全 文 ：中国生态农业学报 2011年 11月 第 19卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2011, 19(6): 1348−1353


* 中国气象局干旱气象科学研究基金项目(IAM, 201001)、国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2006CB705809)和中国科学院知识
创新工程重大项目(KSCX-YW-09)资助
** 通讯作者: 王让会(1963~), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事生态学、地理学等领域的研究工作。E-mail: rhwang@nuist.edu.cn
丁玉华(1987~), 女, 硕士研究生, 主要从事景观生态方面的研究。E-mail: ziluodinghan@126.com
收稿日期: 2010-12-31 接受日期: 2011-05-31
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.01348
克拉玛依人工碳汇林区景观地球化学特征与规律*
丁玉华1,2 王让会1,2** 宁虎森3
(1. 南京信息工程大学环境科学与工程学院 南京 210044; 2. 中国气象局干旱气候变化与减灾
重点开放实验室 兰州 730020; 3. 新疆林业科学研究院 乌鲁木齐 830002)
摘 要 以克拉玛依人工碳汇林区的土壤可溶性盐分离子、地下水矿化度和植被为研究对象, 综合运用描述
性统计和相关性分析等方法, 研究其景观地球化学特征, 旨在通过对克拉玛依人工碳汇林区的景观地球化学
特征的研究, 为这一地区盐渍化土壤改良和沙漠化防治提供理论依据。结果表明: 克拉玛依人工碳汇林区土壤
Cl−、SO42−、Ca2+在 0~80 cm范围内变异系数较大, 80~100 cm范围内, 土壤总盐和各离子变异系数相对较小; 盐
分表聚现象严重; 该地区盐土类型主要是硫酸盐型, 其中 SO42−和 Na++K+为土壤可溶性盐的主要成分。研究区
地下水呈弱碱性, 除 HCO3−外, 其他离子和矿化度表现出较强的变异性; 地下水的化学类型主要为 Cl·SO4-Na,
矿化度和 Cl−、SO42−、Na++K+相关系数较为显著。种植人工碳汇林后, 除土壤 HCO3−含量有轻微上升外, 其他
离子均有所下降, 其中 SO42−含量的降低趋势最为明显。俄罗斯杨林分土壤含盐量随种植年限的增长明显降低,
种植后的土壤盐渍化状况有明显改善。
关键词 景观地球化学 人工碳汇林 土壤 地下水 可溶性总盐 矿化度
中图分类号: P596 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)06-1348-06
Characteristics of landscape geochemistry in Karamay
artificial carbon-sink forests
DING Yu-Hua1,2, WANG Rang-Hui1,2, NING Hu-Sen3
(1. School of Environmental Science and Technology, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing
210044, China; 2. Key Open Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction, China Meteorological
Administration, Lanzhou 730020, China; 3. Xinjiang Academy of Forestry Sciences, Urumqi 830002, China)
Abstract Karamay artificial carbon-sink forest is located in the southern margin of Gurbantunggut Desert, where soil salinization
is a severe ecological problem. With adequate knowledge on the patterns of soil soluble salts/ions distribution, mechanisms of change,
chemical constituents of groundwater and varied characteristics of landscape patterns, saline soils can be rationally utilized and eco-
logical agro-forestry efficiently developed. This paper aimed to lay the theoretical basis for ameliorating soil salinity and controlling
desertification via analyzing the characteristics of Karamay landscape geochemistry. Using monitoring field data for soil soluble salt,
groundwater salinity and vegetation cover in Karamay artificial carbon-sink forest, the characteristics of landscape geochemistry
were analyzed via descriptive statistics and correlation analysis. The results showed great variation in contents of Cl−, SO42−, Ca2+ in
0~80 cm soil, while less variation in salinity and salt ions contents in 80~100 cm soil layer was found. Soil salinity increased with
increasing soil evaporation resulting in severe salt accumulation in surface soils of Karamay carbon-sink forest. Sulfate was the
dominant salt in study area, which consisted mainly of soluble SO42− and Na+ and K+ salts. With the exception of HCO3−, variations
in groundwater salinity and the related compounds exhibited strong variation. Cl−, SO42−, Na+ and K+ were the main elements of
groundwater mineralization, and significant linear correlations were noted among salinity and these ions. The groundwater chemical
type was Cl·SO4-Na. Forest protection ameliorated soil salinity. Although the dynamics of soil salinity varied from forest to forest,
salinity (more for SO42− salts) dropped after planting forests. Furthermore, soluble total salts significantly dropped with increasing
age of the Russia poplar forest.
第 6期 丁玉华等: 克拉玛依人工碳汇林区景观地球化学特征与规律 1349


