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

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

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（30cm～50cm）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。

新疆阿克苏; 空间变异; 环境生态

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

1.1 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59.1mm，全年日照时长为2732.6h。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3m。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。

表1 研究区域气温、降雨量和全年日照时长概况

1.2 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5km。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（0～30cm）、亚表层（30～50cm）和深层（50～80cm）。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

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

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 mm～0.02 mm）和砂粒（0.02 mm～2 mm），并对其无量纲化处理。

2 结果与分析

2.1 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（0～30cm）含水率为14.44%，亚表层（30～50cm）含水率为17.45%，深层（50～80cm）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2 研究区域不同时间土壤含水率比较结果

2.1.2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3.11g·kg-1、亚表层4.19g·kg-1和深层3.73g·kg-1。其变化规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6.52g·kg-1、5.75g·kg-1和4.62g·kg-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3 研究区域不同时间土壤含盐量比较结果

2.2 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（<0.05），与坡向显著正相关（<0.05）。亚表层土壤含盐量与高程显著负相关（<0.05），与坡向显著正相关（<0.05）。深层土壤含盐量与与高程显著负相关（<0.05），与坡向显著正相关（<0.05），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4 土壤含盐量与地形因素的相关性分析结果

*为<0.05,**为<0.01

2.2.2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（<0.05）。亚表层土壤与粘粒和粉粒显著正相关（<0.05），与砂粒显著负相关（<0.05）。深层土壤与粘粒和粉粒显著正相关（<0.05），与砂粒显著负相关（<0.05）。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5 土壤含盐量与土壤质地的相关性分析结果

*为<0.05,**为<0.01

2.2.3水盐空间变异影响因素定量分析结果对地形因素和土壤质地因素进行定量分析，结果见下表6。结果可见，表层土壤含盐量影响因素排序由高至低分布为为坡向、粘粒、坡度、粉粒、砂粒和高程。亚表层土壤含盐量影响因素排序由高至低分布为为坡度、坡向、粘粒、粉粒、砂粒和高程。深层土壤含盐量影响因素排序由高至低分布为为坡向、粉粒、坡度、粘粒、砂粒和高程。其中，高程对土壤含盐量的影响最小。坡度和坡向的影响因素相对较高，其主要原因是因为以上两个因素会直接受到水分蒸发和日照影响，导致水盐转移速度变化。而粘粒和粉粒等因素对于土壤含盐量的影响均大于砂粒，也支持了2.2.2中对于土壤含盐量与土壤质地的相关性分析结果。

表6 水盐空间变异影响因子分析结果

3 讨 论

在水盐空间变异方面，主要分析了不同时间内土壤含水率和土壤含盐量的比较变化。结果发现，研究区域在灌溉前（四月）土壤含水率亚表层（30cm～50cm）>深层（50cm～80cm）>表层（0～30 cm）。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（30cm～50cm）>深层（50cm～80cm）>表层（0～30 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（<0.05），与坡向显著正相关（<0.05）。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（<0.05），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（<0.05），与亚表层和深层显著正相关（<0.05）。粘粒与不同深度的土壤含盐量显著负相关（<0.05）。这与代云豪等、白建铎等和刘新路等对于新疆地区土壤质量与含盐量分析结果具有一致性[14-16]。针对不同深度的土壤，不同因素的影响力各不相同，但是高程对土壤含盐量的影响最小。这与陈霖明等、贺文君等、代云豪等和Chen等对于水盐空间变化影响因素的分析结果类似[17-20]。

4 结 论

对阿拉尔地区阿克苏河流域土壤水盐空间变化开展分析，并深入探索其主要影响因素。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。灌溉前（四月）土壤含水率和土壤含盐量亚表层>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。

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Research on Spatial Variation and Influencing Factors of Water and Salt in Aksu River Basin in Alar Region

XULi, SUNHai-yan

843300,

Akesu River Basin in the Alar region of Xinjiang is an arid and semi-arid area. Affected by climate, geographical location and agricultural irrigation, coastal soils have extensive soil salinization. This article analyzes the spatial variation and influencing factors of water and salt in the Aksu River Basin in the Alar region, and uses the sample method to collect actual soil data and conduct statistical analysis. It discovered that the soil moisture content and soil salinity varied greatly in the study 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 the increase of soil depth. Topographic factors and soil texture factors are the factors affecting the spatial variation of water and salt. Different factors have different effects on soil at different depths, and elevation has the least effect on soil salinity.

Xinjiang Aksu; spatial variation; environmental ecology

S151.9

A

1000-2324(2023)04-0577-05

10.3969/j.issn.1000-2324.2023.04.014

2023-01-05

2023-03-06

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:18399216525@163.com