吉林省西部土壤养分状况及盐碱化特征分析正文.docx

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吉林省西部土壤养分状况及盐碱化特征分析正文

　　学校代码：

10200　　　　　　　　研究生学号：

10200200721533

分类号：

Q14　　　　密　　　级：

无

硕士学位论文

吉林省西部土壤盐碱特征

和养分状况分析

Salinitycharacteristicsandnutrientstatusanalysisofsoil

inthewesternJilinProvince

作者：

苑芷茜

指导教师：

李志坚副教授

学科专业：

生态学

研究方向：

资源生态学

学位类型：

学历硕士

东北师范大学学位评定委员会

2010年3月

独　创　性　声　明

本人郑重声明：

所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。

据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。

对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。

本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：

　　　　　日期：

学位论文使用授权书

本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

学位论文作者签名：

　　　　　指导教师签名：

日　　期：

　　　　日　　　　期：

学位论文作者毕业后去向：

工作单位：

电话：

通讯地址：

邮编：

摘要

随着全球人口快速增长对自然资源的大量需求与自然资源因人类过度利用而导致短缺的矛盾日益激化，人们逐渐意识到对土壤等自然资源保护及合理利用的重要性[1，2]。

作为世界上人口最多的发展中国家，如何合理的利用有限的土壤资源，以满足日益增长的粮食需求，成为了我国关注的热点问题之一。

据联合国教科文组织（UNESCO）和粮农组织（FAO）不完全统计，全世界各种类型的盐碱土面积约为9.55×108hm2，约占地球陆地表面的10%[3]。

我国盐碱土总面积约为9,913×104hm2，主要分布在东北、华北、西北内陆地区及长江以北沿海地带[4]，吉林省西部是我国土壤盐碱化最严重的地区之一。

其土壤盐碱化面积已达1.53×106hm2,土地盐碱化近年来呈加速发展趋势，表现为面积扩大、程度加重。

重度盐碱化占盐碱化总面积的比例已由1958年的26.9％增至1999年的43.7％，严重制约着吉林省西部农业持续发展及人民生活水平的提高[5，6]。

可见，进行西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被，是吉林省西部面临的重要课题。

盐碱土形成的原因是多元化的，不同地区土壤的组成和性质也不尽相同。

要想合理利用并改善吉林省西部地区土壤，就要对吉林省西部地区土壤的组成和性质进行研究，因地制宜的提出合理的使用、管理及保护措施。

而在土壤的组成和性质中，盐碱性和养分状况占有非常重要的位置。

所以，本文研究分析了吉林省西部土壤的盐碱化特征和养分状况，以及它们间的相互关系，这对吉林省西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被具有非常重大的理论和指导意义。

关键词：

盐碱化；吉林省西部；盐碱化特征；养分状况

Abstract

Withtheglobalpopulation,alargenumberoffast-growingdemandfornaturalresourcesandnaturalresourcescausedbyhumanover-exploitationofshortageisincreasinglyintensified,itbecameincreasinglyawareofthesoilandothernaturalresourcesprotectionandrationalutilizationoftheimportance[1,2].Astheworld'smostpopulousdevelopingcountry,thereasonableuseoflimitedsoilresourcestomeetthegrowingdemandforfoodhasbecomeahottopicofconcerntomycountry.

AccordingtotheUNESCOandtheFAOstatistics,theworld'sdifferenttypesofsaline-alkalisoilareaofabout9.55×108hm2,theEarth'slandsurfaceabout10%[3].Saline-alkalisoilofChina'stotalareaofabout9,913×104hm2,mainlydistributedinnortheast,north,northwestinlandareasandtheYangtzeRivernorthofthecoastalzone[4],inwesternJilinProvinceisChina'smostserioussoilsalinizationintheworld.Itssoilsalinizationareahasreached1.53×106hm2,landsalinizationinrecentyears,acceleratingthedevelopmenttrendoftheperformanceoftheareaisexpanding,increasingthedegree.Severesalinizationsalinizationaccountedfortheproportionofthetotalareain1958from26.9%to43.7%in1999,seriouslyrestrictingthesustainabledevelopmentofagricultureinwesternJilinProvinceandthepeople'slivingstandards[5,6].CanbeseenthattheWesternefforttoimprovetheecologicalenvironmentandrestorevegetationsaline-alkalisoilisanimportantissuefacingthewestofJilinprovince.

