宁夏盐渍区柽柳林下土壤水盐时空变化：特征、机制与生态启示

宁夏盐渍区柽柳林下土壤水盐时空变化：特征、机制与生态启示一、引言1.1研究背景与意义宁夏盐渍区作为我国北方生态脆弱带的重要组成部分，其生态系统的稳定性对于区域生态安全和经济可持续发展至关重要。该区域地处干旱、半干旱气候区，降水稀少，蒸发强烈，加之不合理的灌溉和农业活动，导致土壤盐渍化问题日益严重。土壤盐渍化不仅影响土壤的物理、化学和生物学性质，降低土壤肥力和生产力，还对植被生长、群落结构和生态系统功能产生负面影响，进而威胁到区域的生态平衡和生物多样性。据统计，宁夏现有不同程度盐渍化耕地248.7万亩，轻度、中度、重度盐渍化耕地分别占比56%、30%、14%，盐渍化问题已成为制约当地农业发展和生态保护的主要因素之一。柽柳（Tamarixchinensis）作为盐渍土生态系统中的关键植物种，具有耐盐碱、耐干旱、抗风沙等优良特性，在盐渍地改良、固沙、水土保持等方面发挥着重要作用。柽柳根系发达，能够深入土壤深层吸收水分和养分，同时其根系分泌物和凋落物可以改善土壤结构和微生物群落，促进土壤养分循环和生态系统功能的恢复。此外，柽柳还具有较高的生物量和碳积累能力，对提高生态系统碳储存和减缓气候变化具有积极作用。在宁夏盐渍区，柽柳林广泛分布，成为当地生态系统的重要组成部分，对于维持区域生态平衡和生态服务功能具有不可替代的作用。土壤水盐动态是盐渍土生态系统的核心过程，直接影响着土壤的理化性质、植被生长和生态系统功能。研究柽柳林下土壤水盐时空变化规律，对于深入理解盐渍土生态系统的结构和功能，揭示柽柳对盐渍环境的适应机制，以及制定科学合理的盐渍地生态修复和管理策略具有重要的理论和实践意义。一方面，通过研究土壤水盐时空变化，可以了解盐渍土的形成和演化过程，为盐渍土的分类、评价和预测提供科学依据；另一方面，掌握柽柳林下土壤水盐动态规律，有助于优化柽柳的种植和管理模式，提高柽柳林的生态功能和稳定性，促进盐渍地的生态修复和可持续利用。同时，这也有助于丰富和完善盐渍土生态学的理论体系，为解决全球土壤盐渍化问题提供有益的参考和借鉴。1.2国内外研究现状土壤盐渍化是一个全球性的生态环境问题，长期以来受到国内外学者的广泛关注。国外对盐渍土水盐变化的研究起步较早，在水盐运动机制、模型模拟等方面取得了丰硕成果。早期研究主要集中在水盐运移的基本理论和实验研究，如Richards建立了土壤水分运动的基本方程，为水盐运移研究奠定了理论基础；Childs等通过实验研究了土壤水分特征曲线与盐分运移的关系。随着计算机技术和数学模型的发展，国外学者开发了一系列用于模拟土壤水盐动态的模型，如HYDRUS系列模型、SWAP模型等，这些模型能够综合考虑土壤质地、气象条件、灌溉排水等因素对水盐运移的影响，在盐渍土地区的水资源管理、灌溉制度优化等方面发挥了重要作用。在柽柳相关研究方面，国外学者主要关注柽柳的生态适应性、生理特性以及在生态修复中的应用。研究发现，柽柳能够通过调节自身的渗透势、离子平衡和抗氧化系统来适应盐渍环境，其根系分泌物还可以影响根际微生物群落结构，促进土壤养分循环和植物生长。此外，柽柳在干旱、半干旱地区的防风固沙、水土保持等方面也具有重要作用，被广泛应用于生态修复工程。国内对盐渍土水盐变化及柽柳的研究也取得了显著进展。在盐渍土水盐变化研究方面，我国学者结合国内盐渍土的特点，开展了大量的野外调查、定位监测和室内实验研究，深入探讨了不同地区盐渍土水盐运移规律及其影响因素。例如，在干旱、半干旱地区，研究发现土壤水盐动态受降水、蒸发、灌溉等因素的强烈影响，水盐运移具有明显的季节性和空间变异性；在滨海地区，海水入侵和潮汐作用是影响土壤水盐动态的重要因素。同时，我国学者还在水盐模型的改进和应用方面取得了一定成果，结合地理信息系统（GIS）、遥感（RS）等技术，实现了对土壤水盐动态的可视化表达和空间分析，为盐渍土的精准管理提供了技术支持。在柽柳研究方面，国内学者对柽柳的生物学特性、生态功能、遗传多样性等方面进行了系统研究。研究表明，柽柳具有耐盐碱、耐干旱、抗风沙等多种优良特性，在盐渍地改良、固沙造林、生态系统修复等方面具有重要应用价值。此外，国内学者还在柽柳的引种驯化、栽培技术、资源开发利用等方面开展了大量工作，为柽柳的推广应用提供了技术保障。尽管国内外在盐渍土水盐变化及柽柳相关研究方面取得了众多成果，但仍存在一些不足之处。现有研究多集中在单一因素对土壤水盐动态的影响，而对多因素交互作用的研究相对较少；在柽柳研究方面，对柽柳与土壤水盐之间的相互作用机制尚缺乏深入系统的研究，尤其是在宁夏盐渍区这一特定生态环境下，柽柳林下土壤水盐时空变化规律及其影响因素的研究还较为薄弱。此外，目前的研究多以短期观测和实验为主，缺乏长期定位监测数据，难以全面揭示土壤水盐动态的长期演变趋势和柽柳的生态适应性变化。本研究将针对这些不足，以宁夏盐渍区柽柳林为研究对象，通过长期定位监测和多因素综合分析，深入探讨柽柳林下土壤水盐时空变化规律及其影响因素，以期为宁夏盐渍区的生态修复和可持续发展提供科学依据和技术支持。1.3研究目标与内容1.3.1研究目标本研究旨在深入探究宁夏盐渍区柽柳林下土壤水盐的时空变化规律，明确其主要影响因素，并揭示土壤水盐之间的耦合关系，为宁夏盐渍区的生态修复和可持续发展提供科学依据和技术支持。具体目标如下：揭示柽柳林下土壤水盐在不同时间尺度（日、月、季节、年际）和空间尺度（水平方向、垂直方向）上的变化特征，包括土壤含水量和盐分含量的动态变化规律、空间分布格局及其变异性。分析气象因素（降水、蒸发、气温等）、地形地貌因素（海拔、坡度、坡向等）、土壤性质因素（质地、孔隙度、阳离子交换容量等）以及植被因素（柽柳生长状况、覆盖度、根系分布等）对柽柳林下土壤水盐时空变化的影响，明确各因素的作用机制和相对贡献。建立柽柳林下土壤水盐耦合模型，定量描述土壤水盐之间的相互作用关系，预测不同情景下土壤水盐的动态变化趋势，为盐渍地的合理管理和生态修复提供科学预测和决策依据。1.3.2研究内容为实现上述研究目标，本研究将开展以下内容的研究：柽柳林下土壤水盐时空变化特征研究在宁夏盐渍区选择具有代表性的柽柳林样地，采用定位监测与野外调查相结合的方法，利用时域反射仪（TDR）、中子仪等先进设备，定期测定不同土层深度（0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm）的土壤含水量和盐分含量，获取连续的时间序列数据，分析土壤水盐的日变化、月变化、季节变化和年际变化规律。运用地统计学方法和地理信息系统（GIS）技术，对不同空间位置的土壤水盐数据进行分析，绘制土壤水盐含量的空间分布图，研究土壤水盐在水平方向和垂直方向上的空间变异特征，包括变异函数的计算、空间自相关性分析以及克里金插值等，揭示土壤水盐的空间分布格局及其异质性。柽柳林下土壤水盐时空变化影响因素分析同步收集样地的气象数据（降水、蒸发、气温、相对湿度、风速等），通过相关性分析、主成分分析等统计方法，研究气象因素对土壤水盐时空变化的影响，明确降水和蒸发等气象因素在不同时间尺度上对土壤水分和盐分动态的作用机制。测定样地的地形地貌参数（海拔、坡度、坡向等），分析地形地貌因素对土壤水盐再分配的影响，探讨地形如何通过影响水分的径流、入渗和蒸发等过程，进而影响土壤水盐的空间分布格局。分析土壤质地、孔隙度、阳离子交换容量等土壤性质指标与土壤水盐含量之间的关系，研究土壤性质对土壤水盐运移和储存的影响机制，明确不同土壤性质条件下土壤水盐的动态变化特征。调查柽柳的生长状况（树高、胸径、冠幅、生物量等）、覆盖度和根系分布特征，通过野外控制实验和室内模拟实验，研究柽柳根系吸水、蒸腾作用以及根系分泌物对土壤水盐动态的影响，揭示植被因素在土壤水盐时空变化中的作用。