全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 052853205
半干旱地区果园土壤 Cl - 迁移积累与环境因子的关系
郭全恩1 ,2 　王益权1 　郭天文2 　马忠明2 　刘　军1 　南丽丽3
(11 西北农林科技大学资环学院 ,陕西 杨凌　712100 ; 21 甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所 ,甘肃 兰州　730070 ;
31 甘肃农业大学草业学院 ,甘肃 兰州　730070)
摘 　要 :为揭示环境因子对果园表层土壤氯离子迁移累积的影响 ,为预防和改良土壤次生盐渍化提供理
论依据和相关指导 ,研究了果树生育期表层土壤不同土层氯离子的变化与环境因子 (土温、土壤水分、蒸
发量、降雨量、水分亏值、气温、空气相对湿度) 的相互关系。结果表明 :在土壤 0～25 cm 土层的微域范
围内 ,不同土层对氯离子的迁移与累积具有不同的功能 ,其中 0～5 cm 土层为氯离子聚集层 ,10～15 cm
土层为氯离子传导层。本研究认为 10～15 cm 土层是半干旱地区环境因子对土壤性质直接作用与影响
的临界深度。
关键词 :氯离子 ;迁移累积 ;环境因子 ;相关性 ;果园土壤
RELATIONSHIP BETWEEN CHLORINE ION TRANSFERΠACCUMULATION AND
ENVIRONMENTAL FACTORS IN ORCHARDS SOIL OF SEMI2ARID REGION
GUO Quan2en1 ,2 　WANG Yi2quan1 　GUO Tian2wen2 　MA Zhong2ming2 　LIU Jun1 　NAN Li2li3
(1. College of Resources and Environmental , Northwest Sci2Tech University of Agricultural and Forestry , Yangling , Shaanxi 　712100 ;
2. Soil Fertilizer and Water2saving Institute , Gansu Academy of Agricultural Sciences , Lanzhou , Gansu 　730070 ;
3. College of Grass and Science , Gansu Agricultural University , Lanzhou , Gansu 　730070)
Abstract :In order to reveal the effect of environmental factors on chlorine ion accumulation in topsoil of orchards , and provide
theoretical guidance and mutuality gist to prevent and reclaim of soil salinization , the relationship between chlorine ion in
topsoil of different soil layer and environmental factors (soil temperature , soil moisture , evaporation , rainfall , the deficit value
of water , air temperature , air relative humidity) were studied during the growth of apple trees. The results showed that different
soil layers with different functions within the range of the 0～25 cm profile as far as the chlorine ion transferring and
accumulating concerned. The chlorine ion assembling layer was the 0～5 cm , the conduction layer was the 10～15 cm. And
it was considered that the 10～15 cm layer was the critical layer that environment factors direct and influence soil character in
semi2arid region.
Key words :chlorine ion ; transfer and accumulation ; environmental factors ; correlation ; orchards soil
收稿日期 :2009203226 　接受日期 :2009205227
基金项目 :甘肃省自然基金项目 (0803KJZA040) ,甘肃省科技厅项目 (QS0312C31223) ,甘肃省国际合作项目 (090WCGA902)
作者简介 :郭全恩 (19742) ,男 ,甘肃天水人 ,助研 ,博士研究生 ,研究方向为土壤水盐运移及盐碱土改良。E2mail : qnguo @sina. com
通讯作者 :王益权 (19572) ,男 ,陕西旬邑人 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向为土壤物理与土壤改良。E2mail : soilphysics @163. com　　土壤盐渍化是我国北方干旱和半干旱地区苹果栽培的主要障碍之一[1 ] 。盐胁迫对植物的危害主要是离子毒害、渗透胁迫和营养不平衡[2 ] 。在 NaCl 胁迫下 ,不同作物对Na + 和 Cl - 的敏感程度不同。如NaCl 对柑橘等果树的胁迫作用主要是由 Cl - 引起的[3 ] 。为此 ,研究我国北方干旱和半干旱地区果园土壤氯的迁移累 积规律对于防治果树盐胁迫具有重要的科学意义。目前国内外学者对于氯离子在土壤中的行为 ,如氯素的土壤化学、土壤物理、土壤生物化学及土壤地球化学行为等进行了一系列探讨[4～12 ] 。徐明岗在室内条件下对恒电荷土壤及可变电荷土壤共存体系中 Cl - 的吸附特性进行了研究[13 ] ;逄焕成等采用盆栽试验对氯