Key words Landscape geochemistry, Artificial carbon-sink forest, Soil, Groundwater, Soluble salt, Salinity
(Received Dec. 31, 2010; accepted May 31, 2011)
景观地球化学是研究地表景观中的化学元素在
岩石、土壤、植被等景观中的分布、迁移、富集过
程和机制, 以及与地形、大气、地表水、地下水、土
壤、岩石、植物、动物界和人类活动以一定形式相
结合而相互作用产生的面貌相关性的学科。其研究
对象是景观, 研究任务是对景观中所有组成要素(岩
石、地下水、地表水、土壤和植被等)进行综合性的
元素迁移与景观研究[1]。其对环境地球化学背景调
查、生物地球化学区划和矿产地球化学勘察等研究
具有重要的理论和实际意义[2−5]。近年来, 国内外景
观地球化学研究发展迅速。国外普遍加强了景观地
球化学方面表生作用下与矿化有关元素地球化学行
为的研究 [6], 这为研究原生异质与次生异质的关系
提供了有效途径。我国的景观地球化学研究工作始
于 20世纪 70年代末, 其研究内容主要包括: 景观地
球化学区划、特定区域矿床的地球物理、地球化学
分异和痕量元素在土壤、植被、水等介质中的分布、
富集和迁徙规律等 [7]。目前, 对土壤可溶性盐分离
子、地下水化学组分特征与规律和水盐耦合作用下
景观格局变化等的研究, 已成为干旱区景观地球化
学研究的热点问题。许多学者对此进行了深入研究。
具体研究的科学问题主要包括: 绿洲土壤水盐耦合
关系下的景观地球化学特征 [8], 盐渍化土壤地球化
学特征因子时空分布特征 [9−10], 人工措施改良后的
盐渍化土壤地球化学特征[11−12], 土壤含盐量、地下
水矿化度和地下水埋深三者的耦合关系问题[13], 干
旱区绿洲及冲积平原地下水化学特征与时空演变规
律 [14−16], 自然因素和人为活动影响下的地下水矿化
度变化特征[17−18], 地下水化学过程对深层渗透水的
影响模拟[19], 以及生态脆弱带景观结构与生态耦合
关系[20]等。这些研究都为干旱区景观地球化学特征
与规律研究提供了理论依据和技术支持。随着 3S技
术的发展, 在综合运用景观生态学理论和地理信息
系统方法的基础上, 推动景观地球化学研究在农业
生产、环境评价和资源开发等方面的实践将成为趋
势。克拉玛依碳汇林基地位于古尔班通古特沙漠南
缘, 此区域最严重的问题是土壤盐渍化。鉴于对这一
地区碳汇林的景观地球化学规律与特征的研究较少,
因此研究克拉玛依人工碳汇林区的景观地球化学特
征及规律, 对认识这一地区土壤可溶性盐分离子和
地下水化学组分分布规律和变化机制, 以及景观格
局的变化具有重要意义。同时对林区规划设计、盐
渍化土壤恢复和风沙防治具有一定的指导作用。
1 研究区概况和研究方法
1.1 研究区概况
克拉玛依人工碳汇林区位于准噶尔盆地西北边
缘的湖积平原 , 地处 E84°57′1.8″~85°5′19.5″和
N45°23′15.24″~45°30′38.7″之间, 海拔 258~276 m。
地势西南高东北低, 自然坡度为 0.26%, 部分地区
分布有沙丘。属典型温带大陆性干旱荒漠气候, 降
水量少, 蒸发量大, 冬夏温差大, 日照时间长。年平
均总降水量 105.3 mm, 蒸发量为 3 545 mm, 7月份
和 1月份的平均气温之差为 43.6 ℃。年平均风速是
3.4 m·s−1, 大多为西北风, 春季多大风, 风沙灾害严
重。无霜期长, 年平均为 225 d。研究区总面积约
6 700 hm2, 土壤 pH平均为 7.842, 属于偏碱性土壤,
土壤质地类型主要有沙土、壤土、沙壤土、黏土。
研究区内主要人工植被以俄罗斯杨 (Populus russ-
kii)、新疆杨 (Populus bolleana)、白蜡 (Fraxinus
chinensis)、榆树(Ulmus pumila)为主。主要的灌溉方
式有漫灌、喷灌和滴灌。原生植被主要有 : 柽柳
(Tamarix chinensis)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、
骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和芦苇(Phragmites japoni-
ca)等。
1.2 研究方法
于 2010年 8月 13~22日对克拉玛依人工碳汇林
区进行实地调查和野外采样。相关采样方法和试验
方法如下: 根据研究区遥感影像资料, 结合碳汇林
区监测井的地理坐标, 运用手持 GPS 进行定位。选
择典型区域监测井 14眼, 并取其水样。在部分监测
井旁选取土壤、植被具有代表性特征的 10 m×10 m
样地共 10个。在每个样地内取 1个 1 m×1 m区域挖
