松嫩平原西部不同土地覆被水盐动态对比研究.doc

李晓军等：松嫩平原西部不同土地覆被水盐动态对比研究 403聿肄蒆罿羅肃薈螂袁膂蚀薅膀膁莀螀肆膀薂薃肂腿蚅衿羈腿莄蚂袄膈蒇袇膃膇蕿蚀聿芆蚁袅羅芅莁蚈袁芄蒃袄螆芃蚆蚆膅芃莅羂肁节蒈螅羇芁薀羀袃芀蚂螃膂荿莂薆肈莈蒄螁羄莇薆薄袀莇莆螀袆莆蒈蚂膄莅薁袈肀莄蚃蚁羆莃莃袆袂蒂蒅虿膁蒁薇袄肇蒁蚀蚇羃蒀葿袃罿肆薂螆袅肅蚄羁膃肅莃螄聿肄蒆罿羅肃薈螂袁膂蚀薅膀膁莀螀肆膀薂薃肂腿蚅衿羈腿莄蚂袄膈蒇袇膃膇蕿蚀聿芆蚁袅羅芅莁蚈袁芄蒃袄螆芃蚆蚆膅芃莅羂肁节蒈螅羇芁薀羀袃芀蚂螃膂荿莂薆肈莈蒄螁羄莇薆薄袀莇莆螀袆莆蒈蚂膄莅薁袈肀莄蚃蚁羆莃莃袆袂蒂蒅虿膁蒁薇袄肇蒁蚀蚇羃蒀葿袃罿肆薂螆袅肅蚄羁膃肅莃螄聿肄蒆罿羅肃薈螂袁膂蚀薅膀膁莀螀肆膀薂薃肂腿蚅衿羈腿莄蚂袄膈蒇袇膃膇蕿蚀聿芆蚁袅羅芅莁蚈袁芄蒃袄螆芃蚆蚆膅芃莅羂肁节蒈螅羇芁薀羀袃芀蚂螃膂荿莂薆肈莈蒄螁羄莇薆薄袀莇莆螀袆莆蒈蚂膄莅薁袈肀莄蚃蚁羆莃莃袆袂蒂蒅虿膁蒁薇袄肇蒁蚀蚇羃蒀葿袃罿肆薂螆袅肅蚄羁膃肅莃螄聿肄蒆罿羅肃薈螂袁膂蚀薅膀膁莀螀肆膀薂薃肂腿蚅衿羈腿莄蚂袄膈蒇袇膃膇蕿 松嫩平原西部不同土地覆被水盐动态对比研究李晓军1，2，李取生31.中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130012；2.中国科学院研究生院，北京 100039；3.暨南大学环境工程系，广东 广州 510632摘要：通过对6种土地覆被2003年610月水盐时空动态进行分析，对比不同土地覆被水盐动态变化差异，结果发现：采样期内，不同土地覆被（碱斑地除外）0120 cm剖面含水量均出现明显峰值，大豆地和羊草草地在7月底出现峰值，玉米地和向日葵地在8月初，退化草地则在8月底才达到，比羊草草地滞后了一个月。除羊草草地外，其他土地覆被剖面含水量变化呈W型，只是波动幅度各不相同。采样期内，羊草草地剖面含水量的相对变率最大，为74%，其他依次为退化草地、大豆地、向日葵地、玉米地，碱斑地最低，仅为6.4%。相对于农田土地覆被，在040 cm，羊草草地、退化草地和碱斑地随盐渍化程度的加重，含盐量剖面变异逐渐减小，而农田的三种土地覆被之间变异比较接近。整个采样期，向日葵地储盐量随时间的变化呈下降趋势，其他土地覆被波动变化一致，都经历了下降-上升-下降过程，但波动幅度不同，且羊草草地在7月7日出现上升，其他4种土地覆被在9月8日开始出现滞后于含水量的变化。相对于采样初期，不同土地覆被含盐量的相对变率均为负值，农田的下降幅度大，草地次之，碱斑地最小。协方差分析表明：95%置信度下，土地覆被、土壤剖面和两者的交互作用对含盐量的影响差异显著。关键词：不同土地覆被；含水量；含盐量；相对变率中图分类号：S152.7 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2005）03-0399-06盐渍化土地广泛分布于全世界100多个国家和地区，面积达10108 hm21。在土地资源日益匮乏的今天，盐渍化土地作为潜在土地资源受到了各国政府和科学家的重视，并开展了许多针对土地盐渍化发生过程、机理、防治及合理利用等相关研究，尤其集中在盐渍化土地改良和合理开发利用方面117。松嫩平原西部地处干旱-半干旱地区，为生态环境脆弱带，有生态环境恶化的地质、水文、地形地貌、气候等自然条件18, 19。20世纪以来的不合理水利工程、大面积开荒、垦建脱节、超载过牧等人类活动，破坏了原有的生态系统，尤其是地表植被覆盖状况，改变了原有的水盐平衡，加速了生态环境恶化进程，出现了土壤沙漠化、盐渍化和草地退化的荒漠化现象，并日趋严重2023。因此，因地制宜，调控农、林、牧业内部及其与其他行业的比例，合理改良和开发利用盐渍化区土地资源，将是保障该区生态环境和粮食安全的重点。基于此，本文在对松嫩平原西部农田(大豆地、玉米地和向日葵地)、草地（羊草（Aneurolepidium chinense）草地和退化草地）和碱斑地三种土地利用方式（6种土地覆被类型）2003年610月土壤水盐时空动态进行分析的基础上，对不同土地覆被之间的差异及由土地覆被带来的盐渍化效应差异进行了对比，为松嫩平原西部水土资源调控提供科学依据。1 研究地区与方法1.1 研究区概况研究区位于松嫩平原中西部冲积低平原上，行政区隶属大安市民乐村（12324E，4528N）。区内冬季漫长，严寒少雪；夏季炎热，降雨集中；春季多大风少雨，地面蒸发强烈，属于中温带季风气候。