Saline-alkalisoilformationduetoawiderangeofdifferentsoilcompositionandnaturearealsodifferent.TotherationaluseofandimprovethesoilinthewesternregionofJilinProvince,JilinProvinceinthewesternregionisnecessaryforthecompositionandthenatureofthesoilstudy,accordingtolocalconditionsofreasonableuse,managementandprotectivemeasures.Thecompositionandnatureofthesoil,thesalinityandnutrientstatusoccupiedaveryimportantposition.Therefore,thispaperanalyzesthesoilsalinizationinthewesternJilinProvincecharacteristicsandnutrientstatus,andtheirinter-relationship,whichistherectificationoftheecologicalenvironmentinwesternJilinProvince,torestorethevegetationsaline-alkalisoilhasaveryimportanttheoreticalandguidingsignificance.

Keywords:

salinization;WestofJilinProvince;salinizationcharacteristics;

nutrientstatus

目录

摘要I

AbstractIII

目录V

1引言1

1.1研究意义1

1.2土壤盐碱化国内外研究进展2

1.3土壤盐碱化特征国内外研究进展3

1.4土壤养分状况国内外研究进展4

2研究方法6

2.1研究地区自然概况6

2.2土壤取样及盐碱指标的测定6

2.2.1土壤取样及样品处理6

2.2.2土壤盐碱指标的测定6

2.3土壤养分状况的测定8

2.3.1全氮的测定—凯氏定氮仪8

2.2.2有机质的测定—重铬酸钾容量法8

2.2.3速效氮的测定—半微量蒸馏法（Makham型半微量蒸馏定氮器）9

2.2.4速效磷的测定—碳酸氢钠法10

2.2.5速效钾的测定—醋酸铵—火焰光度计法11

2.4数据分析与处理12

2.4.1主成分分析法12

2.4.2聚类分析12

2.4.3相关分析12

3结果与分析14

3.1吉林省西部土壤盐碱化程度分级14

3.1.1吉林省西部土壤盐碱化程度的主成分分析14

3.1.1吉林省西部土壤盐碱化程度的聚类分析16

3.2吉林省西部土壤盐碱特征18

3.3吉林省西部土壤养分状况19

3.4吉林省西部土壤盐碱特征和养分状况的关系21

4结论22

3.1吉林省西部土壤盐碱化程度分级22

3.2吉林省西部土壤盐碱特征22

3.3吉林省西部土壤养分状况22

3.4吉林省西部土壤盐碱特征和养分状况的关系22

参考文献24

1引言

土壤是人类最早开发，也是人类最频繁利用的生产资料。

“民以食为天，食以土为本”，土壤给予了人类赖以生存的根本，同时它也是人类所需的其他宝贵资源的源泉。

土壤资源同光、热、水等资源一样被人类称之为再生资源，但从数量上来说，它同时也是有限资源。

因为地球表面每形成1cm厚的土壤，就最少需要300年的时间。

然而，人类在其发展过程中对土壤一味无知的掠夺，却毫不重视对这一有限资源的保护，导致土壤质量严重衰退。

尤其是到20世纪中期，经济的迅猛增长更是加剧了人类对自然环境的干扰。

随着全球人口快速增长对自然资源的大量需求与自然资源因人类过度利用而导致短缺的矛盾日益激化，人们才逐渐意识到对土壤等自然资源保护及合理利用的重要性[1，2]。

而作为世界上人口最多的发展中国家，如何合理的利用有限的土壤资源，以满足日益增长的粮食需求，也成为了我国关注的热点问题之一。

据联合国教科文组织（UNESCO）和粮农组织（FAO）不完全统计，全世界各种类型的盐碱土面积约为9.55×108hm2，约占地球陆地表面的10%[3]。