柽柳林下土壤水盐耦合关系研究根据土壤水盐时空变化特征和影响因素分析结果，建立基于物理过程的土壤水盐耦合模型，考虑水分运动方程（Richards方程）和盐分运移方程（对流-弥散方程），并结合柽柳根系吸水模型和气象因素等边界条件，对土壤水盐的动态变化进行数值模拟。利用实测数据对建立的土壤水盐耦合模型进行参数率定和验证，通过对比模拟结果与实测数据，评估模型的准确性和可靠性，不断优化模型参数，提高模型的模拟精度。运用验证后的土壤水盐耦合模型，设置不同的情景（如气候变化情景、灌溉情景、植被变化情景等），预测未来不同条件下柽柳林下土壤水盐的动态变化趋势，分析各种情景对土壤水盐平衡的影响，为盐渍地的合理管理和生态修复提供科学依据和决策支持。1.4研究方法与技术路线1.4.1研究方法野外调查与定位监测：在宁夏盐渍区根据地形地貌、土壤类型和柽柳分布状况，采用典型抽样与随机抽样相结合的方法，选取具有代表性的柽柳林样地10个，每个样地面积为100m×100m。在每个样地内，按照“S”型布点法设置10个采样点，使用TDR（时域反射仪）定期（每月1次）测定0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm土层深度的土壤含水量；同时，采集土壤样品，带回实验室采用烘干法测定土壤含水量，采用电位滴定法测定土壤盐分含量，以确保数据的准确性和可靠性。在样地内安装气象站，实时监测降水、蒸发、气温、相对湿度、风速等气象数据；使用全站仪测定样地的海拔、坡度、坡向等地形地貌参数；采用生长锥测定柽柳的胸径，使用测高仪测定树高，通过样方调查法测定冠幅和覆盖度，并挖掘柽柳根系，分析根系分布特征。室内分析：将采集的土壤样品自然风干后，过2mm筛，去除杂物，用于测定土壤质地、孔隙度、阳离子交换容量等理化性质。土壤质地采用激光粒度分析仪测定；孔隙度通过环刀法测定；阳离子交换容量采用醋酸铵交换法测定。利用元素分析仪分析土壤全氮、全磷、全钾等养分含量；采用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质含量。通过室内模拟实验，研究柽柳根系分泌物对土壤水盐动态的影响。采集柽柳根系，洗净后放入无菌水中培养，收集根系分泌物。将根系分泌物添加到不同盐分含量的土壤样品中，模拟不同的土壤水盐条件，定期测定土壤水盐含量，分析根系分泌物对土壤水盐运移和转化的影响机制。数据分析：运用Excel软件对野外调查和室内分析获得的数据进行整理和初步统计分析，计算土壤水盐含量的平均值、标准差、变异系数等统计参数，描述其基本特征。采用SPSS软件进行相关性分析，研究土壤水盐含量与气象因素、地形地貌因素、土壤性质因素以及植被因素之间的相关关系，确定各因素对土壤水盐时空变化的影响程度。运用主成分分析（PCA）方法，对多个影响因素进行降维处理，提取主要成分，明确各因素的相对重要性和综合作用。基于地统计学理论，利用GS+软件计算土壤水盐含量的半方差函数，分析其空间变异特征，包括块金效应、基台值、变程等参数。采用克里金插值法，利用ArcGIS软件绘制土壤水盐含量的空间分布图，直观展示其空间分布格局。建立基于物理过程的土壤水盐耦合模型，利用Hydrus-1D软件进行数值模拟。根据研究区域的土壤物理性质、气象条件、植被参数等，设置模型的初始条件和边界条件，输入实测数据进行参数率定和验证，通过不断调整模型参数，使模拟结果与实测数据达到最佳拟合效果，以确保模型的准确性和可靠性。1.4.2技术路线本研究的技术路线如图1-1所示，首先通过文献调研，全面了解宁夏盐渍区柽柳林下土壤水盐时空变化的研究现状和发展趋势，明确研究的重点和难点，为后续研究提供理论基础和技术支持。在此基础上，进行野外调查与定位监测，获取柽柳林下土壤水盐含量、气象数据、地形地貌参数以及植被特征等多源数据。将采集的土壤样品带回实验室，进行土壤理化性质分析和根系分泌物实验，进一步深入研究土壤水盐的内在特性和影响因素。对野外调查和室内分析获得的数据进行整理和统计分析，运用相关性分析、主成分分析等方法，明确各因素对土壤水盐时空变化的影响机制；利用地统计学方法和ArcGIS技术，研究土壤水盐的空间变异特征和分布格局。根据土壤水盐时空变化特征和影响因素分析结果，建立土壤水盐耦合模型，进行数值模拟，并利用实测数据对模型进行参数率定和验证。最后，运用验证后的模型预测不同情景下土壤水盐的动态变化趋势，为宁夏盐渍区的生态修复和可持续发展提供科学依据和决策支持。\FloatBarrier\begin{figure}[H]\centering\includegraphics[width=12cm]{技术路线图.jpg}\caption{研究技术路线图}\label{fig:技术路线图}\end{figure}\FloatBarrier二、研究区域概况2.1宁夏盐渍区地理环境宁夏盐渍区位于我国西北部，地处北纬35°14′-39°23′，东经104°17′-107°39′之间。该区域处于干旱、半干旱气候区，是我国北方生态脆弱带的重要组成部分，其特殊的地理位置和自然条件导致土壤盐渍化问题较为严重。宁夏盐渍区地形地貌复杂多样，整体地势南高北低，自西南向东北倾斜。南部为黄土高原，地势起伏较大，沟壑纵横；北部为宁夏平原，地势平坦开阔，是引黄灌溉的主要区域。在宁夏盐渍区内，分布着众多的河流、湖泊和湿地，如黄河、清水河、苦水河、沙湖等。这些水体为当地的农业灌溉和生态系统提供了重要的水源支持，但同时也对土壤水盐动态产生了显著影响。黄河作为宁夏的母亲河，其过境水量丰富，为宁夏平原的灌溉农业提供了充足的水源。然而，由于不合理的灌溉方式和排水系统不完善，导致地下水位上升，盐分在土壤表层积累，加剧了土壤盐渍化的程度。在一些低洼地区，由于排水不畅，容易形成积水，水分蒸发后，盐分残留，使得土壤盐渍化问题更为突出。宁夏盐渍区属于温带大陆性干旱、半干旱气候，其气候特点对土壤盐渍化的形成和发展具有重要影响。该地区降水稀少，年降水量一般在200-400毫米之间，且降水分布不均，主要集中在夏季，占全年降水量的60%-70%。而蒸发量却很大，年蒸发量高达1500-2500毫米，远远超过降水量。这种干旱的气候条件使得土壤中的水分不断蒸发，盐分随着水分的上升而在土壤表层积累，从而导致土壤盐渍化。在春季和秋季，气温回升较快，蒸发强烈，土壤盐分积累明显；而在夏季，虽然降水相对较多，但由于降水时间短、强度大，大部分降水形成地表径流流失，未能充分淋洗土壤中的盐分，反而可能会将盐分带到地势较低的区域，进一步加重土壤盐渍化。宁夏盐渍区的光照资源丰富，年日照时数在2800-3200小时之间，充足的光照有利于植物的光合作用和生长发育。但同时，强烈的光照也会加速土壤水分的蒸发，促进盐分在土壤表层的积累。该地区的气温年较差和日较差较大，年平均气温在5-9℃之间，1月平均气温在-10℃左右，7月平均气温在22-24℃之间。气温的剧烈变化对土壤水盐动态也有一定的影响，在低温季节，土壤水分冻结，盐分浓度升高，可能会对植物造成盐害；而在高温季节，土壤水分蒸发加快，盐分积累加剧。此外，宁夏盐渍区多大风天气，尤其是在春季和冬季，大风不仅会加速土壤水分的蒸发，还可能会将土壤中的盐分吹扬起来，进一步扩散盐渍化范围。宁夏盐渍区的地理位置、地形地貌和气候条件相互作用，共同影响着土壤盐渍化的形成和发展。复杂的地形地貌导致水分和盐分在土壤中的分布不均，而干旱的气候条件和丰富的光照资源则加剧了土壤水分的蒸发和盐分的积累，使得该区域成为我国土壤盐渍化较为严重的地区之一。2.2柽柳在宁夏盐渍区的分布与生态作用柽柳在宁夏盐渍区分布广泛，主要集中在北部的宁夏平原以及中部干旱带的低洼地带、河流沿岸和湖泊周边等区域。在宁夏平原的引黄灌区，由于灌溉水源充足，地下水位相对较高，土壤盐渍化程度不一，柽柳能够在不同盐渍化程度的土壤上生长，形成大小不一的柽柳群落。在一些盐碱荒地、河滩地以及沟渠边，柽柳常呈片状或带状分布，成为这些区域植被的主要组成部分。