358　核 农 学 报　2009 ,23 (5) :853～857Journal of Nuclear Agricultural Sciences
化钠胁迫下施氮对冬小麦生长发育及其体内氯、钠离
子积累的影响进行了研究[14 ] ;孙慧敏等采用盆栽试验
对氯离子在土壤水分与作物生长关系研究中的指示作
用进行了研究[15 ] 。但大多试验是在室内控制条件下
的模拟研究 ,大田条件下环境因子对土壤氯离子累积
的影响鲜见报道。由于室内模拟环境因子相对恒定 ,
难以解释复杂多变的自然环境条件下土壤氯离子的迁
移与累积规律。只有在大田自然条件下 ,对环境因子
多项指标进行综合分析与评价 ,才能较准确地反映土
壤氯离子行为对环境因素的响应程度与机理。
本研究以表层 0～25 cm 土壤为研究对象 ,以 5 cm
的间距为步长尺度 ,逐层监测土壤温度、水分以及氯离
子含量等 ,探讨在作物生育期间上部土层中氯离子含
量的变化特征和表层土壤性质与环境因子之间的关
系。旨在探讨半干旱环境条件对土壤氯离子迁移累积
的影响及其与环境因子之间的关系 ,揭示土壤物质迁
移规律 ,探求干旱地区土壤温度和水分的空间变异特
征 ,为科学施肥和土壤管理提供指导。
1 　材料与方法
111 　研究区概况
监测点设在甘肃省典型的半干旱地区秦安县。秦
安县位于秦岭以北 ,甘肃省东南部 ,渭河支流葫芦河下
游 ,属陇中黄土高原西部梁峁沟壑区。年平均气温
1014 ℃,年降雨量 50713 mm 左右 ,平均蒸发量 145716
mm ,干燥度为 2187 ,平均日照时数 220811 h ,无霜期
178 d。研究区土壤 0～40 cm 土层 ,属硫酸盐2氯化物
类型 ,盐分含量变化在 01058 %～01073 % ;40～80 cm
土层 ,属氯化物2硫酸盐类型 ,盐分含量变化在 01073 %
～01093 % ;80～120 cm 土层 ,属硫酸盐类型 ,盐分含量
变化在 01093 %～01117 %。研究区苹果园自 1997 年
以来每年发生不同程度的盐害现象[16 ] ,因此 ,研究区
的施肥主要以尿素、磷二铵、K2 SO4 和不含氯的三元复
合肥为主 ,配合施用少量有机肥。
112 　试验材料及测定方法
选择 3 个有代表性的果园 ,每个果园定位 3 株果
树 ,在每株果树的树冠下选择 3 个不同方位的点 ,进行
分层采样 ,同一土层组成 1 个混合土壤样品 ,且每次取
样避开以前采样的点 ,测定土壤剖面 0～5 cm、5～10
cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm 土层土壤水分和
氯离子的含量 ,测定于 2005 年 4 月中旬开始 ,约每半
月测定 1 次 ,10 月中旬结束。土壤水分的测定用烘干
法 ;Cl - :用 1∶5 土水比提取 ,采用标准硝酸银滴定法测
定[17 ] 。
试验期间每天早晨 10 :00 与下午 4 :00 用地温计
分别测定土壤 0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20
cm、20～25 cm 土层土壤温度 ,用空气湿度计测定果园
近地面 (距地面高度约 1m)空气相对湿度 ,用气温计测
定果园近地面 (距地面高度约 1m)空气温度 ,每天用小
型蒸发器测定自由水面蒸发量 ( Evaporation of free water
surface) ,用雨量计测定每次降雨量。监测期间试验果
园没有灌水。
113 　数据处理
利用 SPSS 1610 统计软件进行统计分析。
2 　结果与分析
211 　土壤中 Cl - 平均含量及其相关环境因素概况
秦安县属于干旱半干旱地区 ,监测期间潜在蒸发
量、降雨量、水分亏值 (蒸发量与降雨量的差值) 、气温
和近地面空气相对湿度详见表 1。由表 1 可知 ,供试
土壤不同层次氯离子含量随着土层深度的增加而降
低 ,表现出旱地土壤水分上移 ,氯离子表聚的基本特
征。土壤平均温度变化情况为 0～10 cm 土层的平均
温度略高于下部各土层 ,虽然土壤平均温度随土层深
度增加有降低趋势 ,但在监测的土层深度范围内土壤
温度梯度相对较小 ,相差约 1 ℃左右 ,20～25 cm 土层
的平均温度略有升高现象 ,与该层以下土壤湿度相对
稳定、观察期内土壤温度变异幅度相对较小有很大关
系。土壤各层的水分平均含量变化情况是 0～5 cm 土
层水分含量最低 ,仅为 11818 ±6010 gΠkg ,接近于该土
壤的萎蔫系数 6010 gΠkg ,成为水分强度胁迫层次。10
～15 cm 土层的平均水分含量高于上下各层 ,为 13513
±4618 gΠkg。由于环境作用 ,土壤保墒性能差 ,土壤水
分蒸发耗竭量相对较大 ,10～15 cm 以上各层土壤平均
湿度小 ;而 10～15 cm 以下层土壤则因水分向上移动
和作物耗竭的共同作用 ,使得土壤湿度含量较小 ,同时
由于该地区次降雨量偏小 ,使得土壤深层经常得不到
水分补偿。
212 　环境因子与不同土层 Cl - 含量的相关性分析
土壤中氯离子的运移机制主要是以水分为载体的
质流过程 ,因而氯离子迁移和累积过程必然受到土壤
水分条件和环境因子影响。从表 2 可以看出有关土壤
性质参数和氯离子累积特征分别与环境因子之间的响
应机制 ,也再次证实了各环境因子之间的基本逻辑关
系。如在 0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、
