天津市滨海盐碱地刺槐种植区水盐动态变化规律

付 颖， 李素艳， 孙向阳， 王琳琳， 张 薇， 张 涛， 张骏达

(北京林业大学 林学院， 北京 100083)

天津市滨海盐碱地刺槐种植区水盐动态变化规律

付 颖， 李素艳， 孙向阳， 王琳琳， 张 薇， 张 涛， 张骏达

(北京林业大学 林学院， 北京 100083)

水盐运动； 含水量； 含盐量

天津滨海盐碱新区位于华北平原的东北部，东临渤海[1]，盐碱地分布广泛，拥有盐碱地总面积达4.93×105hm2，占全市土地总面积的42.3%，其中以滨海新区(塘沽、汉沽和大港)最为严重[2]。由于土壤盐碱化严重，导致该地区植被稀少，生态环境脆弱，已严重影响了该地区的农林业以及种植业的发展，并对人类的身体健康和生态环境造成了现实的极大危害[3-4]。

土壤的水盐动态变化规律是治理土壤盐碱化的理论基础，国内外对土壤的水盐动态变化已做过大量研究[5-6]，但是降水和气温作为天津滨海地区水盐动态的主要影响因素与其密切相关。天津滨海地区受季风气候的影响，雨量在年内分配极度不均，呈现明显的春旱夏涝、涝后又旱的现象，致使土壤中水盐运行频繁，蒸发积盐和淋溶脱盐过程交替发生，气候因素使土壤水盐状况呈现明显的季节变化[7]。为了探索天津滨海地区水盐动态变化规律，本文对天津大港地区刺槐林地土壤的水盐动态进行观测，拟在探讨各离子的季节分布变化规律，以期为该地区的土壤改良、生态环境建设以及农林业的发展提供科学的理论依据。

1 研究区概况

试验在天津市大港区进行，该地地处渤海湾的滨海淤泥质滩涂地区，属北半球暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均降雨量为593.6 mm，而年平均蒸发量达1 900 mm，约为降雨量的3倍，降雨主要集中在6—9月。年平均气温为12.3 ℃，每年的12月至次年的2月平均气温在0 ℃以下，1月份最低，平均气温为-3.9 ℃。该地区为海河水系冲积与海相沉积相互作用下形成的滨海低平原，地势低洼(大沽高程2.5 m)，地下水位高(距地面0.5～1.0 m)，矿化度大(70～1 089 g/L)，土壤含盐量高，1 m土体中平均含盐量4.73%，最高可达7%以上，为Na—Cl型的滨海盐土，土壤质地黏重，通气透水性差，植被稀少，农业产量低，生态环境脆弱[8]，是中国盐碱地的典型代表，研究天津滨海地区的盐碱地水盐动态具有代表意义。

受季风气候的影响，天津的降水主要集中在夏季，春秋冬季为干旱季节，特别是冬春季节，经常出现持续无降水现象，导致冬春连旱[9]。试验地区年(2012年)降水量为850.3 mm，降水主要集中在夏秋季节，6—9月降水量较高，占全年总降水总量的79.3%，春季降水占9.2%，秋季降水占11.5%，7月出现强降雨天气，降水总量达到357 mm，占总降水量的53%。天津地区从5月出现持续高温天气，最高气温出现在8月，最高可达33.5 ℃；12月至翌年1月平均气温偏低，多数气温达到零下，此时容易出现冻土现象，各离子活动微弱，因此本试验选取3—11月作为研究对象(图1)。降雨和温度都会对土壤中水盐变化起关键性作用，降水将土壤表层的盐分向下淋洗，并使地下水位迅速抬高，底部的盐分随地下水位上移，使底层土壤含盐量升高，而随着温度的升高，蒸发量逐渐增大，使盐分离子随蒸发的水分离子向表层土壤积聚。

图1 刺槐林地降水量及气温年动态变化

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验树种为耐盐碱乔木刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)，于2010年春季栽植，植株行距为3 m×3 m，翌年用同龄苗补植，利用自然降水，保持试验地的自然状态，目前(2012年)刺槐生长指标见表1。

表1 刺槐林生长指标

2.2 研究方法

2012年5—11月间，在刺槐林地内设置取样点，每月中下旬在同一取样点挖掘土壤剖面，剖面深度为80 cm，共设置5个层次：0—10，10—20，20—40，40—60和60—80 cm分层采集土样，测定土壤的含水量、含盐量以及各盐基离子含量，通过对土壤含水量和化学性质的分析测定，研究不同层次土壤的水盐动态变化规律。