年均气温4.3 ，10 平均积温2921.3 ，1951年至今年均降雨量为424.8 mm，主要集中在6月中旬至8月中旬，约占全年降雨量的70%80%。年均蒸发量为1923 mm，是年均降雨量的4倍还多。土壤类型为盐渍化草甸土。 2003年4月中旬10月中旬，大安市10 平均积温为3252 ，降雨量达449 mm，比同时期多年平均多了49.7 mm，雨量充沛，但是分布严重不均：4月中旬至5月下旬各旬降雨量均小于多年平均，尤其在4月下旬左右的20天时间里，根本没有降雨。这种情况导致了春旱，使作物的播种延后。在降雨量集中的7、8月份，日降雨量最大曾出现63.3 mm。采样地土地覆被包括了一直为草地的羊草草地、退化草地及碱斑地和耕作5年以上的农田。三块农田在2003年分别种植的是玉米、大豆和向日葵，整个采样期，所有土地覆被均未进行灌溉，但是作物在种植时采用了坐水种。1.2 土壤采样及分析方法采样点确定：由于影响土壤盐渍化的因子众多，为了尽量减少其他因子的影响，选择地势低平，微地貌变化不大，地下水水位、水质基本一致的区域采样。采样时间从2003年6月7日至10月17日，含水量采样每隔10 d进行（7月中旬由于连续降雨未采样），含盐量采样大致相隔一个月，采样深度为0120 cm，剖面采样间隔为20 cm，每一点有三个重复。测定项目和方法：土壤的含水量（烘干法GB7172-87）；将采集样品风干，过1 mm筛，测土水比为15的土壤溶液含盐量（质量法）。图1 2003年610月不同土地覆被土壤含水量的变化Fig.1 Dynamic of water content of different land coversfrom June to October in 2003数据计算和处理方法:方差分析和协方差分析运用SPSS10.0数理统计软件；土层储盐量（kg/m2）=土层厚度（cm）1000土壤体积质量（g/cm3）盐分质量分数（10-2）242 结果与讨论2.1 不同土地覆被土壤含水量动态变化表1 2003年不同土地覆被土壤剖面含盐量的均值Table 1 Average of salt content of different land covers indifferent soil profiles in 2003 %土层/cm大豆地向日葵地玉米地羊草草地退化草地碱斑地200.0540.0600.0740.1040.2050.777400.0930.0760.0740.1570.2730.285600.1060.1010.0950.1640.2550.205800.1300.1190.1020.1480.2150.1971000.1250.1410.1020.1290.2090.1711200.1100.1490.1000.1280.1990.155土壤中水分的变化与降雨量有密切关系，但是在降雨量相同，地形基本一致的区域，土地覆被差异将成为影响土壤水分储量变化的主要因子。对于六种土地覆被，6月初，羊草草地由于4、5月份的高温干旱和羊草的快速生长，水分亏缺大，土壤剖面含水量相当低，整个剖面含水量仅167 mm25；退化草地由于2002年植被生长良好，还残存着很多枯枝落叶覆盖地表，从而减少了地表水分蒸发，所以土壤剖面的含水量相对较高，但低于农田，这主要因为农田在种植作物时候都实施了坐水种；碱斑地则由于地表结壳阻碍水分蒸发，使整个土层水分含量高于其他土地覆被，达到了301 mm。随着降雨量增加，羊草草地剖面含水量不断上升，而农田和退化草地则由于进入植物生长旺季，对水分的需求越来越大，造成整个剖面含水量短期减少。尔后随着降雨量进一步增加，超过了植被生长耗水量，除碱斑地以外的其他土地覆被剖面含水量都有所上升，达到采样时段内的峰值，只是不同土地覆被达到峰值的时刻不同，大豆地和羊草草地在7月底，玉米和向日葵在8月初，退化草地在8月底才达到峰值，比羊草草地滞后一个月左右。达到峰值之后，不同土地覆被土壤含水量开始随着植物果实成熟耗水和降雨量减少而逐渐下降，变化趋势比较一致，但是9月底10月初的降雨使土壤含水量又重新上升。总体来说，10月17日六种土地覆被的土壤剖面含水量均要高于6月7日各自的土壤剖面含水量，其中羊草草地上升比例最大，达74%，退化草地、大豆地、向日葵地、玉米和碱斑地依次减少(见图1）。单因素方差分析表明，在95%置信度情况下，各土地覆被之间含水量的差异显著。