取土壤剖面, 每个剖面均按 0~20 cm、20~40 cm、
40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm进行分层取土样。
并调查记录样地内植被类型、生长状况、郁闭度、
盖度等数据。对土样盐分进行测定, 测定内容主要
包括土壤全盐、CO32−、HCO3−、K+、Na+、Ca2+、
Mg2+、Cl−、SO42−、pH 等。并测定地下水样化学组
分, 项目包括: 地下水矿化度、CO32−、HCO3−、K+、
Na+、Ca2+、Mg2+、Cl−、SO42−、pH等, 主要分析方
法均采用常规分析法。土壤水溶性盐总量和地下水
矿化度的测定方法为残渣烘干−质量法 , 碳酸根和
碳酸氢根的测定采用双指示剂中和法, Ca2+和 Mg2+
的测定采用 EDTA 络合滴定法, 氯离子的测定采用
AgNO3 滴定法 , K+和 Na+的测定采用火焰光度法 ,
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SO42−的测定采用 EDTA间接滴定法, pH测定采用电
位测定法。
用 SPSS、Excel 等工具和统计软件对数据进行
处理和分析。
2 结果与讨论
2.1 碳汇林区土壤元素的地球化学特征与规律
2.1.1 土壤盐分离子垂直变化规律
在灌溉方式和蒸发强度等因素的作用下, 土壤
经历着不同的脱盐和积盐过程。不同离子在土壤中具
有不同的迁徙过程, 并随土层深度变化表现出不同
的变化规律[21]。土壤盐分离子含量的变异系数在一定
程度上反映了盐分离子在不同层次垂向剖面的变化
程度[22]。由于本研究野外采样是在 8月中旬进行, 正
值这一地区降水多、蒸发强度大的季节, 故离子运动
较为活跃, 因此离子含量表现出很强的变异性。
从样地 0~100 cm 土层土壤盐分数据统计特征
值分析的结果(表 1)可以看出, 被测的 8个项目中只
有土壤 pH 和 HCO3−含量在每层的变异系数相对较
小, 表明其在土壤可溶性总盐中的含量相对稳定。
Cl−、SO42−、Ca2+在 0~80 cm范围内表现出 4次强变
异(变异系数大于 100%), 表明这几种离子在强烈的
蒸发作用下运移活跃。就阴离子的变异而言, Cl−变
异程度最激烈, SO42−次之, HCO3−最小。阳离子中
Ca2+的变异程度最显著。在 80~100 cm范围内, 土壤
总盐和各离子变异系数相对较小, 这是由于深层土
壤渗透条件较差、受蒸发影响较小。由于地下水补
给的盐分含量远不能弥补向上层土壤运移的量, 致
使深层离子含量相对于上层较低, 从而使各离子含
量在不同深度产生较大差异。
0~100 cm 深度范围从上至下各土层 Cl−/SO42−分
别为 0.26、0.04、0.08、0.05、0.13, 根据 Cl−/SO42−≤
0.5 为硫酸盐型盐土的分类方法[23]可知, 该地区盐土
类型主要是硫酸盐型。HCO3−/( SO42−+ Cl−)比值均小于
1, 说明碳酸盐和重碳酸盐是土壤盐分的次要成分[24]。
土壤总盐分最大值出现在 0~20 cm 土层, 这可能是
由于本试验在 8 月中旬进行, 该季节气温高、蒸发
量大 , 强烈的蒸发作用导致了土壤中的水分亏损 ,
同时降水也不足以淋洗地表盐分, 导致土壤表面严
重的集盐过程。在一些样地的土壤表面可以观察到
0.5~1 cm 厚的盐霜, 这在一定程度上反映出该地区
土壤盐分表聚现象普遍, 这一现象和该地区气候条
件如降水稀少、蒸发强烈等密切相关。
2.1.2 表层土壤盐分离子的相关性
土壤盐渍化地球化学过程的核心是土壤中盐
分离子的迁移、积累和转化 [25]。在盐渍化土壤中 ,
不同离子之间以及与总可溶性盐的内在关联性存
在差异。分析土壤可溶性盐与其组分离子间的线
性关系 , 有助于认识不同条件下的土壤盐分累积
规律。
由表 2 可知: 土壤可溶性总盐与 Cl−、SO42−、
Na++K+相关性极为显著, 相关系数均大于 0.9; 其次
是 Mg2+和 Ca2+; 阴离子中的 SO42−和阳离子中的
Na++K+与土壤可溶性总盐呈极显著相关性, 这与表
层土壤中这 2 类离子含量比较高有关。说明这几种
离子对土壤可溶性总盐有显著的贡献作用。其中 ,
Na+主要来自于阳离子交换(Na+↔Ca2+, Na+↔Mg2+)
和自然界中斜长石等含钠矿物的风化溶解[26]。研究
区长期使用地下水灌溉, 地下水中含有丰富的 Na+,
在灌溉过程中, 水中的 Na+与土壤中的 Mg2+和 Ca2+
进行离子交换, 导致 Na+在表层土壤中富集[27]。由表
2 可知 HCO3−与其他离子、总可溶性盐之间呈负相
关关系, 即一种离子随着另外一种离子含量的增加
而减少 , 根据 CaCO3+CO2+H2O←→Ca2++HCO3−,
HCO3−与 Ca2+发生反应形成 CaCO3沉淀, 使土壤中
Ca2+浓度减少。反之亦然。