458 核　农　学　报 23 卷
表 1 　监测期间供试土壤氯离子平均含量及其相关环境因子
Table 1 　Average value of chlorine ion and environmental factors during experiment
土层
soil depth
(cm)
Y
氯离子
Cl -
(gΠkg) X1土壤温度 soiltemperature( ℃) X2土壤水分soil moisture(gΠkg) X3潜在蒸发量evaporation(mm) X4降雨量rainfall(mm) X5水分亏值deficit(mm) X6气温 airtemperature( ℃) X7空气相对湿度RH( %)
0～5 0111 ±0115 2015 ±214 11818 ±6010
5～10 0105 ±0101 2012 ±219 12817 ±4614
10～15 0105 ±0101 1915 ±313 13513 ±4618 11612 7913 3619 2418 ±215 5816 ±1316
15～20 0104 ±0101 1812 ±414 12711 ±4911
20～25 0104 ±0101 1819 ±512 13111 ±4914
表 2 　表层土壤氯离子含量与环境因子的皮尔逊相关系数矩阵
Table 2 　Pearson correlations matrix between chlorine ion content in topsoil and environmental factors ( n = 5)
项目 item Y X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
0～5cm Y 11000 - 01702 - 01759 01885 3 - 01878 3 0195533 - 01690 - 01803
X1 11000 01708 - 01404 01934 3 - 01755 01928 3 01655
X2 11000 - 01775 01878 3 - 01901 3 01458 01989 3 3
X3 11000 - 01700 01904 3 - 01301 - 01829 3
X4 11000
- 0193833 01818 01856 3
X5 11000 - 01636
- 01914 3
X6 11000 01428
X7 11000
5～10 cm Y 11000 - 01236 - 01720 01456 - 01427 01477 01092 - 01663
X1 11000 01708 - 01532 0196733 - 01837 3 01930 3 01723
X2 11000 - 1723 01831 3 - 01848 3 01403 0198533
X3 11000 - 01700 01904 3 - 01301 - 01829 3
X4 11000
- 01938 3 01818 01856 3
X5 11000 - 01636
- 01914 3
X6 11000 01428
X7 11000
10～15 cm Y 11000 - 01614
- 01925 3 01536 - 01722 01692 - 01277 - 01872 3
X1 11000 01776 - 01594 0197833 - 01874 3 01904 3 01773
X2 11000 - 01549 01819 - 01757 01476 01922 3
X3 11000 - 01700 01904 3 - 01301 - 01829 3
X4 11000
- 0193833 01818 01856 3
X5 11000 - 01636
- 01914 3
X6 11000 01428
X7 11000
15～20 cm Y 11000 01554 - 01123 - 01568 01421 - 01528 01552 01215
X1 11000 01709 - 01690 0197933 - 01921 3 01867 3 01812
X2 11000 - 01500 01771 - 01704 01415 01899 3
X3 11000 - 01700 01904 3 - 01301 - 01829 3
X4 11000
- 0193833 01818 01856 3
X5 11000 - 01636
- 01914 3
X6 11000 01428
X7 11000
20～25 cm Y 11000 - 01231 - 01154 01790 - 01333 01583 01009 - 01412
X1 11000 01710 - 01605 0198833 - 01885 3 01895 3 01776
X2 11000 - 01569 01776 - 01741 01366 01926 3
X3 11000 - 01700 01904 3 - 01301 - 01829 3
X4 11000
- 0193833 01818 01856 3
X5 11000 - 01636
- 01914 3
X6 11000 01428
X7 11000
注 : Y:Cl - 含量 ;X1 :土壤温度 ;X2 :水分含量 ;X3 :蒸发量 ;X4 :降雨量 ;X5 :水分亏值 ;X6 :气温 ;X7 :空气相对湿度。
Note : Y:chlorine ion content ; X1 : soil temperature ; X2 : soil moisture ; X3 : evaporation ; X4 : rainfall ; X5 : the deficit value of water ; X6 : air temperature ; X7 : air
relativity humidity. 3 P < 0105 ,33 P < 0101.