2.3 数据处理

采用Microsoft Excel软件进行数据分析。

3 结果与分析

3.1 刺槐林土壤水盐年内动态变化

3.1.1 试验地土壤含水量年内动态变化 通过对试验地刺槐林土壤的含水量的年内动态变化研究发现(图2)：不同的土层之间的高峰期不同，0—20 cm的土壤含水量高峰期出现在降水量最大的7月，最高达28.8%，最低值出现在11月为11.9%；20—80 cm 的土壤含水量高峰期分别出现在5和10月，分别为26.0%和28.1%，最低值出现在11月为14.7%。总的来说，20—80 cm的土壤含水量高且稳定，0—20 cm土壤的含水量随时间波动大。这与试验地地区的气候特征以及土壤的组成特性有关，表层土壤疏松，受降水影响比较大，水分补充快，散失也快，而底层土壤受气温和降雨影响较小，随季节性变化不明显。图2中反映出表层土壤的含水量主要受降雨和蒸发量的控制，而深层土壤含水量则同时受到降雨量和地下水位的多层控制。

图2 刺槐林各土层土壤含水量年内动态变化

3.1.2 试验地区盐分含量年动态变化 土壤的含盐量与土壤含水量变化密切相关[11]。0—20 cm土壤含盐量在5和10月出现2个高峰期，分别为18.4%和12.8%，最低值出现在6月为5.4%；20—80 cm的土壤含盐量最高值出现在8月为9.1%，最低值出现在5月为4.2%。春(3—5月)秋(9—11月)季节土壤盐分含量随土层深度的增加而降低，表层土壤积盐严重，夏季(6—8月)土壤中的盐分被雨水向下淋洗，土壤含盐量随土层深度的增加而增大(图3)。总的来说，土壤中各土层盐分含量夏季低于春秋季节，表层土壤(0—20 cm)含盐量季节变化比较明显。

综上研究可得，土壤中盐分含量随土壤水分含量呈现出明显的季节性变化，有“盐随水来，盐随水去”的特点[12]。土壤含盐量随含水量变化主要分为以下4个阶段：第1阶段(3—6月)，该时期内土壤严重缺水，气温开始回升，在太阳辐射和风力作用下，土壤中水分蒸发强烈，导致盐分残留在土壤表层，该时期为土壤含盐量最高峰时期[13]，盐分随土层深度的增加而减少；第2阶段(6—9月)，该时期随着降雨的增加，土壤含水量达到最高，而土壤含盐量却随着雨水的淋洗降至最低，盐分随土层深度的增加而增大。到8月随着降水的开始减少，气温达到全年中最高，地表水分蒸发快，地下水位高[14]，盐分离子随着水分子的蒸发从底层土壤被带到上层土壤，使表层土壤的盐分得到补充，含盐量有小幅增加。第3阶段(9—11月)，气温逐渐降低，仍有少量的降水，此时气候干燥，水分蒸发使盐分向上层聚积，盐分随土层深度的增加而减少。第4阶段(11—2月)，此时降水量基本为零，气温急剧下降，土壤冻结，内部各项活动减弱，土壤含水量含盐量基本不变[7]，因此本文不做赘述。总的来看，表层土壤受气温和降水影响比较显著，水分和盐分含量随季节波动明显；而深层土壤水分与盐分含量随季节变化不明显，这可能与底层土壤受地下水位影响以及根系活动的影响有关。

图3 刺槐林各土层土壤含盐量年内动态变化

3.2 刺槐林土壤中各盐分离子以及pH值年分布规律

3.2.1 试验地区各盐分离子以及pH值年动态变化 Na作为盐碱地中主要的盐分离子，K，Ca，Mg作为土壤中的大量营养元素，其含量变化直接影响植物的生长情况[15]。对土壤中主要盐分阳离子分布特征分析：土壤中Na+，Ca2+和Mg2+含量在各层土壤中变化趋势相似，在0—10 cm土层中季节变化比较明显，春季(3—5月)各离子含量明显高于其他季节，Na+在5月达到年最高值4.27 g/kg，Ca2+和Mg2+在4月达到年最高值2.69和1.04 g/kg；在10—80 cm土层中各离子含量随季节变化不明显，分别在8和10月有小幅度上升趋势。K+作为土壤中含量最少的组分在不同季节中各土层含量变化比较明显，变化趋势基本一致，峰值分别出现在5和9月，为0.04和0.03 g/kg，同期表层土壤(0—10 cm)含量高于底层土壤(10—80 cm)(图4)。总的来看，K+，Na+，Ca2+和Mg2+含量变化与盐分含量变化趋势一致，春季(3—5月)气温回升，土壤水分蒸发严重，各离子在地表强烈积累；夏季(6—8月)随着降雨量的增多，离子被淋洗，土壤中各离子含量降低，到8月随着土壤中水分的增加，一些矿物质得到释放的，使土壤中各离子含量有所增加；秋季(9—11月)随着降雨的减少，气候干燥，地下水位抬高[14]，土壤中盐分随着土壤水分蒸发量逐渐升高。