表 1 克拉玛依人工碳汇林区 0~100 cm土层土壤盐分离子含量和总盐含量的统计特征
Table 1 Statistical characters of soil salt ions contents and total salinity within 0~100 cm soil layer in
Karamay artificial carbon-sink forests
土层深度
Soil depth (cm)
项目 Item pH HCO3
−
(g·kg−1)
Cl−
(g·kg−1)
SO42−
(g·kg−1)
Ca2+
(g·kg−1)
Mg2+
(g·kg−1)
Na++K+
(g·kg−1)
总盐 Total salinity
(g·kg−1)
0~20 均值 Mean 7.88 0.22 0.54 1.22 0.26 0.06 0.63 2.99
变异系数 CV (%) 5.96 18.55 225.14 122.79 134.35 116.07 161.98 121.57
20~40 均值 Mean 7.92 0.23 0.22 1.46 0.41 0.07 0.35 2.78
变异系数 CV (%) 6.14 26.72 175.58 115.62 139.01 111.76 114.94 87.91
40~60 均值 Mean 7.78 0.22 0.15 1.39 0.41 0.05 0.29 2.64
变异系数 CV (%) 5.05 37.95 133.33 156.71 211.03 116.00 65.98 131.63
60~80 均值 Mean 7.72 0.23 0.09 1.54 0.45 0.05 0.28 2.76
变异系数 CV (%) 6.10 36.05 105.38 150.81 207.13 96.30 68.59 129.01
80~100 均值 Mean 7.92 0.21 0.10 0.73 0.13 0.04 0.28 1.51
变异系数 CV (%) 33.00 26.67 83.16 82.72 53.38 83.33 81.59 65.52