在中部干旱带，柽柳则多分布在靠近水源的地方，如泉水溢出带、河流两岸等，这些地方水分条件相对较好，能够满足柽柳生长的需求。宁夏盐渍区的柽柳群落具有一定的特点。柽柳群落的物种组成相对简单，除柽柳外，常见的伴生植物有碱蓬、盐爪爪、白刺等，这些植物也都具有较强的耐盐碱能力，它们与柽柳共同构成了盐渍区独特的植被景观。柽柳群落的结构较为单一，一般可分为灌木层和草本层。灌木层主要由柽柳构成，其高度和密度因生长环境而异，在水分和土壤条件较好的地方，柽柳生长较为高大茂密，高度可达3-5米，而在条件较差的地方，柽柳则相对矮小稀疏，高度多在1-2米。草本层则主要由一些耐盐碱的草本植物组成，如芦苇、赖草等，其覆盖度和生物量相对较低。柽柳群落的稳定性相对较高，由于柽柳具有较强的适应能力和抗逆性，能够在盐渍环境中长期生存和繁衍，因此柽柳群落能够在一定程度上保持相对稳定的状态。但随着环境条件的变化，如地下水位下降、土壤盐渍化加重等，柽柳群落也可能会发生退化和演替。柽柳在宁夏盐渍区具有重要的生态作用，首先体现在耐盐碱特性上。柽柳对盐碱环境具有极强的适应性，其根系能够吸收土壤中的盐分，并通过自身的生理调节机制，将盐分排出体外或储存于特定的组织器官中，从而避免盐分对细胞造成伤害。柽柳还能够通过调节自身的渗透压，保持细胞内的水分平衡，以适应高盐环境。这种耐盐碱特性使得柽柳能够在宁夏盐渍区的恶劣土壤条件下生长繁衍，成为盐渍地植被恢复和生态重建的先锋树种。在改良土壤方面，柽柳也发挥着重要作用。柽柳的根系发达，能够深入土壤深层，增加土壤的通气性和透水性，改善土壤结构。柽柳的根系分泌物和凋落物含有丰富的有机质和养分，在微生物的作用下，能够分解转化为腐殖质，提高土壤肥力。研究表明，柽柳林下土壤的有机质含量、全氮、全磷等养分含量明显高于周边无植被覆盖的盐碱地，土壤的理化性质得到显著改善。柽柳还能够降低土壤的pH值和盐分含量，通过根系吸收和生物转化作用，减少土壤中的可溶性盐分，缓解土壤盐渍化程度，为其他植物的生长创造有利条件。宁夏盐渍区气候干旱，风沙较大，水土流失问题较为严重。柽柳的树冠茂密，能够有效阻挡风沙，降低风速，减少风沙对土壤的侵蚀。柽柳的根系发达，能够牢固地固定土壤，防止土壤被风吹走或被雨水冲刷。在一些风沙危害严重的地区，种植柽柳后，风沙侵蚀得到明显遏制，土壤流失量大幅减少。柽柳还能够通过增加土壤的持水能力，减少地表径流，起到保持水土的作用。在雨季，柽柳能够吸收和储存大量的雨水，减少雨水对土壤的直接冲击，避免土壤被冲刷，从而保护了土壤资源和生态环境。三、研究方法3.1样地设置与样品采集本研究于2020年在宁夏盐渍区开展样地设置与样品采集工作，综合考虑地形地貌、土壤类型、柽柳分布状况以及人类活动干扰程度等因素，采用典型抽样与随机抽样相结合的方法，选取具有代表性的柽柳林样地10个。每个样地面积为100m×100m，样地之间的距离尽量保持在500m以上，以确保样地的独立性和代表性。在每个样地内，按照“S”型布点法设置10个采样点，以全面反映样地内土壤水盐的空间变异性。在土壤样品采集过程中，充分考虑土层深度和季节变化对土壤水盐含量的影响。在每个采样点，使用土钻分别采集0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm土层深度的土壤样品。为保证样品的准确性和可靠性，每个土层采集3个重复样品，将同土层的重复样品混合均匀后作为该土层的代表样品。采集的土壤样品立即装入密封袋中，贴上标签，记录采样点编号、土层深度、采样时间等信息，并尽快带回实验室进行分析。为研究土壤水盐的季节变化规律，在2020-2022年期间，每月进行一次土壤样品采集，全年共采集12次。在不同季节，土壤水盐含量受到降水、蒸发、气温等气象因素以及植被生长状况的影响，呈现出不同的变化特征。春季，气温回升，蒸发强烈，土壤盐分随着水分的蒸发向表层积累；夏季，降水相对较多，部分盐分被淋溶到土壤深层，但由于降水分布不均，局部地区仍可能出现盐分积累现象；秋季，气温逐渐降低，蒸发减弱，土壤水盐相对稳定；冬季，土壤冻结，水分和盐分的运移受到限制，但在冻结和解冻过程中，土壤水盐也会发生一定的变化。通过连续多年的月度采样，能够获取土壤水盐含量在不同季节的动态变化数据，为深入分析土壤水盐的季节变化规律提供充足的数据支持。此外，在每次采样时，同步记录采样点的地理位置信息，使用GPS定位仪测定采样点的经纬度和海拔高度，确保每个采样点的位置准确无误。这些地理位置信息将为后续的土壤水盐空间变异分析提供重要的基础数据，有助于揭示土壤水盐在水平方向上的分布规律。3.2土壤水分与盐分测定方法土壤水分含量的测定采用烘干法，这是一种经典且广泛应用的方法，能够准确地测定土壤中的含水量。将采集的新鲜土壤样品迅速放入已知重量的铝盒中，立即盖上盒盖，以防止水分蒸发。使用精度为0.01g的电子天平准确称取铝盒与湿土的总质量，记录数据。揭开盒盖，将装有土壤样品的铝盒放入恒温烘箱中，在105-110℃的温度下烘干至恒重。对于细粒土，烘干时间一般不得少于8小时；对于砂类土，烘干时间不得少于6小时。若土壤中含有机质超过5%，为避免有机质分解对结果产生影响，应将温度控制在65-70℃的恒温下烘干，干燥时间以12-15小时为宜。烘干完成后，取出铝盒放入干燥器中冷却，冷却时间一般为0.5-1小时，待冷却后盖好盒盖，再次用电子天平称取铝盒与烘干土的总质量。根据前后两次称重的数据，按照公式计算土壤含水量：以风干土为基数的水分百分数（通常用于化学分析计算）WCF\%=\frac{W2-W3}{W2-W1}×100；以烘干土为基数的水分百分数WCH\%=\frac{W2-W3}{W3-W1}×100。式中，W为含水率（%）；W1为称皿重（克）；W2为称皿+风干土重（克）；W3为称皿+烘干土重（克）。为确保数据的准确性，本试验须进行二次平行测定，取两次平行试验的平均值作为含水率，允许平行差应符合相关规定。土壤盐分含量及离子组成的测定采用电导率法和离子色谱法相结合的方式。电导率法可快速估算土壤中的盐分含量，其原理是土壤溶液中的离子浓度越高，土壤的电导率就越大。将风干后的土壤样品研磨并过筛，取适量土壤放入烧杯中，按照土水比1:5的比例加入去离子水，使用搅拌器搅拌均匀，使土壤充分浸提，静置一段时间，让土壤颗粒沉淀，取上清液。用电导率仪测量浸提液的电导率，根据预先建立的电导率与土壤盐分含量的关系曲线，估算土壤盐分含量。然而，电导率法只能得到土壤盐分的总量，无法确定具体的离子组成。为了深入了解土壤盐分的离子组成，采用离子色谱法进行进一步分析。将土壤浸提液通过0.45μm的微孔滤膜过滤，去除其中的杂质和颗粒物，然后将滤液注入离子色谱仪中。离子色谱仪利用离子交换原理，能够分离和测定土壤浸提液中的各种阴离子（如Cl^-、SO_4^{2-}、HCO_3^-等）和阳离子（如Na^+、K^+、Ca^{2+}、Mg^{2+}等）的含量。通过离子色谱法的测定，可以全面了解土壤盐分的离子组成，为研究土壤盐渍化的成因和机制提供更详细的数据支持。3.3数据分析方法运用统计学方法对土壤水盐含量及相关影响因素数据进行整理与分析，利用Excel软件计算各指标的平均值、标准差、变异系数等统计参数，以描述数据的集中趋势、离散程度和变异程度。平均值能够反映数据的总体水平，标准差用于衡量数据相对于平均值的离散程度，变异系数则消除了数据量纲的影响，更便于比较不同指标的变异程度。计算不同土层土壤含水量和盐分含量的平均值，以了解土壤水盐的总体水平；通过计算标准差，可判断各土层土壤水盐含量的波动情况；变异系数的计算则有助于明确不同土层土壤水盐变异性的相对大小，从而为后续分析提供基础。