乌兰布和沙漠沿黄河段土壤水盐空间分异特征及其成因

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00111

摘要/Abstract

摘要：

乌兰布和沙漠沿黄河段土壤盐碱化治理对保障黄河流域生态安全、实现高质量发展具有重要意义。本文通过测定乌兰布和沙漠沿黄河段45个采样点的土壤水盐数据，运用传统统计学和地统计学方法对该区土壤水盐空间分异特征及土壤盐碱化成因进行分析。结果表明：乌兰布和沙漠沿黄河段土壤水盐碱含量整体呈现出自西向东、由南到北逐渐增大的趋势；其中非盐碱土占该区总面积的41.37%，轻、中、重度盐土分别占该区总面积的34.11%、10.56%和8.74%，极重度盐碱土出现在巴彦木仁苏木附近，占该区总面积的5.22%；而盐碱土以硫酸盐类（46.67%）和氯化物类（53.33%）为主；土壤质地对土壤盐分的影响最显著，其次为土壤全碳含量和含水量；气候干旱、降水稀少、黄河引流灌溉与地下水位抬升是乌兰布和沙漠沿黄河段土壤盐碱化的主要原因。

关键词: 乌兰布和沙漠, 土壤水分, 土壤盐分, 空间分布

Abstract:

The management of soil salinization along the Yellow River section of Ulan Buh Desert is of great significance to guarantee the ecological security of the Yellow River Basin and realize high-quality development. Based on the traditional and geostatistical analysis methods， this paper analyzed the spatial differentiation characteristics of soil water and salinity， as well as the causes of soil salinization along the Yellow River section of Ulan Buh Desert based on the results of soil water and salinity surveys at 45 sampling sites along the Yellow River section of Ulan Buh Desert. The results showed that the soil water salt content along the Yellow River section of Ulan Buh Desert showed a trend of increasing gradually from west to east and from south to north， with non-saline soils accounting for 41.37% of the total area of the area， lightly， moderately， and severely saline soils accounting for 34.11%， 10.56%， and 8.74% of the total area of the area， respectively. Extremely saline soils appeared near Bayanmuren Sumu， which accounted for 5.22% of the total area of the area. Saline soils were dominated by sulfate saline soils （46.67%） and chloride saline soils （53.33%）. Soil texture had the most significant effects on soil salinity， followed by soil total carbon content and water content. Climatic drought， sparse precipitation， Yellow River diversion for irrigation and groundwater table elevation were the main reasons of soil salinization along the Yellow River section of the Ulaanbuhe Desert.

Key words: Ulan Buh Desert, soil moisture, soil salt, spatial distribution

中图分类号:

S153.4

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图/表 10

图1 研究区采样点分布与高程图

Fig.1 Sampling sites and altitude of the study area

表1 空间插值交叉验证

Table 1 Results of the space interpolation validation

插值方法	土壤理化指标	RMSE	MRE	MAE	R²
反距离权重	含水量/%	2.959	0.018	2.171	0.903
	电导率/（dS·m^-1）	0.231	0.442	0.021	0.977
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.142	0.748	0.126	0.787
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.185	0.343	0.128	0.950
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.748	0.844	0.436	0.962
	K⁺/（g·kg^-1）	0.121	1.501	0.015	0.945
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.119	2.344	0.102	0.842
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.692	4.817	0.538	0.941
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.076	1.280	0.053	0.869
局部多项式	含水量/%	8.754	0.930	2.795	0.743
	电导率/（dS·m^-1）	0.051	0.573	0.065	0.982
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.150	0.130	0.110	0.709
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.126	0.238	0.079	0.824
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.307	0.664	0.170	0.147
	K⁺/（g·kg^-1）	0.011	1.171	0.009	0.764
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.106	1.916	0.138	0.752
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.501	0.475	0.003	0.881
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.007	0.071	0.004	0.979
径向基函数	含水量/%	4.609	0.907	3.250	0.749
	电导率/（dS·m^-1）	0.133	0.077	0.084	0.990
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.259	0.083	0.763
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.093	0.208	0.068	0.921
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.264	0.900	0.170	0.204
	K⁺/（g·kg^-1）	0.015	0.753	0.011	0.279
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.134	1.485	0.098	0.553
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.511	0.604	1.178	0.799
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.073	0.743	0.047	0.806
普通克里金	含水量/%	3.223	0.720	7.103	0.786
	电导率/（dS·m^-1）	0.236	0.013	6.628	0.892
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.275	0.083	0.739
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.087	0.213	0.066	0.944
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.303	0.891	0.168	0.208
	K⁺/（g·kg^-1）	0.032	1.249	0.022	0.617
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.083	0.161	0.057	0.791
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.903	0.213	1.416	0.764
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.072	0.743	0.047	0.807