第 6期 丁玉华等: 克拉玛依人工碳汇林区景观地球化学特征与规律 1351


2.2 碳汇林区地下水水文地球化学特征与规律
2.2.1 地下水矿化度化学组分的变化规律
地下水矿化度是地下水各组分浓度变化的总指
标, 能够反映出地下水中各物质组分的变化规律和分
布特征。地下水矿化度含量的变异系数在一定程度上
反映了矿化度组分在不同水平水埋深条件下的变化程
度。这些变化是离子本身迁徙和研究区自然地理条件、
气候条件综合作用的结果。离子含量变异系数越大,
表明其分布越不均匀[28]。对研究区 14 口监测井的地
下水矿化度组分进行统计分析, 结果如表 3所示。

表 2 克拉玛依人工碳汇林区表层土壤(0~20 cm)盐分离子和总盐含量相关系数矩阵
Table 2 Correlative matrix of soil salt ions contents and total salinity within 0~20 cm soil layer in
Karamay artificial carbon-sink forests
项目 Item HCO3− Cl− SO42− Ca2+ Mg2+ Na++K+ pH 总盐 Total salinity
HCO3− 1.000
Cl− −0.467 1.000
SO42− −0.564 0.842** 1.000
Ca2+ −0.648* 0.733* 0.842** 1.000
Mg2+ −0.474 0.912** 0.790** 0.827** 1.000
Na++K+ −0.394 0.855** 0.903** 0.624 0.742* 1.000
pH 0.139 0.261 0.200 −0.115 0.012 0.455 1.000
总盐 Total salinity −0.564 0.903** 0.976** 0.770** 0.802** 0.952** 0.333 1.000
*和**分别表示相关性达显著(P<0.05)和极显著(P<0.01) * and ** indicate significant correlation at P < 0.05 and P < 0.01, respectively.

表 3 克拉玛依人工碳汇林区地下水矿化度组分统计特征
Table 3 Statistical characters of groundwater salt ions composition and salinity in Karamay artificial carbon-sink forests
项目 Item HCO3− Cl− SO42− Ca2+ Mg2+ Na++K+ pH 矿化度 Mineralization
最小值 Minimum (g·kg−1) 0.04 0.04 0.04 0.03 0.01 0.05 6.06 0.29
最大值 Maximum (g·kg−1) 0.55 24.94 9.43 1.35 3.02 14.28 8.15 54.46
均值 Mean (g·kg−1) 0.27 5.51 2.63 0.37 0.52 3.54 7.47 13.31
标准差 Std (g·kg−1) 0.15 8.56 3.13 0.44 0.81 5.02 0.50 18.34
变异系数 CV (%) 52.8 155.3 119.3 118.1 156.8 141.8 6.7 137.8