2.2 不同土地覆被土壤含盐量的动态变化由不同土地覆被整个剖面的含盐量均值可以看出：采样期内，地表植被的生长使含盐量峰值在土壤剖面中出现的位置下移，不同土地覆被出现位置不同:碱斑地在020 cm含盐量最大，退化草地、羊草草地、玉米地、大豆地和向日葵地剖面含盐量最大值分别出现在2040 cm，4060 cm，60100 cm，6080 cm和100120 cm。整个剖面含盐量，农田土地覆被草地土地覆被碱斑地，但是不同土地覆被之间存在差异，表层020 cm含盐量，大豆地向日葵地玉米地羊草草地退化草地碱斑地，其中大豆地仅为0.05%，而碱斑地达到0.78%；在2060 cm，玉米地向日葵地大豆地羊草草地退化草地碱斑地(退化草地在60 cm处大于碱斑地）；而在80 cm以下，则是玉米地大豆地向日葵地羊草草地碱斑地退化草地(见表1），这种差异与人类活动强度大小和生长的植被类型有密切关系。盐碱地由于没有植被影响，含盐量在整个剖面随时间变化比较一致，表层(020 cm）最高，随深度的下降逐渐变小，在整个生长期表层含盐量最小值在10月17日，为0.61%。采样期内，含盐量在040 cm的变异，碱斑地退化草地碱斑地大豆地玉米地退化草地羊草草地，但是剖面含水量在采样期内的变异是羊草草地退化草地向日葵地大豆地玉米地=碱斑地。不同土地覆被0120 cm土层储盐量的大小顺序是：碱斑地退化草地羊草草地向日葵地大豆地玉米地；变异的大小顺序是向日葵地玉米地大豆地羊草草地碱斑地退化草地。不同土地覆被含水量除了羊草草地由于在整个生育期均存在缺水而与其他土地覆被有很大差异外26，其他土地覆被在采样期的变化成W型，只是由于土地覆被的差异变化的幅度各不相同；而含盐量的变化则由于不同土地覆被水传导率的差异略微复杂化：向日葵在整个采样期呈下降趋势，其他土地覆被虽然变化波动的情况一致，都经历了下降-上升-下降阶段，但幅度不同。羊草草地在7月7日出现上升，其他4种土地覆被类型在8月8日开始出现，这说明一般情况下，含盐量的变化滞后于含水量的变化（见表2)。羊草草地由于其生长发育比一般作物早导致其水盐动态变化的特异性25，而向日葵则是由于植物体本身对盐分的吸收量大而使整个采样期的含盐量呈下降趋势27。表2 2003年610月不同土地覆被含水量和含盐量动态Table 2 Dynamics of water content and salt content of different landcovers from June to October in 2003日期大豆地向日葵地玉米地羊草草地退化草地碱斑地含水量/mm6月7日242.7239.2278.6167.3233.5301.57月7日235.0236.7248.3209.7172.1259.38月8日272.3315.7329.0225.0277.6259.59月8日223.7205.5263.0205.5244.2255.310月17日301.6277.8300.1291.0291.6320.7均值255.1255.0283.8219.7243.8279.2变异系数1含盐量/(kgm-2)6月7日02.764.926.777月7日2.032.151.688月8日1.732.141.473.344.105.369月8日2.271.331.892.834.207.2010月17日1.041.320.901.823.564.88均值1.852.021.632.574.196.00变异系数0.270.370.3062.4 不同土地覆被对土壤含盐量的效应对比单变量多因素协方差分析表明：95%置信度下，不同土地覆被含盐量的初始值和剖面位置对相对变率的影响不显著，但是土地覆被类型对含盐量相对变率的影响非常显著，所以不同土地覆被对含盐量影响的差异可以用含盐量的相对变率来进行比较。可以看出，在采样末期所有土地覆被整个剖面的含盐量相对于采样初期均有所下降，但是下降的幅度不同，总体上是：农田草地碱斑地，其中玉米地20 cm处下降的幅度最大，达71%，而退化草地120 cm处下降最小，仅10.7%（见图3）。图3 2003年不同土地覆被6月10月含盐量相对变率Fig. 3 Relative ratio of salt content of different land coversfrom June to October in 20033 结论植物和其生存环境存在着相互作用的关系，植物在不断适应环境的同时，也逐渐使其生境发生变化28, 29。