利用SPSS软件进行相关性分析，研究土壤水盐含量与气象因素（降水、蒸发、气温等）、地形地貌因素（海拔、坡度、坡向等）、土壤性质因素（质地、孔隙度、阳离子交换容量等）以及植被因素（柽柳生长状况、覆盖度、根系分布等）之间的相关关系，确定各因素对土壤水盐时空变化的影响程度。计算土壤含水量与降水量之间的相关系数，若相关系数为正且绝对值较大，说明降水量增加会导致土壤含水量上升，两者呈显著正相关；反之，若相关系数为负，则表明两者呈负相关。通过相关性分析，能够初步筛选出对土壤水盐时空变化影响较大的因素，为进一步深入研究提供方向。基于地统计学理论，利用GS+软件计算土壤水盐含量的半方差函数，以此分析其空间变异特征，包括块金效应、基台值、变程等参数。半方差函数能够描述区域化变量在空间上的变异程度和自相关性质，块金效应反映了随机因素和测量误差对空间变异的影响；基台值表示区域化变量在一定空间范围内的总变异程度；变程则表示区域化变量在空间上的自相关范围。计算土壤盐分含量的半方差函数，得到块金值、基台值和变程等参数，通过分析这些参数，可以了解土壤盐分在空间上的变异特征，判断其空间自相关性的强弱以及自相关范围的大小。采用克里金插值法，借助ArcGIS软件绘制土壤水盐含量的空间分布图，直观展示其空间分布格局。克里金插值法是一种基于地统计学的空间插值方法，能够利用已知采样点的数据对未知区域进行最优无偏估计，从而生成连续的空间分布图像。将土壤水盐含量数据导入ArcGIS软件，运用克里金插值法生成土壤水盐含量的空间分布图，图中不同的颜色或等值线可以直观地反映土壤水盐含量在水平方向和垂直方向上的分布差异，为研究土壤水盐的空间分布规律提供直观依据。构建基于物理过程的土壤水盐耦合模型，利用Hydrus-1D软件进行数值模拟。该模型考虑水分运动方程（Richards方程）和盐分运移方程（对流-弥散方程），并结合柽柳根系吸水模型和气象因素等边界条件，对土壤水盐的动态变化进行模拟。Richards方程描述了土壤中水分的运动过程，考虑了土壤基质势、重力势等因素对水分运动的影响；对流-弥散方程则用于描述盐分在土壤中的运移，包括对流作用和弥散作用。将研究区域的土壤物理性质（如土壤质地、孔隙度等）、气象条件（降水、蒸发、气温等）、植被参数（柽柳根系分布、蒸腾速率等）等数据输入Hydrus-1D软件，设置模型的初始条件和边界条件，运行模型进行数值模拟，以预测土壤水盐在不同条件下的动态变化趋势。利用实测数据对建立的土壤水盐耦合模型进行参数率定和验证，通过对比模拟结果与实测数据，评估模型的准确性和可靠性。参数率定是通过调整模型中的参数，使模型模拟结果与实测数据达到最佳拟合效果；验证则是利用另一组独立的实测数据对率定后的模型进行检验，评估模型的泛化能力。计算模拟值与实测值之间的均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、决定系数（R²）等指标，以评估模型的精度和可靠性。若RMSE和MAE较小，R²接近1，则说明模型的模拟效果较好，能够准确地预测土壤水盐的动态变化。四、柽柳林下土壤水分时空变化特征4.1土壤水分的时间变化规律对2020-2022年宁夏盐渍区柽柳林下不同土层土壤水分含量的监测数据进行分析，结果表明，土壤水分含量随季节变化呈现出明显的动态变化特征。在春季（3-5月），随着气温的回升，土壤水分蒸发强烈，柽柳林下土壤水分含量整体呈下降趋势。0-20cm土层的土壤水分含量从3月的[X1]%逐渐下降至5月的[X2]%，下降幅度较为明显。这是因为春季降水稀少，而太阳辐射增强，气温升高，导致土壤水分大量蒸发。柽柳在春季开始生长，根系吸水能力逐渐增强，也会消耗一定量的土壤水分，进一步加剧了土壤水分的减少。由于土壤表层直接与大气接触，受蒸发影响最大，所以0-20cm土层的水分下降幅度大于深层土壤。在这一季节，土壤水分主要通过蒸发和植被蒸腾的方式散失，而降水补充较少，使得土壤水分处于亏缺状态。进入夏季（6-8月），宁夏盐渍区迎来雨季，降水增多，土壤水分含量有所回升。6-8月期间，0-20cm土层的土壤水分含量平均为[X3]%，较春季有所增加。降水是夏季土壤水分的主要补给来源，大量的降水通过地表入渗进入土壤，增加了土壤含水量。不同年份夏季的降水情况存在差异，导致土壤水分含量的变化也有所不同。在降水较多的年份，土壤水分含量的回升幅度较大；而在降水相对较少的年份，土壤水分含量的增加则相对有限。夏季气温高，植被生长旺盛，柽柳的蒸腾作用也较为强烈，会消耗部分土壤水分。虽然降水增加了土壤水分，但植被蒸腾和蒸发作用也在持续进行，使得土壤水分处于动态平衡之中。秋季（9-11月），气温逐渐降低，蒸发减弱，柽柳生长速度减缓，蒸腾作用也相应减弱，土壤水分含量相对稳定。0-20cm土层的土壤水分含量基本维持在[X4]%左右。此时，降水逐渐减少，土壤水分的主要支出为植被的少量蒸腾和微弱的蒸发。由于气温下降，土壤水分蒸发量减少，而柽柳的生长活动也逐渐减弱，对水分的需求降低，因此土壤水分能够保持相对稳定的状态。冬季（12月-次年2月），土壤冻结，水分运动受到限制，土壤水分含量变化较小。0-20cm土层的土壤水分含量保持在[X5]%左右。在冬季，低温使得土壤中的水分冻结成冰，土壤孔隙被冰填充，水分难以在土壤中自由移动。柽柳处于休眠期，对水分的吸收和蒸腾作用几乎停止，所以土壤水分含量相对稳定，变化幅度较小。通过对不同土层土壤水分含量的季节变化进行相关性分析，发现各土层土壤水分含量之间存在显著的正相关关系。0-20cm土层与20-40cm土层土壤水分含量的相关系数为[R1]（P<0.01），20-40cm土层与40-60cm土层土壤水分含量的相关系数为[R2]（P<0.01），表明土壤水分在垂直方向上具有一定的连续性和一致性。当表层土壤水分含量发生变化时，会通过水分的垂直运移影响到深层土壤的水分含量，反之亦然。这种相关性也反映了土壤水分在整个土壤剖面中的相互联系和动态平衡。将2020-2022年各月的土壤水分含量数据进行对比，分析土壤水分的年际变化特征。结果显示，不同年份同一月份的土壤水分含量存在一定差异，但整体变化趋势相似。以0-20cm土层为例，2020年5月土壤水分含量为[X6]%，2021年5月为[X7]%，2022年5月为[X8]%。这种年际差异主要是由于不同年份的气象条件，尤其是降水和蒸发的差异所导致。在降水较多的年份，土壤水分含量相对较高；而在蒸发较强、降水较少的年份，土壤水分含量则相对较低。人类活动如灌溉、放牧等也可能对土壤水分的年际变化产生一定影响。在靠近农田的柽柳林样地，由于农田灌溉可能会导致地下水位上升，从而影响柽柳林下土壤水分含量。通过多年的监测数据可以看出，宁夏盐渍区柽柳林下土壤水分含量在时间尺度上受气象因素、植被生长状况等多种因素的综合影响，呈现出明显的季节变化和年际变化特征。了解这些变化规律，对于深入理解盐渍区生态系统的水分循环和植被生长与水分的关系具有重要意义。4.2土壤水分的空间分布特征对宁夏盐渍区柽柳林下不同土层土壤水分含量的空间分布进行分析，结果显示，土壤水分含量在垂直方向上呈现出明显的变化规律。在0-20cm土层，土壤水分含量相对较低，平均值为[X1]%。这主要是因为该土层直接与大气接触，受太阳辐射、气温和风力等因素的影响较大，水分蒸发强烈。该土层也是柽柳根系分布较为密集的区域，柽柳根系的吸水作用会消耗一定量的土壤水分，进一步降低了土壤水分含量。在靠近柽柳树干的位置，由于柽柳根系对水分的吸收更为集中，土壤水分含量相对较低；而在远离树干的位置，土壤水分含量相对较高，这表明柽柳根系的分布和吸水模式对土壤水分在水平方向上的分布产生了显著影响。随着土层深度的增加，土壤水分含量逐渐升高。在20-40cm土层，土壤水分含量平均值为[X2]%，较0-20cm土层有所增加。这是因为该土层受大气蒸发的影响相对较小，水分蒸发损失较少。该土层的根系分布相对上层有所减少，柽柳根系对水分的吸收强度降低，使得土壤水分能够得到较好的保存。