时间：2015-12-21 00:33:45 所属分类：农业基础科学 浏览量:
土壤盐渍化主要参数的空间异质性是指土壤电导率、含水量、含盐量、pH 在空间上的不均匀性和变异性，由多重尺度上的植被类型、气候、地质结构和人为活动等多因素综合作用的结果。不论在大尺度上还是在小尺度上，盐渍化主要参数的空间变异性均存在。空间异质性
土壤盐渍化主要参数的空间异质性是指土壤电导率、含水量、含盐量、pH 在空间上的不均匀性和变异性，由多重尺度上的植被类型、气候、地质结构和人为活动等多因素综合作用的结果。不论在大尺度上还是在小尺度上，盐渍化主要参数的空间变异性均存在。空间异质性致使不同程度的盐渍化空间格局存在，空间格局是空间异质性的表现形式。
由于土壤要素具有地质结构特性和统计学的随机特性，所以地统计学是研究土壤属性空间分布特征和农田特征变异规律的有效方法。自 20 世纪 70 年代，该方法被引入土壤科学，随后土壤盐渍化的空间变异定量化研究成为一个热点问题。近年来，国内外学者采用不同方法在不同地区对土壤水盐的空间变异研究做了大量工作: 杨奇勇以禹城市 0 －20cm 耕层土壤盐分空间变异性为例，利用 GIS 和 GS + 探讨了不同土壤盐分阈值下，盐分的空间结构变化规律; 高婷婷等以渭干河 － 库车河三角洲绿洲为例，研究了基于流域尺度的土壤水溶性盐空间变异特征; 土壤盐渍化主要参数受地质、植被、地形和人为干扰等诸多因素的影响，具有高度的时空变异性和复杂性，因而增大了土壤盐渍化空间分布研究的难度。过去针对土壤盐渍化单一参数的空间异质性研究较多，对影响土壤盐渍化空间分布的多个参数空间异质性研究较少。文中以渭库绿洲为例，应用变异函数的基本原理和方法，定量研究不同剖面层土壤盐渍化主要参数的空间异质性特征，旨在揭示不同程度土壤盐渍化空间分布格局，对正确分析渭库绿洲土壤盐渍化的发生发展规律和土壤盐渍化的改良提供一定的实践依据和参考价值。
1、 试验设计及研究方法
1． 1 研究区概况
渭干河 － 库车河三角洲绿洲(以下简称渭库绿洲) 位于塔里木盆地的北缘，是一个典型山前冲积扇平原绿洲。该绿洲位于中纬度地区，远离海洋，属大陆性暖温带干旱气候，蒸发强烈，降水分布不均，为典型的绿洲农业。该地区农作物以玉米(15%) 、棉花(55%) 为主，并伴有骆驼刺(Alhagi sparsifolia) 、芦苇(Phragmites communis) 、等优良的防风固沙盐生灌丛，具有较高的经济价值和生态价值。
1． 2 土样采集
以渭库绿洲实际地表植被类型、土质以及微地形等因素为基础，利用GPS 尽可能的选取空间分布具有代表性的采样点。根据样区盐渍化程度不同，由灌区内部到外围，在定位点 30m 范围内进行梅花状采样，求其均值作为该样点的代表值。采样时间为 10 月中旬，处于秋收季，土壤较稳定。土壤剖面分三层取样 (0 －10cm、10 － 30cm、30 － 50cm) ，取 500克土样剔除土样中的植物根段、石粒等杂质，装入编号的塑料袋中封存并带回实验室用于室内各指标的测定。
同时，用铝盒取土样 30 － 50g 左右，并现场称重。共采集样点 52 个，土样 156 份。
1． 3 实验室样品测定
土壤样品在实验室自然风干，研磨，过 0． 15 －1mm 孔径筛，装入容器待用。土样制备均采用 5:1水土比进行抽滤浸提，并参考《土壤农业化学分析方法》测定样品的含盐量，用 EC200 型电导仪测定浸提液25℃ 时的土壤电导率。所取土样用烘干称重法获得土壤含水量，用 pH 电极进行浸提液 pH 测定。采用SPSS20． 0 计算描述性统计特征值，GS + 7． 0 进行半方差函数分析，ArcGIS10． 0 软件绘制 Kriging 空间插值分布图，进行空间异质性分析。