不同土地覆被对于土壤环境影响程度和影响方向是不一致的30。（1）除碱斑地外不同土地覆被在整个采样期含水量均出现峰值，只是不同土地覆被达到峰值的时刻不同，大豆地和羊草草地在7月底达到峰值，玉米和向日葵在8月初，退化草地则在8月底才达到峰值，比羊草草地滞后了1个月。整个采样期，不同土地覆被含水量除了羊草草地由于整个生长发育期均存在缺水而与其他土地覆被有很大差异外，其他土地覆被在采样期的变化均成W型，只是由于土地覆被的差异导致变化幅度各不相同。采样期内羊草草地整个剖面含水量上升的相对变率最大，为74%，其他依次为退化草地、大豆地、向日葵地、玉米地，碱斑地最低，仅为6.4%，这说明了采样期内草地对于土壤水分的蓄积有很重要的作用，而水分的蓄积对冬季土壤盐分的上移起到抑制作用。（2）土地覆被、土壤剖面和两者的交互作用对含盐量的影响差异显著。相对于人类活动干扰严重的大豆地、向日葵地和玉米地，在040 cm，羊草草地、退化草地和碱斑地随退化程度的加重，土壤剖面的变异逐渐减小，而农田的3种土地覆被之间的变异比较接近这与长期耕作和深根作物生长密切相关。整个采样期，向日葵地储盐量呈下降趋势，其他土地覆被虽然变化波动情况一致，都经历了下降-上升-下降阶段，但幅度不同，且羊草草地在7月7日出现上升，其他4种土地覆被在9月8日开始出现滞后于含水量的变化。（3）采样期内不同土地覆被含盐量初始值和剖面位置对相对变率的影响不显著，但是土地覆被类型对相对变率的影响却非常显著。相对于采样初期，不同土地覆被含盐量的相对变率均为负值，农田的下降幅度大，草地次之，碱斑地最小，这主要因为该段时期为脱盐期所致，但是在整个年份，不同土地覆被对含盐量的影响需要进一步的研究。参考文献：1 王遵亲. 中国盐渍土M. 北京: 科学出版社, 1993: 1.WANG Z Q. 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Department of Environmental Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, ChinaAbstract: Through analyzing the spatial and temporal dynamics of water content and salt content in six land covers from June to October in 2003, the difference of the water-salt dynamics among these land covers is compared, and the results indicate that during the experiment, the peak values of water content in these land covers appear except saline-alkaline patches, which appear at the end of July in Aneurolepidium chinense field and soybean field, at the beginning of August in maize field and sunflower field, and at the end of August in degraded grassland appear. Except that in Aneurolepidium chinense field, the temporal dynamics of water content in other land covers like a “W”, but the wave ranges of them are different. The relative ratio of water content in Aneurolepidium chinense field from June to October is the highest, those in degraded grassland, soybean field, sunflower field and maize field being after it in turn, and that in saline-alkaline patches is the lowe