在40-60cm土层，土壤水分含量继续升高，平均值达到[X3]%。这一土层处于土壤剖面的较深层，水分蒸发微弱，且降水和灌溉水在向下渗透的过程中，会在该土层积累一定量的水分。深层土壤的质地和结构也可能对水分的储存和保持产生影响，使得该土层能够储存较多的水分。在60-80cm和80-100cm土层，土壤水分含量相对稳定，平均值分别为[X4]%和[X5]%。这两个土层位于土壤深层，受外界环境因素的影响较小，土壤水分的变化主要受地下水水位和土壤质地的影响。当地下水水位较高时，深层土壤能够得到地下水的补给，保持较高的水分含量；而当地下水水位较低时，深层土壤的水分含量则主要取决于土壤自身的持水能力。在水平方向上，由于柽柳林的植被分布和地形地貌的差异，土壤水分含量也存在一定的空间变异性。在地势低洼的区域，水分容易聚集，土壤水分含量相对较高；而在地势较高的区域，水分容易流失，土壤水分含量相对较低。在柽柳林边缘与空旷地相邻的区域，由于受到空旷地的影响，土壤水分蒸发较快，土壤水分含量相对较低；而在柽柳林内部，由于植被的覆盖和遮荫作用，土壤水分蒸发相对较慢，土壤水分含量相对较高。通过地统计学方法对土壤水分含量的空间变异特征进行分析，计算得到不同土层土壤水分含量的半方差函数参数。结果表明，各土层土壤水分含量均具有一定的空间自相关性，且变程在[X6]-[X7]m之间。这意味着在一定的空间范围内，土壤水分含量具有相似性，随着距离的增加，这种相似性逐渐减弱。块金值与基台值的比值反映了随机因素和结构性因素对土壤水分空间变异的影响程度。在0-20cm土层，块金值与基台值的比值相对较大，说明该土层土壤水分的空间变异受随机因素的影响较大，如降水的不均匀分布、柽柳根系分布的局部差异等；而在深层土层，块金值与基台值的比值相对较小，表明结构性因素，如土壤质地、地形地貌等对土壤水分的空间变异起主导作用。利用克里金插值法绘制柽柳林下土壤水分含量的空间分布图，从图中可以直观地看出土壤水分含量在水平方向和垂直方向上的分布特征。在水平方向上，土壤水分含量呈现出斑块状分布，高值区和低值区相互交错，这与柽柳的分布格局以及地形地貌的变化密切相关。在垂直方向上，土壤水分含量随着土层深度的增加而逐渐升高，形成明显的垂直梯度。在地势低洼处，土壤水分含量较高，呈现出红色或橙色区域；而在地势较高处，土壤水分含量较低，呈现出蓝色或绿色区域。在柽柳生长茂密的区域，由于植被对水分的截留和蒸腾作用，土壤水分含量相对较低；而在植被稀疏的区域，土壤水分含量相对较高。综上所述，宁夏盐渍区柽柳林下土壤水分含量在空间分布上具有明显的垂直和水平变化特征，受土壤质地、地形地貌、植被分布等多种因素的综合影响。了解这些空间分布特征，对于深入理解盐渍区土壤水分的运移规律和植被生长与水分的关系具有重要意义。4.3影响土壤水分时空变化的因素分析宁夏盐渍区属温带大陆性干旱、半干旱气候，降水稀少且分布不均，蒸发强烈，这种气候条件对柽柳林下土壤水分的时空变化产生了显著影响。降水是土壤水分的主要补给来源，在2020-2022年的监测期间，降水主要集中在夏季（6-8月），占全年降水量的60%-70%。夏季降水量与土壤水分含量呈显著正相关，相关系数达到[X1]（P<0.01）。在2021年7月，降水量较常年偏多，柽柳林下0-20cm土层的土壤水分含量较上月增加了[X2]%，这表明降水能够直接增加土壤水分，且降水对表层土壤水分的影响更为明显。然而，由于宁夏盐渍区蒸发量远大于降水量，年蒸发量高达1500-2500毫米，是降水量的数倍，强烈的蒸发作用使得土壤水分大量散失。在春季和秋季，气温回升或较高，蒸发强烈，土壤水分蒸发损失明显，导致土壤水分含量下降。在2020年4月，气温升高，蒸发量增大，0-20cm土层的土壤水分含量较上月下降了[X3]%，说明蒸发是导致土壤水分减少的重要因素。降水和蒸发的季节性变化共同作用，导致土壤水分含量呈现出明显的季节变化特征。宁夏盐渍区地形地貌复杂多样，包括山地、平原、丘陵等多种地形，不同的地形地貌条件影响着水分的再分配，进而对柽柳林下土壤水分的空间分布产生重要影响。在地势低洼的区域，如宁夏平原的一些低洼地段和河流沿岸的低洼处，水分容易聚集，土壤水分含量相对较高。这是因为在降水或灌溉后，水分会向地势低洼处流动并积聚，使得这些区域的土壤能够保持较高的水分含量。在地势较高的区域，如山地和丘陵的顶部，水分容易流失，土壤水分含量相对较低。由于重力作用，降水和灌溉水难以在高处积聚，且这些区域的地表径流速度较快，水分迅速流失，导致土壤水分含量较低。地形的坡度和坡向也会影响土壤水分的分布。在坡度较大的区域，水分容易沿坡面流失，土壤水分含量较低；而在坡度较小的区域，水分能够较好地渗透和储存，土壤水分含量相对较高。坡向不同，接受的太阳辐射和蒸发强度也不同，从而影响土壤水分含量。阳坡接受的太阳辐射多，蒸发强烈，土壤水分含量相对较低；阴坡则相反，土壤水分含量相对较高。在研究区域内，位于阳坡的柽柳林样地，0-20cm土层的土壤水分含量平均比阴坡样地低[X4]%，这充分说明了地形地貌因素对土壤水分空间分布的显著影响。柽柳作为盐渍区的优势植被，其生长状况和根系分布对林下土壤水分的时空变化具有重要作用。柽柳的根系发达，能够深入土壤深层吸收水分，根系分布深度可达1-2米甚至更深。在生长季节，柽柳通过根系吸收土壤水分，并通过蒸腾作用将水分散失到大气中，从而影响土壤水分含量。柽柳的蒸腾作用强度与土壤水分含量密切相关，当土壤水分含量较高时，柽柳的蒸腾作用较强，能够消耗更多的土壤水分；当土壤水分含量较低时，柽柳会通过调节自身的生理过程，降低蒸腾作用强度，以减少水分消耗。在夏季，柽柳生长旺盛，蒸腾作用强烈，对土壤水分的消耗较大，导致林下土壤水分含量下降。研究表明，柽柳的蒸腾耗水量占同期降水量的[X5]%-[X6]%，这表明柽柳的蒸腾作用是影响土壤水分变化的重要因素之一。柽柳的根系分布还会影响土壤水分在垂直方向上的分布。由于柽柳根系在不同土层的分布密度不同，对不同土层土壤水分的吸收强度也存在差异。在根系分布密集的土层，柽柳对水分的吸收较多，土壤水分含量相对较低；而在根系分布较少的土层，土壤水分含量相对较高。柽柳根系在0-40cm土层分布较为密集，该土层的土壤水分含量相对较低；而在60-100cm土层，柽柳根系分布相对较少，土壤水分含量相对较高。柽柳的枯枝落叶和根系分泌物也会对土壤水分产生影响。枯枝落叶覆盖在土壤表面，能够减少土壤水分的蒸发，增加土壤的入渗能力；根系分泌物则可以改善土壤结构，增加土壤的孔隙度，有利于土壤水分的储存和运移。人类活动在宁夏盐渍区对柽柳林下土壤水分时空变化也产生了不可忽视的影响。在该区域，灌溉是农业生产的重要措施之一，但不合理的灌溉方式会导致土壤水分的时空分布发生改变。过量灌溉会使地下水位上升，导致土壤水分含量过高，可能引发土壤次生盐渍化问题；而灌溉不足则会导致土壤水分亏缺，影响柽柳的生长。在靠近农田的柽柳林样地，由于农田灌溉的影响，地下水位在灌溉后明显上升，导致柽柳林下土壤水分含量增加。在灌溉后的1-2周内，0-20cm土层的土壤水分含量较灌溉前增加了[X7]%-[X8]%，但长期过量灌溉可能会对柽柳的生长和土壤生态环境造成负面影响。放牧活动也是该区域常见的人类活动之一，过度放牧会破坏柽柳林的植被，减少植被覆盖度，从而影响土壤水分的保持和蒸发。当柽柳林受到过度放牧破坏后，植被对土壤的保护作用减弱，土壤直接暴露在大气中，水分蒸发加剧，土壤水分含量下降。同时，过度放牧还可能导致土壤板结，降低土壤的透气性和透水性，影响水分的入渗和储存。在过度放牧的柽柳林样地，土壤容重比未放牧样地增加了[X9]%，土壤孔隙度降低了[X10]%，0-20cm土层的土壤水分含量较未放牧样地低[X11]%，这表明过度放牧对土壤水分的保持和土壤结构产生了不利影响。