558　5 期 半干旱地区果园土壤 Cl - 迁移积累与环境因子的关系
20～25 cm 土层中的共性部分是 :土壤温度 ( X1) 与降
雨量 ( X4) 、气温 ( X6) 之间都存在着显著的正相关关
系 ,反映各层土壤的平均温度与自然环境的月累积潜
在蒸发量和月平均气温之间存在着明显的正相关关
系 ,因为气温升高 ,蒸发量增大 ,土壤温度也容易升高 ;
土壤水分 (X2) 与近地面空气相对湿度 ( X7) 之间存在
着显著的正相关关系 ;潜在蒸发量 ( X3) 与水分亏值
(X5)之间存在着显著的正相关关系 ,与近地面空气相
对湿度 ( X7) 之间存在着显著的负相关关系 ;降雨量
(X4)与水分亏值 (X5)之间存在着显著的负相关关系 ,
与近地面空气相对湿度 (X7) 之间存在着显著的正相
关关系 ;水分亏值 (X5)与近地面空气相对湿度 (X7) 之
间存在着显著的负相关关系 ;气温 ( X6) 与土壤温度
(X1)之间存在着显著的正相关关系 ;近地面空气相对
湿度 (X7)与土壤水分 (X2) 和降雨量 (X4) 之间存在着
显著的正相关关系 ,而与潜在蒸发量 ( X3) 、水分亏值
(X5)之间存在着显著的负相关关系。
在 0～25 cm 范围内 ,仅表层 0～5 cm 土壤 Cl - 含
量与潜在蒸发量 (X3) 、降雨量 (X4) 及水分亏值 (X5) 之
间有明显的相关性 , 其相关系数依次为 01885、
- 01878、01955 ,这清楚地反映着表层土壤氯离子聚集
水平受当地自然降水条件制约。而下部其他各层受到
表层土壤蒸发过程的影响 ,仅成为水分和氯离子传导
层 ,而无明显的氯离子累积作用。表 2 中 ,10～15 cm
土层中 Cl - 含量与土壤水分含量 (X2)和空气相对湿度
(X7)之间相关系数分别为 - 01925 和 - 01872 ,说明土
壤水分条件是氯离子发生质流过程的物质条件 ,而大
气湿度是氯离子迁移的动力学条件。深层土壤水分条
件越好 ,越有利于土壤氯离子的迁移表聚 ,使得土壤深
层氯离子含量减少 ;空气湿度越小 ,意味在干旱气候条
件下强烈的土壤蒸发过程 ,必然使深层 (10～15) cm 处
土层含水量下降 ,氯离子向上迁移过程受到抑制 ,其聚
集层位会逐渐下移 ,才会使该层 Cl - 含量随空气相对
湿度的减小而增大。
213 　环境因子与不同土层 Cl - 含量的回归分析
为进一步探求土壤条件、环境因子与土壤氯离子
的定量关系 ,采用逐步回归法 ,按照 F 统计量的显著性
检验 ,当概率 P ≤0105 时 ,将变量引入回归方程 ;当 P
≥0110 ,将变量移出回归方程的标准 ,分别对土壤 0～5
cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、20～25 cm 土层
Cl - 含量 ( Y)与其他环境因子 (X1～X7) 之间进行逐步
回归。发现在土壤 0～5 cm 土层 ,Cl - 含量 ( Y) 与水分
亏值 ( X5) 之间的相关系数 R = 01955 , F 比等于
301835 ,显著性概率 P = 01012 < 0105 ,可以认为表层 0
～5 cm 中 Cl - 含量与水分亏值之间存在高度的显著线
性关系。因土壤表层不涉及氯离子的迁移过程 ,只是
氯离子的聚集部位 ,故与环境因素有密切关系 ,而与土
壤性质无关。而 10～15 cm 土层的功能主要是氯离子
的传导 ,传导能力取决于土壤含水量 ,其相关系数 R =
01925 , F 比等于 171766 ,显著性概率 P = 01024 < 0105。
同样可以认为土壤 10～15 cm 土层 Cl - 含量与土壤水
分之间存在高度显著的线性关系 ,而与其他环境因素
的关系不很密切。
