的差异性极显著,这是由不同地貌特殊的土壤构成
决定的。
3 讨论
由于选取的样地位于玛纳斯河流域中下游,从
位于冲积扇扇缘泉水溢出带的142团到下游荒漠地
136团的地下水水位明显降低。自然排水条件极
差,在气候干燥、强烈蒸发的环境条件下,土壤的水
盐动态主要表现为显著的垂直方向的运动特征。从
不同样地的总盐含量来看,钠离子和钾离子含量占
总盐含量的绝大部分,阴离子主要是氯离子和硫酸
根离子,这说明荒漠土壤以一价的钠、钾离子循环为
主,一价钠和钾离子在盐分中占主导地位。与李玉
义[9]等的研究结果一致。
干旱区土壤受自然地带性分布规律的影响,由
于地形的变化引起了地表水文状况的重新分配,从
而影响了土壤的形成和发育,这在玛纳斯河流域表
现十分明显[10]。实验结果也进一步证明了玛纳斯
河流域中下游不同地貌的土壤中含有不同种类的盐
份组成[11],各盐分组成之间离子的相互作用加之差
异的气候和地下水等影响表现出了不同样地盐离子
含量的动态变化。
通过本次实验结合前期其他有关植物实验数据
分析发现在土壤植被系统中,土壤和植被之间具有
互动效应[12],土壤为其上生长的植物提供水分和矿
质营养,其含量不仅影响植物的个体发育,更进一步
决定着植物群落的类型、分布和动态,特别是在盐渍
化环境下,因其特殊的盐分含量情况和地貌特征等
原因,土壤含盐量大、PH 值高,进而形成了盐碱土
上特殊的一类植被类型和群落分布,这与宋娟
丽[13-14]等在其他类型土壤中所得结果相似。
无论是142团还是135团,各月份土层中钠离
子含量是最高。钾钙次之,镁离子含量最少。其中
142团阳离子的季节性动态变化幅度较大,且含量
高于其他样地。这说明从玛纳斯河的泉水溢出带到
下游尾闾,越靠近尾闾土壤中阳离子的变化幅度逐
渐减小,阳离子含量也在各土层中逐渐减小。比如
136团样地中钠钾钙镁离子的含量都非常少。
4 结论
实验结果表明,沿玛河流域中游到下游,从北至
南,即从冲积扇扇缘、冲积平原、干三角洲到盆地荒
漠区,土壤盐分表现为由高到低,其中钠含量呈现典
型下降趋势,到沙漠区含量极低。钾钙镁依次出现
633              石河子大学学报(自然科学版)               第29卷 
下降趋势,但在不同样地的不同土层上有一定的波
动,具有空间异质性特点。
从土壤分层来看,各个月份的土壤分层从上到
下,随着深度的逐渐加深盐分随之逐渐降低,说明在
自然状况下土壤盐分随着水分的向上蒸发而逐渐向
地表集聚,形成从下到上逐渐增高的趋势,而136团
下游荒地的土壤盐分极低,变化也同是从上到下逐
渐减少,但减少的趋势极为缓慢。
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