西北干旱区由于地理位置和气候条件特殊，土壤盐渍化问题尤为突出^[1]。区域生态环境不断恶化，盐碱化土地面积不断扩大，土壤盐渍化问题成为众多学者关注的热点^[2,3]。干旱区荒漠化过程中，最敏感、影响最强烈和变化最为显著的区域是绿洲边缘带，它对人为干扰和自然干扰反应迅速且幅度巨大，是进行区域研究的关键地带^[4]。艾比湖湿地是我国重要的湿地之一，也是新疆最大的湖泊湿地。近年来，随着人类活动日益加剧，艾比湖湖面干缩严重，生态环境恶化，原有的绿洲生态系统逐渐向荒漠化生态系统演化^{[5, 6, 7]}。湿地土壤是特殊的水文和植被条件下形成的有着独特发育过程的土壤，对于湿地生态系统平衡的维持和演替有着重要意义^[8]。西北干旱区土壤问题一直以来都备受专家学者的关注，近年来的研究成果很好地揭示了区域土壤空间变异性规律^[9]。目前，对土壤的研究方法趋于成熟，研究技术手段也日渐多元化^[10]。关于土壤盐分的研究内容越来越丰富，随着生态系统的退化，区域土壤盐渍化问题备受关注^[11]。通过对艾比湖湿地土壤的理化性质、土壤有机碳、土壤养分、土壤有机质以及不同植物群落下土壤的性质的研究中可以看出：艾比湖周围的土壤盐化、碱化严重^[12]，土壤以氯化物型为主^[13]，盐分存在明显的表聚现象。目前，关于艾比湖湿地土壤盐分离子的空间变异规律的研究主要集中于表层0~30 cm土壤^[14]，同时，众多学者也将艾比湖湿地土壤研究的重点放在了土壤呼吸和土壤有机碳方面^[15]。对于更深层次土壤中盐分分布情况以及土壤盐分离子的特征还有待进一步研究。本文以艾比湖湿地边缘带的土壤为研究对象，通过野外调查采样和分析，综合应用土壤地理学、分析化学、统计学等研究手段分析土壤盐分垂直剖面分布特征，从而了解艾比湖湿地边缘带0~60 cm土壤盐分分布情况，以期为艾比湖湿地边缘带土壤沙化以及盐渍化的治理提供参考。

艾比湖位于新疆博尔塔拉蒙古自治州博乐市和精河县境内，西北紧邻著名的风口阿拉山口口岸，北邻塔城地区托里县，属温带大陆性气候，干燥少雨多风，年日照时数约为2 800 h，日平均气温6~8℃，年均降水量90.9 mm，年蒸发量3 790 mm以上。地理位置82°35′~83°10′E，44°54′~45°08′N，研究区内典型土壤为灰漠土、灰棕漠土、风沙土、盐渍化土、草甸土、沼泽土、棕钙土、灌漠土和沼泽土等^[16]。研究区内主要植物种类有梭梭Haloxylon ammodendron、胡杨Populus euphratica、芦苇Phragmites australis、柽柳Tamarix ramosissima、黑枸杞Lycium ruthenicum、盐穗木Halostachys caspica、盐节木Halocnemum strobilaceum、碱蓬Suaeda pterantha、盐爪爪Kalidium foliatum、琵琶柴Reaumuria soogarica等^[17]。

2014年8月，采用GPS定位技术，选取艾比湖湿地边缘带26个样点进行土壤样品采集，采样点坐标如图 1所示，每个土壤剖面采集4层，分别是0~5、5~20、20~40、40~60 cm，采集土样共104个。

图 1(Fig. 1)

图 1 艾比湖湿地边缘带采样点分布图 Fig. 1 Sampling points on peripheral wetlands around Ebinur Lake

野外采回的土样经过风干、磨细、过筛处理后，装入自封袋并标明采集地点、土样编号备用。土样在实验室自然风干后，剔出土壤以外的侵入体(如植物残茬、石粒等杂质)，将风干磨碎土壤过0.15 mm筛，取10 g土样与50 g蒸馏水(水土比5︰1)混合，经过振荡和离心，取上清液进行土壤盐分的测定。总盐含量采用质量法测定；HCO^-₃、CO^2-₃含量采用双指示剂滴定法；Cl^-含量采用硝酸银滴定法测定；SO^2-₄含量采用EDTA间接络合滴定法测定；Ca²⁺、Mg²⁺含量采用EDTA络合滴定法；K⁺+Na⁺含量用差减法计算求得^[18]。