由于所处地理位置不同，气候条件差异，盐碱土在不同国家和地区的分布也有很大差别。

我国盐碱土总面积约为9,913×104hm2，主要分布在东北、华北、西北内陆地区及长江以北沿海地带[4]，吉林省西部是我国土壤盐碱化最严重的地区之一。

其土壤盐碱化面积已达1.53×106hm2,土地盐碱化近年来呈加速发展趋势，表现为面积扩大、程度加重。

重度盐碱化占盐碱化总面积的比例已由1958年的26.9％增至1999年的43.7％，严重制约着吉林省西部农业持续发展及人民生活水平的提高[5，6]。

可见，进行西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被，是吉林省西部面临的重要课题。

1.1研究意义

盐渍土（Salt-affectedSoil或SalineSoil）亦称盐碱土（Saline-alkaliSoil），我国农民俗称盐碱地。

这是一种世界性的低产土壤，甚至是不毛之地，但是很多情况下又兼具地势平坦和灌溉之便，因而自古以来就为世人所瞩目[7]。

盐碱土是在各种自然环境因素和人为活动因素综合作用下，盐类直接参与土壤形成过程，并以盐（碱）化过程为主导作用而形成的，具有盐化层或碱化层，土壤中含有大量可溶盐类，从而抑制作物正常生长的土壤[8]。

盐碱土形成的原因是多元化的，张殿发、王世杰从生态地质环境的角度对吉林西部土地盐碱化的成因进行了系统分析，认为吉林西部土地盐碱化的形成是在脆弱的生态地质环境基础上叠加了人类不合理活动的综台结果”，其中包括气候、地形、地质、水文和水文地质著等环境因素[9]。

正是由于盐碱土形成的原因是多元化的，所以吉林省西部土壤的组成和性质也不尽相同。

要想合理利用并改善吉林省西部地区土壤，就要对吉林省西部地区土壤的组成和性质进行研究，因地制宜的提出合理的使用、管理及保护措施。

而在土壤的组成和性质中，盐碱性和养分状况占有非常重要的位置。

可见，对吉林省西部土壤的盐碱化特征及养分状况的研究对进行西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被具有非常重大的理论和指导意义。

1.2土壤盐碱化国内外研究进展

土壤盐碱化是全世界面临的一个难题，长期以来国内外学者对土地盐碱化进行了广泛深入的研究。

在土地盐碱化成因机理，遥感监测、模拟预测及改良措施（植物耐盐性等）等多方面均有大量的成果，为盐碱化土地的改良治理打下了坚实的基础。

在盐碱化成因机理方面，相关的研究主要集中在环境条件、人类活动等方面。

Mason认为盐碱地的形成、演化与地球化学循环过程有密切联系[10]。

王常明等在研究吉林西部地区盐碱地的形成过程中，指出盐碱化除收气候影响外还受到水温地质环境的控制[11]。

继张殿发、王世杰等提出土地盐碱化的形成是在脆弱的生态地质环境基础上叠加了人类不合理活动的综台结果之后，宋长春等在研究松嫩平原土地盐碱化的发生和形成的过程中进一步验证了这一观点，并指出松嫩平原盐碱土环境的形成与演变既是受到多种物质体系、能量体系、结构体系和功能体系的共同作用与控制[12]。

大量研究结果证明了环境条件是土壤盐碱化的外在背景条件。

灌溉不当会造成土地次生盐碱化，而人类滥用土地会破坏土壤的团粒结构，促进地面蒸发，从而可能导致盐分向表层积累增多。

此外，王仁忠、李建东认为，过度放牧是松嫩草原羊草草地盐碱化的主要原因[13]；张为政等在对羊草草原割草强度与土壤盐渍化关系的研究中表示，割草次数增加和留茬高度过低会造成土壤盐渍化，pH值上升，碱化度增高，植物群落生物量下降，草地质量下降[14]。

姚荣江等人在对东北地区盐碱土特征及其农业生物治理的研究中提出造成东北地区土地盐碱化除自然方面的因素,也有人为方面的因素[15]。

可见，人类活动是诱使土地盐碱化的主要因素。

此外，水盐运动规律是土壤盐碱化的内在机制，因为土壤中的水分既是土壤中盐分的溶剂，又是土壤中盐分的载体[16]。

在盐碱土改良方面措施中，美国、埃及、匈牙利、巴基斯坦、印度、俄罗斯及澳大利亚等国家在植物耐盐性研究方面做了大量工作[17]，如通过对不同作物种类或品种耐盐性的比较研究，分析其耐盐性差异的生理机制[18]，利用组织培养，分子遗传学方法对植物耐盐机理进行的更为深入的研究。