1． 4 取样数目的估算
为了使所取样本具有代表性，必须确定合理的取样数目。应用 Cochran 公式和分层采样法对各层土壤盐渍化监测合理采样。n = (t × Std)2/ d2式中: n 为合理的取样数目; Std 为样本标准差; t 为显著性水平∝时相对的标准正态偏差; d 为样本平均值 × 相对误差(%) 。
2、 结果与分析
2． 1 盐渍化主要参数的描述性特征统计分析
运用地质统计学研究区域化变量时，要求所研究的变量均服从正态或近似于正态分布，否则可能会存在比例效应。利用单个样本的柯尔莫哥洛夫 － 斯米诺夫(Kolmogorov － Smirnov) 检验方法进行正态检验，将不服从正态分布的数据，经对数转化后使其呈正态分布。标准差反应参数的绝对变异，变异系数(CV) 反映相对变异，CV≤10 为弱变异性，10 ＜ CV ＜100 为中等变异性，CV≥100 为强变异性。
土壤电导率和含盐量在土壤剖面层(0 －30cm) 的变异系数均 ＞100%，受随机性因素影响具有强空间变异性。由于人类不合理的灌溉及水分的蒸发，促使水溶性盐随水上移到土壤表面，导致渭库地区盐分表聚强烈。盐分平均值为 40． 26g/kg，属于重盐土类型(含盐量大于 5． 0g/kg)。(30 －50cm) 受结构性因素影响，属于中等空间变异性。土壤溶液电导率可以很好的指示土壤含盐量，土壤盐分的分布状态是确定土壤盐渍化程度的最主要指标。
表层土壤含水量属于强空间变异性，其余两层均属于中等空间变异性。随着土层深度的增加，土壤受外界因素影响减少，同时植被根系对水分有阻滞作用，土壤含水量有增加的趋势。土壤溶液 pH 值与含盐量呈负相关，pH 值越小，镁和铁等元素的可溶性相对增大，土壤盐渍化程度较大。浅层 pH(0 －30cm) CV＜ 25% ，属于弱空间变异性，深层(30 － 50cm) 25% ＜ CV ＜ 75% ，受随机性因素影响具有中等强度的空间变异性。
2． 2 土壤盐渍化主要参数的地统计特征分析
参考相关文献确定半方差函数理论模型及参数。盐渍化主要参数的决定系数在 0． 075 ～0． 843之间，表明理论半方差函数和实验半方差函数的拟合程度较好。
块金值代表随机因素引起的变异。基台值表示系统总的变异，较大的基台值意味着系统变量具有较强的空间变异。结构性因子(C/(C0+ C) ) 表示系统变量的空间相关性程度，比值 ＜ 25% 、25% ～ 75% 、＞ 75% 分别表示变量的空间相关性弱、中等、较强。变程表现了数据分布的结构性变化特征，在变程范围内区域化变量存在空间相关性，且变异性随距离的增加而增大; 在变程之外，空间自相关消失，因此变程的大小表示空间异质性尺度。
流域尺度上表层土壤电导率、含水量和含盐量的块金值和基台值明显大于后两层，说明总空间变异程度较大，空间结构比 ＜75%，属于中等空间相关性，其余两层均大于 75%，属于强空间相关性。土壤 pH 的块金值沿垂直方向逐渐增大，表明异质性中的随机部分有增强的趋势，在局部地区应采取合理施肥、灌溉等措施。pH 的变程均小于 100，说明具有小尺度的空间自相关性。
