中国西北部盐碱地的土壤质量及其影响因素

《Frontiers in Environmental Science》：Soil quality and its determinants in saline-alkali land of northwest China

盐碱地质量受自然与人为因素耦合影响，宁夏黄河灌区通过分层抽样分析2543个样本，整合土壤、地形、管理及生物多样性数据，发现pH、碱解氮、土壤质地和排水能力为核心驱动因素，其中土壤质地贡献率最高（20.47%），pH与碱解氮交互作用显著（4.84%）。空间异质性分析表明，土壤肥力呈现北高南低分布，低质量区多集中于黄河下游及风沙边缘。分区管理策略提出北部推广秸秆炭改良与滴灌结合，中部构建防风林带与苜蓿轮作系统，南部建立植被-微生物动态监测网络，为西北旱区盐碱地可持续管理提供理论支撑。

　　本研究聚焦于中国黄河中游宁夏段盐碱地的综合管理问题，旨在通过系统性分析多因素间的相互作用，揭示盐碱地质量的空间分布特征，为西北地区盐碱地的分区管理与功能协调提供理论支持和技术依据。当前，关于盐碱地管理的研究多集中于单一指标或小范围分析，缺乏对多因素交互作用及宏观尺度空间异质性的系统评估。因此，本研究选取了宁夏13个典型县区，采用分层随机抽样设计，建立了2,543个采样点，结合土壤、地形、管理措施和生物多样性等多源数据，通过层次分析法（AHP）确定指标权重，并运用路径分析和JMP功效分析方法，量化不同因素对盐碱地质量的直接、间接及交互作用影响。

研究结果表明，盐碱地的盐分与养分呈现出“北高南低”的空间分布格局，土壤质量等级也呈现类似的趋势。其中，土壤pH值、碱解氮（AHN）、表层土壤质地和排水能力被识别为影响土壤质量的核心因素。表层土壤质地对土壤质量的贡献最大，达到20.47%，而pH与AHN之间的交互作用最为显著，贡献率达4.84%。此外，高生物多样性区域往往与低盐碱度和高有机质含量区域高度重合，说明土壤质量与生物多样性之间存在紧密关联。这些发现为实现盐碱地的可持续利用和区域化管理提供了重要的科学依据。

宁夏黄河灌溉区是西北地区重要的粮食生产基地，长期的盐碱化问题严重制约了区域农业的可持续发展。盐碱化主要由自然条件（如降水少、蒸发量大）和人为管理措施（如灌溉与排水系统不协调）共同作用导致。盐碱化过程不仅破坏了土壤结构，还导致土壤pH值升高，有机质含量下降，最终影响作物产量和农产品质量。在严重盐碱化区域，不仅作物减产，还伴随着生物多样性的减少和地下水污染。因此，盐碱地的治理和修复必须兼顾自然条件与人为干预，采取综合措施，以实现生态与生产功能的协同提升。

本研究的创新之处在于，通过综合考虑土壤理化性质、地形地貌、农业管理措施和生物多样性等多个维度，构建了一个多因素耦合的评估体系。这一体系不仅能够反映盐碱地质量的空间异质性，还能揭示不同因素对土壤质量的多层级影响。例如，土壤pH值直接调节土壤中碱性离子的平衡，对土壤质量具有显著的促进作用；而碱解氮（AHN）则表现出抑制作用，其直接路径系数为?0.514，表明其与土壤质量呈负相关。表层土壤质地通过影响土壤结构，间接调控盐分迁移过程，其对土壤质量的间接贡献达到20.47%；排水能力则通过控制地下水位，限制盐分通过毛细作用向地表迁移，其直接贡献为20.28%。此外，pH与AHN之间的交互作用对土壤质量的影响也十分显著，说明这两个因素在盐碱化过程中具有协同效应。

从区域角度来看，宁夏黄河段的盐碱地管理措施呈现出多样化特征。北部地区（如惠农区、平罗县）因自然条件和人类活动的双重影响，盐碱化问题较为严重，但已开始探索结合生物炭改良与滴灌技术的综合治理模式。中部地区（如青铜峡市、灵武市）则强调通过构建盐碱阻隔林网和排水相结合的治理体系，来抑制风蚀与盐分迁移的耦合作用。南部地区（如沙坡头区）则注重建立“植被-微生物”监测网络，以评估耐盐植物对地下水动态的影响，并通过动态管理策略提升土壤质量。同时，针对城市化过程中盐碱地与城乡交错带的利用问题，以及农牧交错带作物轮作系统的优化问题，研究建议应进一步开展相关探索，以推动盐碱地的可持续利用。

研究还发现，盐碱地的治理效果与区域的生态条件密切相关。例如，在北部的沙地环境中，土壤结构的改善和微生物群落的调控是关键。通过施用生物炭改良剂，可以有效提升土壤的通透性，促进盐分的淋洗作用，同时增强土壤的肥力。而在中部的灌溉区，构建密集的防护林网（如胡杨和骆驼刺）可以有效阻挡风沙，改善土壤微环境，进而促进作物生长。此外，合理的农业管理措施，如轮作和间作，不仅有助于减少盐碱化对土壤结构的破坏，还能通过增加有机质含量，改善土壤的肥力和生态稳定性。微生物群落的多样性同样对土壤质量具有重要影响，其丰度的增加可以增强土壤团聚体的稳定性，改善土壤结构，从而缓解盐碱化带来的负面影响。

从区域生态角度来看，盐碱地的治理不仅是农业问题，更涉及生态环境的修复。盐碱化不仅影响土壤肥力，还可能导致地下水污染和生物多样性下降。因此，盐碱地的治理应综合考虑生态功能与农业生产目标，推动生态与生产功能的协调统一。例如，在北部的盐碱地治理过程中，通过“生物炭改良+滴灌”模式，可以实现对土壤结构和盐分迁移的双重调控，从而提升土壤质量。而在中部的灌溉区，通过构建“防护林网+间作系统+排水工程”的综合措施，可以有效阻断风蚀与盐分迁移的耦合作用，提升土壤的生态稳定性。南部的盐碱地治理则应注重通过“植被-微生物”协同调控，实现对地下水动态和土壤质量的动态管理。

研究还指出，盐碱地的治理应基于区域特点，因地制宜地制定管理策略。例如，在北部的低洼地区，排水能力的提升是关键；而在中部的灌溉区，应注重防护林网的建设与作物轮作系统的优化；在南部的沙地环境，则需关注植被恢复与微生物调控的协同作用。此外，对于城市化过程中盐碱地的利用问题，应加强对其生态功能的评估，避免因城市扩张导致盐碱地的进一步退化。同时，盐碱地的长期治理效果需要持续监测，以确保各项措施的有效性和可持续性。

综上所述，盐碱地的治理是一个复杂的系统工程，涉及自然条件与人为干预的多重因素。通过多源数据的整合和多因素耦合分析，本研究揭示了盐碱地质量的空间分布规律及其关键影响因素，为西北地区盐碱地的分区管理提供了科学依据。未来的研究应进一步关注盐碱地治理的长期效果，拓展对盐碱地在城乡交错带和农牧交错带中的利用研究，并深入探索微生物在盐碱地生态修复中的功能机制。通过提升遥感和建模技术，以及加强多因素耦合分析，有望进一步优化盐碱地治理策略，实现生态与生产功能的协调发展。