由表 3可知, 地下水的 pH均值为 7.47, 呈弱碱
性。地下水 pH变异系数最小, 说明地下水酸碱性比
较稳定。阴离子中 Cl−的变异系数最大, HCO3−的变
异系数最小。阳离子中 Mg2+的变异系数最大, Ca2+
的变异系数最小。Cl−、SO42−、Ca2+、Mg2+、Na++K+
都表现出很强的变异性, 变异系数均大于 100%, 表
明这几种离子在地下水中的质量浓度变化比较大 ,
这可能是因为 8 月的蒸腾蒸发量大于降水量, 在地
下水补给上层土壤的过程中, 盐分运动强烈, 导致
离子含量出现较大的变动。其中, Cl−、SO42−、Na++K+
的平均值和标准差都较大, 反映其在地下水中的绝
对含量较大 , 为地下水中的主要阴离子和阳离子 ,
是决定地下水盐化作用的主要变量。
2.2.2 地下水矿化度化学组分的相关性
地下水矿化度是表征水文地球化学作用过程的
重要参数, 分析地下水矿化度和各组分之间的相关
性, 确定地下水主要离子, 有利于了解地下水的水
化学类型。表 4 是利用线性函数拟合得出的地下水
矿化度和各离子之间的线性方程和相关系数。
从表 4 可以看出, 随着地下水矿化度的增加 ,
SO42−、Na++K+、Cl−的增加速率依次增大。由表 4
中的相关系数可知, SO42−、Cl−、Na++K+、Mg2+、Ca2+
表 4 地下水矿化度与矿化度组分之间的
线性方程和相关系数
Table 4 Linear equations and correlation coefficients between
groundwater salinity and each ion content
离子
Ion
线性方程
Linear equation
相关系数
Correlation coefficient
SO42− y=0.152 1x+0.930 7 R2=0.888 3
Cl− y=0.472 9x−1.111 2 R2=0.988 6
HCO3− y=−0.000 4x+0.326 5 R2=0.000 3
K++Na+ y=0.274 2x−0.145 8 R2=0.996 0
Mg2+ y=0.042 4x−0.040 4 R2=0.907 4
Ca2+ y=0.021 8x+0.404 0 R2=0.911 5

与地下水矿化度存在着比较好的线性关系 , 其中
Cl−、Na++K+最为显著。HCO3−与地下水矿化度之间
的线性关系不显著。地下水矿化度组分中对矿化度
起主要作用的阳离子是 Na++K+, 其次是Mg2+; 主要
的阴离子是 Cl−和 SO42−, HCO3−在地下水矿化度含量
的比重不大。这也表明研究区地下水苏打含量较低,
氯化物含量较高。阴离子中 Cl−在地下水组分中所占
的比例大于 SO42−, 是地下水组分中起主要作用的离
子。根据舒卡列夫分类法, 对该研究区水化学类型
划分 , 可得出本研究区主要的水化学类型是 :
Cl·SO4-Na。
2.3 碳汇林区植被的景观地球化学特征与规律
克拉玛依人工碳汇林区靠近古尔班通古特沙漠,
1352 中国生态农业学报 2011 第 19卷


其基质主要为荒漠土成分, 土壤含盐量高, 有机质
低。由于防护林具有强大的根系, 树木根系的穿透
作用可以使土壤结构趋于良好, 透水性增强, 促进
土壤脱盐, 削弱毛管上升水流, 抑制土壤返盐[29]。因
此在这一地区经过一定的人工措施如植树造林, 可
以减少可溶性盐分在土壤中的积聚。各种植物对土
壤盐渍化的响应各异, 不同林分类型对土壤盐分改
良效果有一定的差异, 不同树龄的树木对盐碱化的
抗性和对土壤盐分的吸收作用也不同。根据实地调
查数据得出研究区林分组成情况及生长年限如表 5
所示。