土壤各要素的半方差值大致围绕一条直线上下波动，空间变异性随间隔距离的增大有增长趋势，随着间距 h 的增大，增大到某个值后，不再增大。说明各采样点的盐渍化主要参数是空间相关的，在一定程度上均影响盐渍化的空间分布。
2． 3 Kriging 空间插值分析
Kriging 内插法是利用区域化变量的变异函数的结构特点和原始数据，对未测点给出最优无偏估计的一种方法，通过已知点推测周围未知点的土壤特征含量状况。通过分析空间插值图，在沙雅县和库车县的下游，即研究区的东部和南部，植被稀疏，下渗率高，含水量较低，蒸发强烈，引起地下水位抬升，土壤电导率和含盐量较高，形成重度盐渍化空间分布。在沙雅县和新和县的绿洲区域，即研究区的西部和西北部，植被覆盖度较高，植被根系的穿透能力以及对土壤水分阻滞的作用使得土壤水分充沛，土壤溶液 pH 值相对较大，呈轻度盐渍化空间分布，此结论与文献结果相一致。
3、 讨论
渭库绿洲土壤盐渍化主要参数的空间变异是成土母质、气候和人类活动等多种因素共同作用的结果。描述性特征统计值从变异系数的取值范围说明了盐渍化主要参数的空间变异强弱。由表 1 可知，浅层(0－ 30cm) 的土壤电导率和含盐量的标准差、变异系数的统计值均较大，具有强空间变异性，电导率和含盐量呈正相关，可作为反映土壤含盐量高低的重要指标之一，与文献结论相同，在文中这一规律被证实。
变异函数模型的主要参数(块金值、基台值、变程、分维数) 从不同角度解释了产生变异的主导因素、变异程度、空间自相关性和尺度依赖，Kriging 空间插值结果以图的形式更直观地展示盐渍化要素的空间分布格局及变异程度。空间分布的复杂程度代表空间变异的强弱，分布越复杂，变异就越强烈，反之则就越弱。
表层的电导率、含水量和含盐量的空间相关范围最大，空间分布相对简单，pH 的空间相关范围最小，空间分布复杂。
根据半方差函数理论模型分析，表层土壤溶液电导率、含水量和盐分主要受随机性因素的影响表现为中等空间相关性，在 10 －30cm，30 －50cm 剖面层受结构性因素影响较大，表现为强空间相关性，pH 值受随机性因素影响。
4、 结论
长期以来，在研究区不同程度盐渍化是农作物生长的限制因子，影响当地的经济发展。对该地区土壤盐渍化多个参数的空间异质性研究，可以更全面的反映不同程度盐渍化空间分布现状，并采取相应措施防止盐渍化。
(1) 从变异系数看，浅层(0 －30cm) 土壤含盐量和电导率均为强空间变异性，深层(30 －50cm) 为中等空间变异性。表层(0 －10cm) 土壤含水量为强空间变异性，10 －50cm 均为中等空间变异性。随着深度的增加 pH 的空间变异性逐渐增强。
(2) 表层电导率、含水量和含盐量的空间结构比均 ＜75%，受随机因素影响具有中等空间相关性，(10－ 50cm) 空间结构比均 ＞ 75% ，受结构性因素影响具有强空间相关性。
(3) 从 Kriging 插值的结果可知，土壤盐分和电导率表现出东南部高，西北部低的分布规律，说明电导率和含盐量存在空间正相关性; 相反，pH 和含盐量呈负相关。电导率和含盐量高、pH 值小、含水量低说明盐渍化程度较严重。盐渍化主要参数变异越大，盐渍化空间分布越复杂。
通过上述分析，认为研究区土壤盐渍化主要分布在扇形边缘。绿洲的东部、南部和东南部含盐量较高，应积极采取措施改良土壤盐渍化，提高土地利用率。盐渍化主要参数的异质性在空间和时间上均存在，要全面了解相关参数的空间异质性，还需连续取样来分析不同时间段上的异质性。
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