运用Excel软件进行数据统计制图，利用SPSS19.0软件进行相关性分析。

表 1为艾比湖湿地边缘带26个样本不同层次土壤盐分描述性统计：结果表明，研究区所有采样点土壤盐分取值范围为：0.06~29.69 g·kg^-1，差异相对较大，说明研究区土壤盐分含量存在本底差异。0~5、5~20、20~40、40~60 cm土层中盐分含量平均值呈现逐层递减的特征。各层土壤盐分含量最大值与最小值差异明显，其中，5~20 cm土层中最小值仅为0.06 g·kg^-1，说明该层土壤中盐分含量变异性明显。0~5、5~20、20~40、40~60 cm土层盐分含量的中值分别为：5.59、2.48、2.71、1.52 g·kg^-1，与均值差异较大，说明土壤中盐分的分布不均匀，土壤盐分主要富集在表层。变异系数是反映变量离散程度的重要指标，在一定程度上揭示了变量的空间分布特征。根据变异系数的大小土壤变异性可分为：变异系数≤10%为弱变异，变异系数在10%~100%为中等变异，变异系数≥100%为强变异^[19]。在研究区各层次土壤中，变异系数随土层深度的增加而增大，依次为：0~5 cm＜5~20 cm＜20~40 cm＜40~60 cm，0~5、5~20 cm土层变异系数分别为0.99和0.93，属于中等变异程度；20~40、40~60 cm土层变异系数均为1.08，属于强变异程度。

表 1(Tab.1)

表 1 土壤盐分含量描述性统计Tab.1 Descriptive statistics of soil salt contents 土层(cm) 样本数 最大值/(g·kg-1) 最小值/(g·kg-1) 平均值/(g·kg-1) 中值/(g·kg-1) 标准差 方差 变异系数 0~5 26 29.69 0.27 8.19 5.59 8.07 65.05 0.99 5~20 26 15.26 0.06 3.59 2.48 3.35 11.23 0.93 20~40 26 22.02 0.23 4.70 2.71 5.06 25.63 1.08 40~60 26 8.14 0.27 2.31 1.52 2.49 6.20 1.08

表 1 土壤盐分含量描述性统计 Tab.1 Descriptive statistics of soil salt contents

对土壤盐分离子含量进行统计，结果如图 2所示。艾比湖湿地边缘带4个土壤层次，阴离子中Cl^-含量最高，为268.87 g·kg^-1，占阴离子总量的81%，其次是SO^2-₄、HCO^-₃、CO^2-₃，含量分别为28.06、19.38、13.7 g·kg^-1；阳离子中K⁺+Na⁺含量最高，为146.25 g·kg^-1，占阳离子总量的92%，Mg²⁺含量最小，为2.67 g·kg^-1。因此，可知K⁺+Na⁺和Cl^-是艾比湖湿地边缘带土壤中主要的盐分离子。

图 2(Fig. 2)

图 2 各盐分离子含量及占总盐比例 Fig. 2 Relative contents of 8 ions in relation to total saltRelative contents of 8 ions in relation to total salt

土壤易溶盐主要是由HCO^-₃、CO^2-₃、Mg²⁺、Cl^-、Ca²⁺、SO^2-₄、K⁺、Na⁺等组成。艾比湖湿地边缘带土壤中八大离子占总盐含量的比例如图 2所示：整个边缘地带土壤阳离子以K⁺+Na⁺含量最高，占总盐量的29.9%，Mg²⁺最低，只占到总盐量的0.6%；阴离子中Cl^-含量明显高于其他阴离子，占总盐量的55.2%，CO^2-₃最低，占总盐量的2.8%。组成湿地边缘带土壤的盐分类型共有8种，根据溶解度大小可分为易溶盐(NaCl、CaCl₂、Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaHCO₃)、中溶盐(CaSO₄)、微溶盐[Ca(HCO₃)₂]和难溶盐(CaCO₃)，边缘带土壤可溶性盐主要以钠盐为主，主要盐分为NaHCO₃和NaCl等。

土壤盐分在剖面中垂直移动，主要受到气候、温度、湿度、蒸发量和降水量等因子以及地表覆盖植被的吸收和土壤水分含量的影响。图 3为土壤各盐分离子在剖面中的分布情况，土壤盐分离子含量随土层深度的增加呈现递减趋势，SO^2-₄和Ca²⁺含量递减的趋势最为明显，各盐分离子集中在0~5 cm土层，体现了土壤盐分含量明显的表聚作用，这与人类活动方式、地表植被覆盖等因素有关，人类的农业生产活动以及自然环境影响已经成为该区域土壤盐渍化的主导因素，使得盐分离子在表层富集，植物的根系从深层土壤中吸收水分，也使盐分离子含量随着水的迁移而发生变化。Cl^-、Mg²⁺、K⁺+Na⁺在0~60 cm土壤中的含量均表现为：0~5 cm>20~40 cm>5~20 cm>40~60 cm，CO^2-₃含量在各层土壤中变化不大，说明CO^2-₃在土壤中分布比较均匀，HCO^-₃含量在0~40 cm土层中含量基本相同，40~60 cm土层中含量明显减少。