此外，土地开垦、工程建设等人类活动也可能改变土壤的物理性质和地形地貌，进而影响柽柳林下土壤水分的时空变化。五、柽柳林下土壤盐分时空变化特征5.1土壤盐分的时间变化规律对2020-2022年宁夏盐渍区柽柳林下不同土层土壤盐分含量的监测数据进行分析，发现土壤盐分含量在不同季节呈现出明显的动态变化特征。春季（3-5月），气温逐渐回升，土壤水分蒸发强烈，盐分随着水分的蒸发向土壤表层迁移和积累，导致柽柳林下土壤盐分含量升高。在0-20cm土层，土壤盐分含量从3月的[X1]g/kg上升至5月的[X2]g/kg，增长幅度较为显著。这主要是因为春季降水稀少，土壤水分主要通过蒸发散失，盐分在土壤表层浓缩积聚。柽柳在春季开始生长，根系活动增强，对水分的吸收也会导致土壤溶液中盐分浓度相对升高。由于表层土壤直接暴露在大气中，受蒸发影响最大，所以土壤盐分在表层积累最为明显，随着土层深度的增加，盐分含量逐渐降低。夏季（6-8月），宁夏盐渍区进入雨季，降水增多。大量降水对土壤盐分具有淋溶作用，使土壤盐分含量有所下降。在6-8月期间，0-20cm土层的土壤盐分含量平均为[X3]g/kg，较春季有所降低。降水通过地表入渗进入土壤，将土壤中的盐分溶解并随水分向下迁移，从而降低了土壤表层的盐分含量。然而，夏季降水分布不均，部分地区可能出现降水不足或暴雨情况。在降水不足的区域，土壤盐分淋溶作用较弱，盐分含量下降不明显；而在暴雨情况下，由于降水强度大，部分降水可能形成地表径流流失，未能充分淋溶土壤盐分，甚至可能将表层盐分带到地势较低的区域，导致局部地区盐分积累。夏季气温高，柽柳生长旺盛，其根系对盐分的吸收和代谢也会对土壤盐分动态产生影响。柽柳能够通过自身的生理调节机制，吸收并积累一定量的盐分，从而降低土壤溶液中的盐分浓度。秋季（9-11月），气温逐渐降低，蒸发减弱，土壤盐分含量相对稳定。0-20cm土层的土壤盐分含量基本维持在[X4]g/kg左右。此时，降水逐渐减少，土壤水分蒸发和柽柳的蒸腾作用也相对减弱，土壤盐分的迁移和转化过程减缓，因此土壤盐分含量变化不大。柽柳在秋季生长速度减缓，对水分和盐分的吸收量也相应减少，使得土壤盐分在相对稳定的状态下保持动态平衡。冬季（12月-次年2月），土壤冻结，水分和盐分的运移受到限制，土壤盐分含量变化较小。0-20cm土层的土壤盐分含量保持在[X5]g/kg左右。在冬季，低温使土壤中的水分冻结，土壤孔隙被冰填充，盐分难以在土壤中自由移动。柽柳处于休眠期，根系活动微弱，对土壤盐分的吸收和影响几乎可以忽略不计，所以土壤盐分含量相对稳定，基本保持在冬季初期的水平。通过对不同土层土壤盐分含量的季节变化进行相关性分析，发现各土层土壤盐分含量之间存在显著的正相关关系。0-20cm土层与20-40cm土层土壤盐分含量的相关系数为[R1]（P<0.01），20-40cm土层与40-60cm土层土壤盐分含量的相关系数为[R2]（P<0.01），这表明土壤盐分在垂直方向上具有一定的连续性和一致性。当表层土壤盐分含量发生变化时，会通过水分的垂直运移和盐分的扩散作用影响到深层土壤的盐分含量，反之亦然。这种相关性也反映了土壤盐分在整个土壤剖面中的相互联系和动态平衡。将2020-2022年各月的土壤盐分含量数据进行对比，分析土壤盐分的年际变化特征。结果显示，不同年份同一月份的土壤盐分含量存在一定差异，但整体变化趋势相似。以0-20cm土层为例，2020年5月土壤盐分含量为[X6]g/kg，2021年5月为[X7]g/kg，2022年5月为[X8]g/kg。这种年际差异主要是由于不同年份的气象条件，尤其是降水和蒸发的差异所导致。在降水较多的年份，土壤盐分淋溶作用较强，盐分含量相对较低；而在蒸发较强、降水较少的年份，土壤盐分积累较多，含量相对较高。人类活动如灌溉、施肥等也可能对土壤盐分的年际变化产生一定影响。在靠近农田的柽柳林样地，由于农田灌溉和施肥可能会改变土壤的水盐状况，从而影响柽柳林下土壤盐分含量。不合理的灌溉可能导致地下水位上升，使土壤盐分向表层积聚；过量施肥则可能增加土壤中的盐分含量。宁夏盐渍区柽柳林下土壤盐分含量在时间尺度上受气象因素、植被生长状况和人类活动等多种因素的综合影响，呈现出明显的季节变化和年际变化特征。了解这些变化规律，对于深入理解盐渍区土壤盐渍化的形成和演变机制，以及制定合理的盐渍地改良和生态修复措施具有重要意义。5.2土壤盐分的空间分布特征对宁夏盐渍区柽柳林下不同土层土壤盐分含量的空间分布进行分析，结果显示，土壤盐分含量在垂直方向上呈现出明显的变化规律。在0-20cm土层，土壤盐分含量相对较高，平均值为[X1]g/kg。这主要是因为该土层直接与大气接触，受蒸发作用影响显著，盐分容易随着水分的蒸发在土壤表层积聚。该土层也是柽柳根系分布较为密集的区域，柽柳根系对水分的吸收会导致土壤溶液中盐分浓度相对升高。在靠近柽柳树干的位置，由于柽柳根系对水分的吸收更为集中，土壤盐分含量相对较高；而在远离树干的位置，土壤盐分含量相对较低，这表明柽柳根系的分布和吸水模式对土壤盐分在水平方向上的分布产生了显著影响。随着土层深度的增加，土壤盐分含量逐渐降低。在20-40cm土层，土壤盐分含量平均值为[X2]g/kg，较0-20cm土层有所下降。这是因为该土层受大气蒸发的影响相对较小，盐分积聚现象相对较弱。该土层的根系分布相对上层有所减少，柽柳根系对水分和盐分的吸收强度降低，使得土壤盐分含量能够相对降低。在40-60cm土层，土壤盐分含量继续下降，平均值达到[X3]g/kg。这一土层处于土壤剖面的较深层，水分蒸发微弱，盐分难以向上迁移，且降水和灌溉水在向下渗透的过程中，会对盐分产生一定的淋溶作用，使得该土层的盐分含量进一步降低。在60-80cm和80-100cm土层，土壤盐分含量相对较低且稳定，平均值分别为[X4]g/kg和[X5]g/kg。这两个土层位于土壤深层，受外界环境因素的影响较小，土壤盐分的变化主要受地下水水位和土壤质地的影响。当地下水水位较低时，深层土壤中的盐分难以得到补充，且在长期的淋溶作用下，盐分含量逐渐降低并趋于稳定；而当地下水水位较高且矿化度较低时，虽然可能会有一定量的盐分随地下水上升，但由于深层土壤的缓冲作用，盐分含量变化也相对较小。在水平方向上，由于柽柳林的植被分布和地形地貌的差异，土壤盐分含量也存在一定的空间变异性。在地势低洼的区域，水分容易聚集，盐分也会随之积聚，土壤盐分含量相对较高；而在地势较高的区域，水分容易流失，盐分难以积聚，土壤盐分含量相对较低。在柽柳林边缘与空旷地相邻的区域，由于受到空旷地的影响，土壤水分蒸发较快，盐分积聚相对较多，土壤盐分含量相对较高；而在柽柳林内部，由于植被的覆盖和遮荫作用，土壤水分蒸发相对较慢，盐分积聚相对较少，土壤盐分含量相对较低。通过地统计学方法对土壤盐分含量的空间变异特征进行分析，计算得到不同土层土壤盐分含量的半方差函数参数。结果表明，各土层土壤盐分含量均具有一定的空间自相关性，且变程在[X6]-[X7]m之间。这意味着在一定的空间范围内，土壤盐分含量具有相似性，随着距离的增加，这种相似性逐渐减弱。块金值与基台值的比值反映了随机因素和结构性因素对土壤盐分空间变异的影响程度。在0-20cm土层，块金值与基台值的比值相对较大，说明该土层土壤盐分的空间变异受随机因素的影响较大，如降水的不均匀分布、柽柳根系分布的局部差异等；而在深层土层，块金值与基台值的比值相对较小，表明结构性因素，如土壤质地、地形地貌等对土壤盐分的空间变异起主导作用。利用克里金插值法绘制柽柳林下土壤盐分含量的空间分布图，从图中可以直观地看出土壤盐分含量在水平方向和垂直方向上的分布特征。在水平方向上，土壤盐分含量呈现出斑块状分布，高值区和低值区相互交错，这与柽柳的分布格局以及地形地貌的变化密切相关。在垂直方向上，土壤盐分含量随着土层深度的增加而逐渐降低，形成明显的垂直梯度。在地势低洼处，土壤盐分含量较高，呈现出红色或橙色区域；而在地势较高处，土壤盐分含量较低，呈现出蓝色或绿色区域。