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土壤盐渍化威胁干旱区农业可持续发展。为揭示土壤水分(SWC)、电导率(EC)和 pH 的时空格局及驱动因素,研究人员对乌兰布和沙漠东北缘裸沙丘、灌丛沙丘及不同开垦年限耕地(2–50 年)开展 0–3 m 土层垂直分布研究。发现开垦 40–50 年耕地表层 EC 和 pH 显著降低,新垦耕地(2–5 年)亚表层存在盐渍化风险,土壤质地主导 SWC,耕作年限影响 EC 和 pH。研究为干旱区防次生盐渍化提供指导。
在干旱区,土壤盐渍化如同隐藏的 “生态杀手”,正悄然侵蚀着有限的农业资源。全球 9.55×10? hm2 的盐碱地、我国三分之一国土面积的干旱区,都面临着土壤水分(Soil Water Content, SWC)与盐分失衡的严峻挑战。传统 1 m 采样深度的研究难以捕捉深层土壤盐渍化风险,而不同土地利用方式下土壤水盐垂直分布规律的模糊,更让精准灌溉与盐渍化防控成为难题。在此背景下,中国研究人员针对乌兰布和沙漠东北缘荒漠绿洲过渡带开展深入研究,相关成果发表于《Agricultural Water Management》,为破解干旱区土壤可持续管理谜题提供了关键钥匙。
为揭开土壤水盐动态的 “垂直密码”,研究团队以裸沙丘、灌丛沙丘(nabkha dunes)及开垦年限为 2–5 年、12–15 年、25–30 年、40–50 年的耕地为研究对象,采用 1×1 km 网格采样法,在 0–3 m 土层内以 0.2 m 间隔采集土壤样本,结合土壤颗粒组成分析、电导率(Electrical Conductivity, EC)与 pH 测定,运用冗余分析(RDA)、地统计分析等技术,系统解析土壤水盐时空变异的驱动机制。
3.1 不同地貌类型下 SWC、EC 和 pH 的垂直分布
研究发现,裸沙丘的 SWC、EC 和 pH 均为最低,灌丛沙丘的 EC(188.20–636.83 μS?cm?1)和 pH(7.88–8.43)最高,尤其靠近水域的灌丛沙丘,早期开垦面临更高盐渍化挑战。开垦为耕地后,40–50 年耕地表层(0–0.4 m)EC 和 pH 分别降低 7.3–34.7% 和 3.9–7.2%,而长期灌溉下亚表层(0.4–3 m)EC 和 pH 趋于稳定。但新垦耕地(2–5 年)0.4–1 m 土层 EC 高于灌丛沙丘和老耕地,存在次生盐渍化风险。
3.2 荒漠绿洲过渡带 SWC、EC 和 pH 的水平分布
地统计分析显示,SWC、EC 和 pH 的空间自相关范围为 1.2–6.6 km,1 km 网格足以表征空间变异。EC 在 0.2–0.4 m 土层表现为弱空间依赖( nugget/sill 比 100%),受人类活动主导;其他深度及 SWC、pH 则以强空间依赖为主,受微地形、土壤质地等结构性因素影响。克里金插值图表明,耕地 SWC 高于灌丛沙丘附近区域,灌丛沙丘水域周边深层土壤 EC 较高,老耕地 pH 较低。
3.3 土壤水盐指标与环境因子的关联
Pearson 相关性及冗余分析表明,土壤质地(黏粒、粉粒含量)是 SWC 的主要控制因素,其解释力随深度增加至 20.6–61.0%。耕作年限对 EC 和 pH 变异贡献显著,在 0–0.4 m 土层主导 EC 变化,而 EC 与 pH 的强正相关揭示了碳酸盐溶解 - 淋溶等地球化学过程的联动效应。
研究证实,土壤水盐垂直分布可用二次或幂函数描述,随深度增加呈递增趋势。灌丛沙丘向耕地的转化可逐步降低表层盐分,但新垦耕地需警惕亚表层积盐。土壤质地通过持水能力影响 SWC,耕作年限则通过灌溉与耕作重塑盐分剖面。这些发现为干旱区优化灌溉制度、预防次生盐渍化提供了科学依据,尤其强调新垦耕地需采用精准灌溉策略,平衡节水与控盐需求。未来研究可进一步聚焦不同灌溉方式(滴灌、漫灌)对水盐运移的差异化影响,构建更具针对性的水盐调控模型,为全球干旱区土壤资源可持续利用开辟新路径。