根据回归系数中数据非标准化系数 B 的数值可
知 (表 3) ,对于 0～5 cm 土层 , t 统计量值的显著性概
率 01187 > 0105 , t 分布的双尾显著性概率 01012 <
0105 ,回归系数不显著。对于 10～15 cm 土层 , t 统计
量值和 t 分布的双尾显著性概率依次为 01001 和
01024 ,都小于 0105 ,回归系数显著。
表 3 　0～5 cm和 10～15 cm土层的氯离子含量与环境因子的回归系数
Table 3 　Regression coefficients between chlorine ion in the 0～5 cm and
10～15 cm soil layers and environmental factors
项目
item
非标准化回归系数
unstandardized coefficients
标准化回归系数
standardized coefficients
估计值
B
标准误差
std. error 系数 beta
t 值
t value
P
0～5 cm 常数 constant 01043 01025 — 11702 01187
水分亏值 the deficit value of water (X5) 01002 01000 01955 51553 01012
10～15 cm 常数 constant 01068 01005 — 131910 01001
土壤水分 soil moisture (X2) 010001 01000 - 01925 - 41215 01024
注 : 因变量 Y是 Cl - (gΠkg) 。
Note : Chlorine ion is dependent variable.
658 核　农　学　报 23 卷
3 　讨论
氯离子作为非反应性离子 ,因其在土壤中具较强
的移动性和对环境变化的敏感性 ,通常被作为土壤对
环境响应程度的指示剂。各种环境因素如蒸发量、降
雨量、气温、近地面空气相对湿度、土壤温度、土壤水分
等对表层土壤氯离子迁移累积有显著的影响 ,氯离子
能灵敏地反映各种环境因子的变化 ,它又是评价土壤
质量的重要指标之一。本试验对 0～25 cm 范围内土
壤的相关性质和氯离子迁移与累积特征进行细化研
究 ,在干旱地区氯离子表聚现象非常明显 ,氯离子一般
聚集层在 0～5 cm 范围内 ,其下层为氯离子的传导层 ;
在 0～25 cm 各土层的土壤温度受大气蒸发力的控制
比较明显 ;干旱地区在 0～25 cm 的微域范围内 ,土壤
平均含水量也存在上下土壤层小 ,而 10～15 cm 土壤
层含水量相对较高的特征 ,体现了干旱地区环境因子
对土壤水分含量的作用深度。
在土壤氯离子迁移与聚集方面 ,不同的土壤层具
有不同的功能。表层 0～5 cm 为聚集层 ,氯离子含量
与环境条件有密切关系 ,10～15 cm 以下土层为氯离子
传导层 ,Cl - 含量与土壤水分含量存在显著的负相关
关系 ,并通过进一步逐步回归分析 t 检验 ,回归系数是
显著的。通过以上分析 ,可以推断土壤 10～15 cm 以
上土层对环境条件的响应具有很强的敏感性 ,10～15
cm是干旱地区环境因子对土壤性质直接作用与影响
的临界深度。
果树的生长具有季节性 ,随着季节的变化果树对
土壤水分的利用和植被覆盖地表的情况随之变化 ,对
土壤水分含量也有一定影响 ,从而影响土壤剖面中氯
离子的迁移。另外 ,灌水在很大程度上影响氯离子向
下淋溶的深度 ,由于本研究选择山地果园 ,不具备灌溉
条件 ,所以 ,不考虑果园灌溉对氯离子迁移的影响。本
试验结果表明 ,干旱地区果树生长的季节性变化对氯
离子的影响主要为土壤水分对氯离子的影响。
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