表 5 克拉玛依人工碳汇林区林分组成及生长年限
Table 5 Stand types and growth years in Karamay artificial
carbon-sink forests
样方编号
Code of
plot
样方树种组成
Species composition
of plot
株数
Quantity
(plant·100m−2)
树龄
Age (a)
K001 俄罗斯杨 P. russkii
柽柳 T. chinensis
沙枣 Elaeagnus angustifdia
59
4
8
1
1~2
1~2
K002 俄罗斯杨 P. russkii
新疆杨 P. bolleana
15
7
7~8
3
K003 俄罗斯杨 P. russkii 41 7~8
K004 俄罗斯杨 P. russkii
柽柳 T. chinensis
枸杞 Lycium barbarum
31
1
5
7~8
2~3
2~3
K005 白蜡 F. chinensis 8 7~8
K006 梭梭 H. ammodendron 28 野生Wild
K007 柽柳 T. chinensis
榆树 U. pumila
14
2
6
野生Wild
K008 俄罗斯杨 P. russkii
柽柳 T. chinensis
55
2
5~6
野生Wild
K009 俄罗斯杨 P. russkii
柽柳 T. chinensis
55
8
5~6
野生Wild
K010 俄罗斯杨 P. russkii
柽柳 T. chinensis
86
4
5~6
野生Wild

2.3.1 不同林分类型碳汇林的土壤可溶性盐分变化
取 K005(白蜡为主要植被类型)、K007(柽柳为主
要植被类型)、K008(俄罗斯杨为主要植被类型)3 个
样地类型与原始荒漠区的 K006(梭梭为主要植被类
型)样地进行土壤盐分对照, 结果见表 6。结果表明:
以白蜡、柽柳、俄罗斯杨为主要植被类型的 K005、
K007、K008 样地土壤可溶性总盐含量均比对照
K006样地明显降低。这是由于土壤中的盐分积累与
蒸发、灌溉、排水密切相关, 样地土壤在周期性灌
溉淋洗作用下发生脱盐, 同时植物根系从土壤中吸
收大量水分, 降低了地下水位, 从而抑制土壤积盐
和返盐等土壤盐渍化。沙漠地区一直处于强蒸发状
态, 很少有淋洗过程, 其盐离子运移趋势主要以聚
积为主。这表明防护林对土壤盐渍化有一定的改良
作用。对土壤可溶性盐离子进行分析得出: 除HCO3−
含量有轻微上升外, 其他几种离子的含量在栽植人
工林后均有减小的趋势。其中 SO42−含量的降低趋势
最为明显。

表 6 克拉玛依人工碳汇林区不同林分类型碳汇林的土
壤可溶性盐分含量
Table 6 Soil salinity and salt ions contents analysis of differ-
ent stand types of Karamay artificial carbon-sink forests
g·kg−1
样方编号
Plot code
总盐
Total salinity
HCO3− Cl− SO42− Ca2+ Mg2+ Na++K+
K006 7.18 0.16 0.32 4.33 1.55 0.13 0.33
K007 1.73 0.32 0.22 0.61 0.12 0.04 0.37
K005 2.27 0.19 0.09 1.29 0.34 0.05 0.27
K008 1.63 0.20 0.08 0.84 0.15 0.05 0.26