表1 空间插值交叉验证

Table 1 Results of the space interpolation validation

插值方法	土壤理化指标	RMSE	MRE	MAE	R²
反距离权重	含水量/%	2.959	0.018	2.171	0.903
	电导率/（dS·m^-1）	0.231	0.442	0.021	0.977
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.142	0.748	0.126	0.787
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.185	0.343	0.128	0.950
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.748	0.844	0.436	0.962
	K⁺/（g·kg^-1）	0.121	1.501	0.015	0.945
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.119	2.344	0.102	0.842
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.692	4.817	0.538	0.941
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.076	1.280	0.053	0.869
局部多项式	含水量/%	8.754	0.930	2.795	0.743
	电导率/（dS·m^-1）	0.051	0.573	0.065	0.982
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.150	0.130	0.110	0.709
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.126	0.238	0.079	0.824
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.307	0.664	0.170	0.147
	K⁺/（g·kg^-1）	0.011	1.171	0.009	0.764
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.106	1.916	0.138	0.752
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.501	0.475	0.003	0.881
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.007	0.071	0.004	0.979
径向基函数	含水量/%	4.609	0.907	3.250	0.749
	电导率/（dS·m^-1）	0.133	0.077	0.084	0.990
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.259	0.083	0.763
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.093	0.208	0.068	0.921
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.264	0.900	0.170	0.204
	K⁺/（g·kg^-1）	0.015	0.753	0.011	0.279
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.134	1.485	0.098	0.553
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.511	0.604	1.178	0.799
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.073	0.743	0.047	0.806
普通克里金	含水量/%	3.223	0.720	7.103	0.786
	电导率/（dS·m^-1）	0.236	0.013	6.628	0.892
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.275	0.083	0.739
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.087	0.213	0.066	0.944
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.303	0.891	0.168	0.208
	K⁺/（g·kg^-1）	0.032	1.249	0.022	0.617
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.083	0.161	0.057	0.791
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.903	0.213	1.416	0.764
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.072	0.743	0.047	0.807

图2 土壤水分空间分布

Fig.2 The spatial distribution of soil water

图3 土壤浸提溶液电导率空间分布

Fig.3 The spatial distribution of soil salt

图4 土壤平均可溶性盐分离子空间分布

Fig.4 The spatial distribution of soil irons

表2 土壤饱和浸提液电导率、全盐量和植物生长关系

Table 2 Relations between electrical conductivity of the saturation extract， soil salt and vegetation growth

饱和浸提液ECe/（dS·m^-1）	全盐量/（g·kg^-1）	盐碱化程度	植物反应
0~2	<1.0	非盐碱土	对植物无危害
2~4	1.0~3.0	轻度盐碱土	可能影响对盐分极敏感的植物
4~8	3.0~5.0	中度盐碱土	影响对盐分敏感的植物，不影响耐盐植物
8~16	5.0~10.0	重度盐碱土	只有耐盐植物可以存活，但影响种子发芽
>16	>10.0	极重度盐碱土	只生长极少数耐盐植物

图5 土壤盐碱化程度分级

Fig.5 Diagram of soil salinization

图6 不同盐碱化程度土壤可溶性盐组成及分布

Fig.6 Composition and distribution of soil soluble salts for different saline soil

表3 不同景观类型土壤理化特性间的相关分析

Table 3 Correlation analysis between soil physicochemical characteristics of different landscape types