图 3(Fig. 3)

图 3 艾比湖湿地边缘带土壤盐分离子在各土层中的分布 Fig. 3 Salt ion distribution in soil at various layers of peripheral wetlands around Ebinur Lake

艾比湖湿地边缘带土壤盐分离子的相关性分析结果见表 2，可以看出HCO^-₃与Cl^-、SO^2-₄、Ca²⁺、K⁺+Na⁺之间存在显著的正相关关系，其中HCO^-₃与SO^2-₄相关系数最高，为0.462；CO^2-₃与Cl^-、K⁺+Na⁺之间存在极显著的正相关，与Ca²⁺之间存在着显著的正相关；Cl^-与K⁺+Na⁺之间相关系数最高，达到了0.997，与SO^2-₄、Ca²⁺之间也存在着极显著的正相关，相关系数分别为0.661和0.711；SO^2-₄与Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺+Na⁺之间存在着极显著的正相关，其中SO^2-₄与Ca²⁺之间的相关性最高，相关系数为0.800；Mg²⁺与Ca²⁺之间显著正相关，相关系数为0.424；Ca²⁺与K⁺+Na⁺之间极显著正相关，相关系数为0.723。

表 2(Tab.2)

表 2 土壤盐分离子的相关性(n=108)Tab.2 Correlation coefficients between salt ions HCO-3 CO2-3 Cl- SO2-4 Mg2+ Ca2+ K++Na+ HCO-3 1 CO2-3 -0.194 1 Cl- 0.403* 0.599** 1 SO2-4 0.462* 0.33 0.661** 1 Mg2+ 0.034 0.048 0.311 0.585** 1 Ca2+ 0.432* 0.424* 0.711** 0.800** 0.424* 1 K++Na+ 0.434* 0.618** 0.997** 0.689** 0.296 0.723** 1

表 2 土壤盐分离子的相关性(n=108) Tab.2 Correlation coefficients between salt ions

本研究中，艾比湖湿地边缘带土壤盐分含量存在本底差异，各层土壤盐分含量最大值与最小值差异明显，平均值与中值差异较大，说明各层土壤中盐分分布不均匀，表层土壤盐分含量以及各盐分离子含量均大于中下层土壤，盐分表聚现象明显，土壤盐碱化严重。土壤盐分离子主要以K⁺+Na⁺和Cl^-为主，说明土壤含盐量同时受到Cl^-和K⁺+Na⁺的影响；土壤盐分阳离子中，Mg²⁺含量最低，在各层土壤中表现为逐层递减，阴离子中，CO^2-₃含量最低，在各层土壤中分布均匀。

研究区各盐分离子主要集中在0~5 cm土层，这可能是受到人类生产活动的影响，人类长期不合理的灌溉方式是盐分在土壤表层聚集的主要原因。通过各盐分离子之间的相关性分析，艾比湖湿地边缘带土壤中各盐分离子之间确实存在相关性，其中CO^2-₃与Cl^-、K⁺+Na⁺之间存在极显著的正相关关系，SO^2-₄和Cl^-均与Ca²⁺、K⁺+Na⁺之间呈现极显著的正相关，Cl^-与K⁺+Na⁺之间相关系数达到了0.997，Ca²⁺与K⁺+Na⁺之间相关性极显著，相关系数为0.723。HCO^-₃与Cl^-、SO^2-₄、Ca²⁺、K⁺+Na⁺之间存在显著的正相关关系，与Mg²⁺的相关性不显著，这与马成霞等^[20]的研究有一定差异，主要是因为边缘带土壤中Mg²⁺含量较少。

艾比湖湿地边缘带土壤盐分的表聚是自然和人为因素共同作用的结果。干燥的气候使得艾比湖地区干旱少雨、蒸发强烈，随着表层土壤水分的强烈蒸发，土壤盐分向上集聚，土壤趋于盐渍化；近年来，由于人类盲目追求经济利益，不合理的灌溉方式导致地下水位上升，地表土壤盐渍化程度严重。湿地边缘带性质特殊，对自然因素破坏修复尚且困难，加之人类的破坏日益加剧，最终导致土壤严重沙化。了解艾比湖湿地边缘带土壤盐分的分布，研究艾比湖湿地土壤盐碱化治理方法是后期的重要研究方向。