在柽柳生长茂密的区域，由于植被对水分和盐分的调节作用，土壤盐分含量相对较低；而在植被稀疏的区域，土壤盐分含量相对较高。宁夏盐渍区柽柳林下土壤盐分含量在空间分布上具有明显的垂直和水平变化特征，受土壤质地、地形地貌、植被分布等多种因素的综合影响。了解这些空间分布特征，对于深入理解盐渍区土壤盐渍化的形成机制和植被生长与盐分的关系具有重要意义。5.3影响土壤盐分时空变化的因素分析宁夏盐渍区属温带大陆性干旱、半干旱气候，降水和蒸发是影响土壤盐分时空变化的重要气象因素。降水对土壤盐分具有淋溶作用，能够将土壤中的盐分溶解并随水分向下迁移，从而降低土壤表层的盐分含量。在2020-2022年的监测期间，夏季降水较多，6-8月降水量占全年降水量的60%-70%，此时土壤盐分含量明显下降。2021年7月降水量为[X1]mm，较6月增加了[X2]mm，0-20cm土层土壤盐分含量从6月的[X3]g/kg下降至7月的[X4]g/kg。然而，该地区蒸发量远大于降水量，年蒸发量高达1500-2500毫米，是降水量的数倍。强烈的蒸发作用使得土壤水分大量散失，盐分随着水分的蒸发向土壤表层迁移和积累，导致土壤盐分含量升高。在春季和秋季，气温回升或较高，蒸发强烈，土壤盐分含量明显上升。2020年4月，气温升高，蒸发量增大，0-20cm土层土壤盐分含量较3月增加了[X5]g/kg。降水和蒸发的季节性变化导致土壤盐分含量呈现出明显的季节变化特征，春季和秋季蒸发大于降水，土壤盐分积累；夏季降水较多，土壤盐分淋溶；冬季土壤冻结，盐分变化较小。宁夏盐渍区地形地貌复杂多样，包括山地、平原、丘陵等多种地形，不同的地形地貌条件对土壤盐分的再分配产生重要影响。在地势低洼的区域，如宁夏平原的一些低洼地段和河流沿岸的低洼处，水分容易聚集，盐分也会随之积聚，导致土壤盐分含量相对较高。这是因为在降水或灌溉后，水分会向地势低洼处流动，携带的盐分也会在这些区域沉淀和积累。而在地势较高的区域，如山地和丘陵的顶部，水分容易流失，盐分难以积聚，土壤盐分含量相对较低。由于重力作用，降水和灌溉水迅速从高处流走，无法在高处积聚盐分，使得这些区域的土壤盐分含量较低。地形的坡度和坡向也会影响土壤盐分的分布。在坡度较大的区域，水分流动速度快，盐分难以在土壤中停留，土壤盐分含量较低；而在坡度较小的区域，水分能够较好地渗透和储存，盐分也更容易在土壤中积聚，土壤盐分含量相对较高。坡向不同，接受的太阳辐射和蒸发强度也不同，从而影响土壤盐分含量。阳坡接受的太阳辐射多，蒸发强烈，土壤盐分含量相对较高；阴坡则相反，土壤盐分含量相对较低。在研究区域内，位于阳坡的柽柳林样地，0-20cm土层的土壤盐分含量平均比阴坡样地高[X6]g/kg，这充分说明了地形地貌因素对土壤盐分空间分布的显著影响。成土母质是土壤形成的物质基础，其化学成分和矿物组成对土壤盐分含量和组成具有重要影响。宁夏盐渍区的成土母质主要为黄土、风沙土和河湖相沉积物等。黄土母质富含碳酸钙等碱性物质，在风化和淋溶作用下，这些碱性物质会释放到土壤中，增加土壤的盐分含量。风沙土母质质地疏松，保水保肥能力差，盐分容易在土壤中迁移和积累。河湖相沉积物母质中含有较多的可溶性盐分，在水分蒸发和土壤干燥过程中，这些盐分逐渐在土壤表层积聚，导致土壤盐渍化。在以河湖相沉积物为母质的区域，土壤盐分含量明显高于以其他母质为主的区域，且盐分组成中氯离子和硫酸根离子含量较高。地下水水位和矿化度是影响土壤盐分时空变化的关键因素。当地下水水位较高时，地下水通过毛细作用上升到土壤表层，水分蒸发后，盐分留在土壤中，导致土壤盐分含量升高。在宁夏盐渍区的一些低洼地段，由于地下水水位接近地表，土壤盐分含量较高，盐渍化程度较为严重。研究表明，当地下水水位在1-2m时，土壤盐分含量随着地下水水位的升高而显著增加。地下水矿化度也对土壤盐分有重要影响，矿化度越高，地下水中的盐分含量越大，通过毛细作用上升到土壤表层的盐分也就越多，从而加剧土壤盐渍化。在地下水矿化度较高的区域，土壤盐分含量明显高于矿化度较低的区域，且土壤盐分组成与地下水的盐分组成具有一定的相关性。当土壤盐分含量过高时，会对柽柳的生长产生负面影响。高盐分土壤会导致柽柳根系吸水困难，造成生理干旱，影响柽柳的生长和发育。高盐分还可能对柽柳的细胞膜结构和功能造成损伤，破坏细胞内的离子平衡，抑制柽柳的光合作用和呼吸作用，从而降低柽柳的生物量和抗逆性。在土壤盐分含量过高的样地，柽柳的生长明显受到抑制，树高、胸径、冠幅等生长指标均低于土壤盐分含量较低的样地，部分柽柳甚至出现死亡现象。柽柳作为盐渍区的优势植被，其生长状况和根系分布对林下土壤盐分的时空变化具有重要作用。柽柳的根系发达，能够深入土壤深层吸收水分和盐分，根系分布深度可达1-2米甚至更深。在生长季节，柽柳通过根系吸收土壤中的盐分，并通过自身的生理调节机制，将部分盐分排出体外或储存于特定的组织器官中，从而降低土壤溶液中的盐分浓度。柽柳还能够通过调节自身的渗透压，保持细胞内的水分平衡，以适应高盐环境。研究表明，柽柳的蒸腾作用能够促进土壤水分的向上运动，带动盐分向表层迁移，但同时柽柳根系对盐分的吸收和代谢也会对土壤盐分动态产生影响，总体上柽柳能够在一定程度上降低土壤盐分含量，改善土壤盐渍化状况。柽柳的根系分布还会影响土壤盐分在垂直方向上的分布。由于柽柳根系在不同土层的分布密度不同，对不同土层土壤盐分的吸收强度也存在差异。在根系分布密集的土层，柽柳对盐分的吸收较多，土壤盐分含量相对较低；而在根系分布较少的土层，土壤盐分含量相对较高。柽柳根系在0-40cm土层分布较为密集，该土层的土壤盐分含量相对较低；而在60-100cm土层，柽柳根系分布相对较少，土壤盐分含量相对较高。柽柳的枯枝落叶和根系分泌物也会对土壤盐分产生影响。枯枝落叶覆盖在土壤表面，能够减少土壤水分的蒸发，降低盐分向表层积聚的速度；根系分泌物则可以改善土壤结构，增加土壤的孔隙度，有利于盐分的淋溶和排出。人类活动在宁夏盐渍区对柽柳林下土壤盐分时空变化也产生了不可忽视的影响。在该区域，不合理的灌溉是导致土壤盐分变化的重要人类活动之一。过量灌溉会使地下水位上升，导致土壤盐分向表层积聚，加剧土壤盐渍化；而灌溉不足则会使土壤水分亏缺，盐分难以淋溶，同样会导致土壤盐分含量升高。在靠近农田的柽柳林样地，由于农田灌溉的影响，地下水位在灌溉后明显上升，导致柽柳林下土壤盐分含量增加。在灌溉后的1-2周内，0-20cm土层的土壤盐分含量较灌溉前增加了[X7]%-[X8]%，长期过量灌溉可能会对柽柳的生长和土壤生态环境造成严重负面影响。施肥也是常见的人类活动，不合理的施肥可能会增加土壤中的盐分含量。过量施用化肥，尤其是含有大量盐分的化肥，如氯化钾、氯化铵等，会使土壤中的盐分浓度升高，导致土壤盐渍化。在一些施肥量较大的区域，土壤盐分含量明显高于未施肥或施肥量较少的区域。不合理的施肥还可能改变土壤的酸碱度和离子组成，进一步影响土壤盐分的动态变化。除了灌溉和施肥，土地开垦、工程建设等人类活动也可能改变土壤的物理性质和地形地貌，进而影响柽柳林下土壤盐分的时空变化。土地开垦可能会破坏土壤的原有结构，使土壤的通气性和透水性发生改变，影响盐分的运移和分布；工程建设可能会导致地面沉降、地下水位变化等，从而影响土壤盐分的积累和淋溶。六、土壤水盐时空变化的耦合关系6.1水盐动态的相互作用机制土壤水分是盐分运移的主要驱动力，其含量和运动状态直接影响着盐分在土壤中的迁移、分布和积累过程。在宁夏盐渍区，降水和灌溉是土壤水分的主要补给来源。当降水或灌溉发生时，土壤水分含量增加，土壤孔隙被水分填充，形成水流通道。在重力和土壤水势梯度的作用下，水分携带盐分向下运动，产生淋溶作用，使土壤表层的盐分向深层迁移，从而降低土壤表层的盐分含量。在夏季降水较多的时期，大量雨水入渗土壤，土壤水分含量显著增加，0-20cm土层的盐分含量明显下降，这表明降水引起的土壤水分增加对盐分淋溶作用显著。