图4 0-10 cm刺槐林土壤阳离子含量年内动态变化

试验地土壤的pH值偏高，集中在7.5～8之间，属于碱性土壤，pH值随季节变化不明显，同期各土层之间差异不显著，最高值出现在6月，土壤pH值为8.39，最低值出现在5月，pH值为7.37(图5)。

对比不同季节各离子在垂直剖面的变异系数，3—5月各离子的变异系数明显高于其他月份，说明春季各离子在土层中连续性差，表层土壤盐分积聚严重，造成离子在土壤各土层中分布不均，这与本文各离子分布分析研究结果一致。6—9月随着降雨增多，淋溶作用增强，各离子的迁移运动比较强烈，使得各离子在各土层之间的分布变的均匀。在10—11月份经过盐分的蒸发后，地下水对深层土壤的盐分有了一定的补给，使得各离子在不同土层中分布相对均匀。综上所述，我们可以针对不同季节的各离子在土壤剖面中的分布变化特征有针对性的对盐渍土进行改良。

图5 0-10 cm刺槐林土壤阴离子含量和pH值年内变化表2 土壤盐分离子的变异系数

离子变异系数/%3月4月5月6月7月8月9月10月11月K+162.98136.93111.4988.1339.1225.9130.1167.7542.70Na+34.0474.8776.3314.2121.5218.8618.0113.3124.80Ca2+69.7465.81104.982.8711.4114.2213.1826.5915.68Mg2+79.6693.30116.1320.7044.7626.3427.1471.7547.24Cl-29.9954.3388.477.6620.4619.2513.5825.8537.92SO2-415.9519.5969.8131.4316.4127.1010.8944.5119.12HCO-310.761.8813.5213.4812.3811.5211.9738.2910.41

4 结 论

通过对试验地区春夏秋3季土壤含水量和含盐量变化规律分析，得出试验地各土层年含水量变化范围在11.9%～28.8%；含盐量变化范围在4.2%～18.4%，含水量和含盐量随降雨量呈现明显的季节性变化，表层土壤(0—20 cm)水盐含量受降水影响变化最为明显；不同土层中土壤的含盐量随土壤含水量变化呈现出一定的规律性：春(3—5月)秋(9—11月)季，气候干燥少雨，土壤含水量低，在土壤的蒸发作用下表层土壤反盐严重，土壤盐分含量随土层深度的增加逐渐减小，夏季(6—8月)随着雨水的增多使盐分向下淋洗，地下水位抬高，土壤中含水量增大含盐量减小，土壤盐分含量随土层深度的增加而增大。降水直接影响表层土壤中的水分含量和各层次中盐分离子分布，大大降低了土壤盐分含量，促进刺槐林的生长。

本文对研究区域内各土层空间、季节的土壤水盐变化规律进行的研究与前人研究结果基本保持一致，并初次对滨海盐碱地不同盐基离子的具体季节的分布和变化规律做了探究，可作为该地区植树造林，改良滨海地区盐渍土的初步依据。但是在天津滨海地区造林除要充分考虑季节因素，选择根系范围深的林木外，植树造林时最好还要考虑到地下水位的影响，根据不同季节盐分特征进行综合治理，在旱季土壤返盐作用强烈的时节，做好排盐措施，在汛期要做好排水防涝措施。

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Soil Water and Salt Dynamic Variation inRobiniaPseudoacaciaPlanting Area of Coastal Saline-Alkali Area in Tianjin City

FU Ying， LI Suyan， SUN Xiangyang， WANG Linlin， ZHANG Wei， ZHANG Tao， ZHANG Junda

(AcademyofForestry，BeijingForestryUniversity，Beijing100083，China)

water and salt movement； water content； salt content

2014-06-23

2014-08-04

国家科技基础性工作专项“标准规范及数据库构建”(2014 FY120700)； 林业科技支撑项目(2009 BADB2 B0504)

付颖(1990—)，女(汉族)，山东省潍坊市人，硕士研究生，研究方向为土壤生态。 E-mail:momoyingying5@163.com。

李素艳(1968—)，女(汉族)，内蒙古自治区赤峰市人，博士，副教授，主要从事土壤与植物营养。 E-mail:lisuyan@bjfu.edu.cn。

A

1000-288X(2015)05-0028-06

S156.41