2.3.2 不同树龄碳汇林的土壤可溶性盐分变化
选取主要植被类型为 1 年生俄罗斯杨的 K001
样地和主要植被类型为 7~8 年生俄罗斯杨的 K003
样地与原始荒漠区的 K006 样地作对比, 分析不同
树龄的碳汇林对土壤盐分的吸收作用。由表 7 可知
表层土壤(0~20 cm)的可溶性总盐降低程度最为明
显。土壤可溶性盐分离子中, 除 HCO3−含量有轻微
上升外, Cl−、SO42−、Ca2+含量均呈下降趋势, 其中
SO42−含量的下降趋势最为显著。7~8 年生俄罗斯杨
林样地表层土壤的可溶性盐总量低于 1 年生俄罗斯
杨林样地。除 HCO3−含量外, 7~8年生俄罗斯杨林样
地所有土壤可溶性盐离子均低于 1 年生俄罗斯杨林
样地。土壤下层(20~100 cm)的可溶性盐总量也呈明
显降低趋势。除 HCO3−和 Na++K+外, 其他所有可溶
性盐离子含量均有降低, 其中 SO42−表现最为明显。
7~8 年生俄罗斯杨林样地土壤下层的可溶性盐总量
低于 1年生俄罗斯杨林样地, 除 HCO3−、Mg2+和 Cl−

表 7 克拉玛依人工碳汇林区不同树龄碳汇林的土壤可溶性盐分分析
Table 7 Soil salinity and salt ions contents analysis of different growth years of trees in Karamay artificial carbon-sink forests
g·kg−1
土层深度 Soil depth (cm) 树龄 Age (a) 总盐 Total salinity HCO3− Cl− SO42− Ca2+ Mg2+ Na++K+
对照 CK 7.61 0.18 0.40 4.69 1.22 0.17 0.09
1 1.07 0.24 0.04 0.48 0.13 0.04 0.14
0~20
7~8 0.61 0.26 0.03 0.16 0.08 0.02 0.08
对照 CK 7.08 0.16 0.30 4.24 1.63 0.12 0.19
1 1.61 0.21 0.03 0.90 0.20 0.05 0.21
20~100
7~8 1.26 0.24 0.04 0.74 0.13 0.05 0.03

第 6期 丁玉华等: 克拉玛依人工碳汇林区景观地球化学特征与规律 1353


含量轻微上升外, 7~8年生俄罗斯杨林样地土壤下层
可溶性盐分离子均低于 1 年生俄罗斯杨林样地。随
种植年限的增长, 土壤可溶性总盐含量明显降低。
3 结论
景观地球化学研究化学元素在地表景观区中的
分布、迁移和富集规律。克拉玛依人工碳汇林区的
景观地球化学特征和变化规律是多种物质体系、能
量体系和功能体系共同作用的结果, 各种因子共同
作用下的地球化学元素在碳汇林区的土壤、地下水
和植被等景观中表现出的特征和变化规律如下:
(1) 研究区土壤阳离子主要是 Na++K+和 Ca2+,
主要阴离子是 SO42−。土壤中盐分随水分的强烈蒸发
而向上积聚, 表聚现象严重, 表层中硫酸盐占优势。
该地区土壤盐类主要为硫酸盐−氯化物型及氯化物
型。土壤盐分离子在上层(0~80 cm)土壤中表现出很
强变异性。其中土壤可溶性总盐与 SO42−和 Na++K+
有比较显著的相关性。这一现象也说明土壤盐分类
型主要与 Na++K+和 SO42−含量有关。
(2) 地下水矿化度及其组分在水埋深增加的过
程中均表现出很强的变异性(除 HCO3−外), 地下水
矿化度差异较大。研究区的水化学类型多为
Cl·SO4-Na, 在阴离子中, SO42−和 Cl−占主要地位, 且
含量与地下水矿化度的相关系数极为显著。在阳离
子中, Na++K+占优势, 含量亦与地下水矿化度相关
性显著, 相关系数大于 0.9。HCO3−与地下水矿化度
的相关系数小, 对矿化度的贡献度亦小。
(3) 在土壤盐分条件不同的情况下 , 植被表现
出不同的景观地球化学特征。不同林分种类样地的
土壤可溶性盐分离子呈现出不同的变化规律。改造
后的荒漠区, 土壤可溶性总盐明显降低, 说明种植
的树木对盐碱地有一定的改良作用。随着种植年限
的增加, 土壤盐分含量也呈下降趋势。
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