	土壤盐分指标								影响因子指标
	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$	电导率	含水量	容重	黏粒	粉粒	砂粒	pH值	全氮	全碳
K⁺	1.000	0.576^**	0.681^**	0.373^**	0.675^**	0.732^**	0.443^**	0.832^**	0.385^**	-0.186^*	0.276^**	0.431^**	-0.422^**	0.092	0.381^**	0.398^**
Na⁺		1.000	0.460^**	0.795^**	0.634^**	0.551^**	0.520^**	0.697^**	0.642^**	-0.333^**	0.547^**	0.745^**	-0.737^**	0.183^*	0.593^**	0.691^**
Ca²⁺			1.000	0.242^**	0.702^**	0.903^**	0.541^**	0.778^**	0.490^**	-0.087	0.411^**	0.527^**	-0.524^**	0.161^*	0.539^**	0.531^**
Mg²⁺				1.000	0.349^**	0.267^**	0.319^**	0.452^**	0.535^**	-0.216^**	0.426^**	0.607^**	-0.598^**	0.126	0.516^**	0.569^**
Cl^-					1.000	0.820^**	0.760^**	0.838^**	0.465^**	-0.153^*	0.355^**	0.477^**	-0.472^**	0.236^**	0.324^**	0.461^**
SO $4 2 -$						1.000	0.461^**	0.942^**	0.319^**	-0.063	0.223^**	0.370^**	-0.361^**	-0.043	0.306^**	0.336^**
HCO $3 -$							1.000	0.502^**	0.519^**	-0.339^**	0.535^**	0.574^**	-0.580^**	0.553^**	0.445^**	0.637^**
电导率								1.000	0.420^**	-0.123	0.326^**	0.491^**	-0.481^**	-0.011	0.419^**	0.457^**
含水量									1.000	-0.369^**	0.715^**	0.834^**	-0.836^**	0.303^**	0.690^**	0.780^**
容重										1.000	-0.403^**	-0.471^**	0.472^**	-0.253^**	-0.379^**	-0.515^**
黏粒											1.000	0.819^**	-0.854^**	0.354^**	0.816^**	0.837^**
粉粒												1.000	-0.998^**	0.365^**	0.830^**	0.958^**
砂粒													1.000	-0.371^**	-0.844^**	-0.962^**
pH值														1.000	0.189^*	0.410^**
全氮															1.000	0.853^**
全碳																1.000

表3 不同景观类型土壤理化特性间的相关分析

Table 3 Correlation analysis between soil physicochemical characteristics of different landscape types

	土壤盐分指标								影响因子指标
	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$	电导率	含水量	容重	黏粒	粉粒	砂粒	pH值	全氮	全碳
K⁺	1.000	0.576^**	0.681^**	0.373^**	0.675^**	0.732^**	0.443^**	0.832^**	0.385^**	-0.186^*	0.276^**	0.431^**	-0.422^**	0.092	0.381^**	0.398^**
Na⁺		1.000	0.460^**	0.795^**	0.634^**	0.551^**	0.520^**	0.697^**	0.642^**	-0.333^**	0.547^**	0.745^**	-0.737^**	0.183^*	0.593^**	0.691^**
Ca²⁺			1.000	0.242^**	0.702^**	0.903^**	0.541^**	0.778^**	0.490^**	-0.087	0.411^**	0.527^**	-0.524^**	0.161^*	0.539^**	0.531^**
Mg²⁺				1.000	0.349^**	0.267^**	0.319^**	0.452^**	0.535^**	-0.216^**	0.426^**	0.607^**	-0.598^**	0.126	0.516^**	0.569^**
Cl^-					1.000	0.820^**	0.760^**	0.838^**	0.465^**	-0.153^*	0.355^**	0.477^**	-0.472^**	0.236^**	0.324^**	0.461^**
SO $4 2 -$						1.000	0.461^**	0.942^**	0.319^**	-0.063	0.223^**	0.370^**	-0.361^**	-0.043	0.306^**	0.336^**
HCO $3 -$							1.000	0.502^**	0.519^**	-0.339^**	0.535^**	0.574^**	-0.580^**	0.553^**	0.445^**	0.637^**
电导率								1.000	0.420^**	-0.123	0.326^**	0.491^**	-0.481^**	-0.011	0.419^**	0.457^**
含水量									1.000	-0.369^**	0.715^**	0.834^**	-0.836^**	0.303^**	0.690^**	0.780^**
容重										1.000	-0.403^**	-0.471^**	0.472^**	-0.253^**	-0.379^**	-0.515^**
黏粒											1.000	0.819^**	-0.854^**	0.354^**	0.816^**	0.837^**
粉粒												1.000	-0.998^**	0.365^**	0.830^**	0.958^**
砂粒													1.000	-0.371^**	-0.844^**	-0.962^**
pH值														1.000	0.189^*	0.410^**
全氮															1.000	0.853^**
全碳																1.000

图7 土壤盐分组成的冗余分析

Fig.7 Redundancy analysis for soil salt composition

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