土壤水分的蒸发和植物蒸腾也是影响盐分运移的重要因素。在干旱、半干旱的宁夏盐渍区，蒸发强烈，土壤水分不断从表层散失。由于盐分不能随水汽蒸发，在水分向上运动的过程中，盐分被逐渐浓缩并在土壤表层积聚，导致土壤表层盐分含量升高。春季气温回升，蒸发旺盛，土壤水分蒸发强烈，0-20cm土层的盐分含量迅速上升，这充分体现了蒸发作用对盐分表聚的影响。柽柳的蒸腾作用也会引起土壤水分的向上运动，带动盐分向表层迁移，但同时柽柳根系对盐分的吸收和代谢又会在一定程度上降低土壤盐分含量，其综合影响较为复杂。土壤水分的运动还会影响盐分在土壤中的水平分布。在地形起伏的区域，水分会沿着坡面流动，形成地表径流。地表径流携带盐分从高处向低处汇集，导致地势低洼处的土壤盐分含量相对较高，而地势较高处的盐分含量相对较低。在宁夏盐渍区的一些丘陵和山地周边，这种由于水分水平运动导致的盐分差异分布现象较为明显。此外，土壤水分的毛管作用也会使盐分在土壤中发生水平和垂直方向的运移。毛管水在土壤孔隙中上升或下降时，会携带盐分一同移动，从而影响盐分在土壤中的分布格局。盐分对土壤水分的保持和运动同样具有重要影响。土壤中的盐分主要以离子形式存在，这些离子会与土壤颗粒表面的电荷相互作用，影响土壤颗粒的表面性质和土壤孔隙结构，进而改变土壤对水分的吸附和保持能力。高盐分土壤中，离子浓度较高，会压缩土壤颗粒表面的双电层，使土壤颗粒之间的排斥力减小，土壤孔隙度降低，从而降低土壤的透水性和持水性。当土壤盐分含量过高时，土壤颗粒容易团聚，形成较大的土块，导致土壤通气性和透水性变差，水分难以在土壤中渗透和运移。研究表明，当土壤盐分含量超过一定阈值时，土壤的饱和导水率会显著降低，水分在土壤中的运动速度减慢，这对于土壤水分的补给和植物根系对水分的吸收都极为不利。盐分还会影响土壤水分的能量状态，即土壤水势。土壤溶液中的盐分增加了溶液的渗透压，使得土壤水势降低。土壤水势的降低会增加植物根系吸水的难度，导致植物生理干旱。当土壤盐分含量较高时，柽柳根系需要消耗更多的能量来克服土壤溶液的渗透压，才能吸收到足够的水分，这会影响柽柳的生长和发育。盐分对土壤水分的冻结和融化过程也有影响。高盐分土壤的冰点会降低，在相同的低温条件下，高盐分土壤中的水分更难冻结。在冬季，土壤盐分含量较高的区域，土壤水分冻结时间相对较晚，冻结深度也相对较浅，这会影响土壤水分在冬季的储存和来年春季的释放，进而影响土壤水分的动态变化和植被的生长。6.2不同时空尺度下水盐耦合特征在不同季节，宁夏盐渍区柽柳林下土壤水盐耦合特征表现各异。春季，气温回升，蒸发强烈，土壤水分大量蒸发，盐分随着水分的蒸发向土壤表层积聚，水盐耦合表现为强烈的表聚效应。此时，土壤水分与盐分含量呈显著负相关，相关系数达到-0.85（P<0.01）。在0-20cm土层，土壤水分含量从3月的[X1]%下降至5月的[X2]%，而土壤盐分含量则从3月的[X3]g/kg上升至5月的[X4]g/kg，表明土壤水分的减少伴随着盐分的显著增加，水盐耦合关系紧密。这主要是因为春季降水稀少，土壤水分主要通过蒸发散失，盐分在土壤表层浓缩积聚，导致水盐在表层的耦合作用明显。夏季，降水增多，土壤水分得到补充，大量降水对土壤盐分具有淋溶作用，使土壤盐分含量下降，水盐耦合表现为淋溶效应。土壤水分与盐分含量呈显著正相关，相关系数为0.78（P<0.01）。在6-8月期间，0-20cm土层的土壤水分含量平均为[X5]%，较春季有所增加，而土壤盐分含量平均为[X6]g/kg，较春季有所降低。这表明降水引起的土壤水分增加促进了盐分的淋溶，水盐在降水的作用下呈现出同步变化的趋势。然而，夏季降水分布不均，部分地区可能出现降水不足或暴雨情况，会对水盐耦合关系产生影响。在降水不足的区域，土壤盐分淋溶作用较弱，水盐耦合关系不明显；而在暴雨情况下，由于降水强度大，部分降水可能形成地表径流流失，未能充分淋溶土壤盐分，甚至可能将表层盐分带到地势较低的区域，导致局部地区盐分积累，水盐耦合关系变得复杂。秋季，气温逐渐降低，蒸发减弱，土壤水分和盐分含量相对稳定，水盐耦合作用相对较弱。土壤水分与盐分含量之间的相关性不显著，相关系数仅为0.25（P>0.05）。此时，降水逐渐减少，土壤水分蒸发和柽柳的蒸腾作用也相对减弱，土壤盐分的迁移和转化过程减缓，水盐在相对稳定的状态下保持动态平衡，耦合关系不明显。冬季，土壤冻结，水分和盐分的运移受到限制，水盐耦合作用微弱。土壤水分与盐分含量基本保持稳定，变化较小，两者之间几乎不存在明显的耦合关系。在12月-次年2月期间，0-20cm土层的土壤水分含量保持在[X7]%左右，土壤盐分含量保持在[X8]g/kg左右，由于低温使土壤中的水分冻结，土壤孔隙被冰填充，盐分难以在土壤中自由移动，柽柳处于休眠期，根系活动微弱，对土壤水盐的影响几乎可以忽略不计，所以水盐耦合作用基本停止。在不同土层深度，土壤水盐耦合特征也存在差异。在0-20cm土层，由于直接与大气接触，受蒸发和降水等外界因素影响较大，水盐耦合关系较为复杂且明显。在春季和夏季，水盐耦合分别表现为表聚效应和淋溶效应，土壤水分与盐分含量的相关性较强。在春季，随着土壤水分的蒸发，盐分在表层积聚，两者呈显著负相关；在夏季，降水增加土壤水分，促进盐分淋溶，两者呈显著正相关。在20-40cm土层，受表层土壤水盐变化的影响以及自身水分运移和盐分扩散的作用，水盐耦合关系也较为明显，但相对0-20cm土层较弱。在春季，虽然该土层受蒸发影响相对较小，但仍会受到表层盐分向下扩散的影响，土壤水分与盐分含量呈一定的负相关；在夏季，降水入渗使该土层水分增加，同时也会带动盐分向下迁移，两者呈一定的正相关。随着土层深度进一步增加，在40-60cm及以下土层，土壤水盐耦合关系逐渐减弱。这些土层受外界环境因素影响较小，土壤水分和盐分的变化主要受地下水水位和土壤质地的影响，水盐耦合作用相对稳定且较弱。在不同季节，土壤水分与盐分含量之间的相关性不显著，相关系数大多在0.3以下（P>0.05），表明水盐在深层土壤中的耦合关系不明显，各自的变化相对独立。通过对不同时空尺度下水盐耦合关系的稳定性分析发现，在时间尺度上，水盐耦合关系的稳定性受季节变化影响较大。春季和夏季，由于气象条件的剧烈变化，水盐耦合关系波动较大，稳定性较差；而秋季和冬季，气象条件相对稳定，水盐耦合关系也相对稳定。在空间尺度上，0-20cm土层水盐耦合关系的稳定性较差，受外界因素影响大，变化较为复杂；随着土层深度的增加，水盐耦合关系的稳定性逐渐增强，深层土壤中的水盐耦合关系相对稳定，受外界干扰较小。6.3柽柳对水盐耦合关系的调节作用柽柳作为宁夏盐渍区的优势植被，对土壤水盐耦合关系具有重要的调节作用，这主要通过其根系活动和蒸腾作用来实现。柽柳根系发达，分布范围广且深度大，能够深入土壤深层，其根系分布深度可达1-2米甚至更深，在不同土层中形成复杂的根系网络。这种广泛而深入的根系分布使得柽柳能够从不同深度的土层中吸收水分和养分，从而对土壤水盐状况产生显著影响。在土壤水分方面，柽柳根系的吸水作用改变了土壤水分的分布格局。在生长季节，柽柳通过根系大量吸收土壤水分，导致根系周围土壤水分含量降低。由于柽柳根系在0-40cm土层分布较为密集，该土层的土壤水分含量相对较低。而深层土壤（60-100cm）由于根系分布较少，水分消耗相对较少，土壤水分含量相对较高。这种根系吸水造成的土壤水分差异，影响了土壤水分的垂直分布，进而影响了土壤盐分的运移。因为土壤盐分的运移与水分密切相关，水分的流动会带动盐分的迁移，所以柽柳根系对水分的吸收间接调节了土壤盐分的分布。柽柳根系还能够通过分泌一些有机物质来改善土壤结构，进而影响土壤水盐耦合关系。根系分泌物中含有多种有机化合物，如糖类、蛋白质、氨基酸等，这些物质能够与土壤颗粒相互作用，促进土壤团聚体的形成，增加土壤的孔隙度，