美国、埃及国家研究中心利用海水灌溉培育筛选耐盐品种[19]，合理设计排灌系统；巴基斯坦国家农业研究中心用浓度为1%的盐酸，在自由淋洗条件下改善石灰质的盐碱土；荷兰实施了“暗管排碱”工程措施，在德国、法国及美洲、南亚也得到一定的推广，但工程投资太大[20][21]。

从五、六十年代的侧重水利工程措施到六、七十年代土壤改良剂的研究，再到80年代合成高分子土壤改良剂[22]，我国对盐碱地的改良利用一直都在持续快速的发展。

近年来，我国还在植物耐盐机理、耐盐品种选育有了深入的研究，多年的研究证实对盐碱地的治理，生物措施最为有效且可治本[23]。

耐盐碱植物包括一些原生态的植物，我国各盐碱区都有生长一些野生盐生及耐盐植物的种质资源，如罗布麻、怪柳、盐地碱蓬、白刺等;也有通过转基因手段培育耐盐碱作物的，但普遍认为植物的耐盐碱性是多种抗盐碱生理性状的综合表现，是由多个基因控制的，这就使得通过转基因手段改造植物很有难度[24]。

综上所述，盐碱土改良通常采用排灌、淡水洗涤、化学改良等物理、化学方式和选育耐盐植物和作物品种两种方式，比较而言，前者因耗资巨大，见效慢，很难大面积推广，而选育耐盐植物和作物品种的方式需要费用少，治标又治本[21]。

1.3土壤盐碱化特征国内外研究进展

在碱化土壤分级的研究中，各国所采用的指标是不尽相同的，一般根据碱化度（ESP）划分。

美国把ESP﹥15﹪，饱和泥浆测定的pH高于8.5的土壤称为碱土，ESP为5﹪～15﹪的土壤称为碱化土壤；而我国，把碱化层的ESP大于30﹪，表层含盐量小于0.5﹪和pH大于9.0的土壤定为碱土；其中ESP为5﹪～10﹪的土壤定为轻度碱化土壤，ESP为10﹪～15﹪为中度碱化土壤，ESP为15﹪～20﹪为强度碱化土壤[25]。

而前苏联学者认为，只用碱化度（ESP）来说明碱土的特性是不够的，因为代换性钠的活度和解离度是不一致的。

因此，在划分碱土的级别时，还需要结合考虑土壤的剖面形态﹑理化性质﹑生物特性及改良的难易程度等因素[26]。

我国学者从不同角度以不同方法对盐碱化土地程度进行评价、分类。

阎鸿等以植被类型、土壤类型和碱斑占面积比例为盐碱化土地程度评价指标，把盐碱化土地分为轻度、中度以及重度盐碱化土地三类[28]。

我国松辽平原的盐碱土基本属于内陆苏打盐碱型，盐分组成以Na2CO3（苏打）和NaHCO3（小苏打）为主，含有少量的硫酸盐和氮化物，兼有不同程度的盐化和碱化特性。

根据土壤盐化和碱化的程度，主要分为以下三个类型：

（1）草甸盐土（碱斑）。

其表层含盐量﹥0.7﹪，一般为1﹪～2﹪，盐分组成中Na2CO3和NaHCO3的含量可达90﹪以上，碱化度﹤20﹪，pH为9.0～10.5；

（2）草甸碱土，表层含盐量﹤0.5﹪，碱化层的碱化度≥30﹪，最高可达80﹪～90﹪，pH9.0～10.0或更高；（3）盐碱化土壤，含盐量﹤0.6﹪，碱化度≤29﹪；盐碱化土壤按土壤表层含盐量又划分为：

①轻度苏打盐碱土壤，表层含盐量0.1﹪～0.25﹪；②中度苏打盐碱土壤，表层含盐量0.25﹪～0.5﹪；③强度苏打盐碱土壤，表层含盐量0.5﹪～0.6﹪[27，28]。

刘延锋等利用主成分分析法分析了焉耆盆地内荒地和耕地的土壤盐分特征，结果表明，荒地内土壤盐分表聚强烈，基本无自然淋洗过程；而耕地内土壤盐分存在多次积盐和脱盐过程，培面中盐分分布比较均匀。

第一主成分综合反映了区内土壤盐渍化程度，第二和第三主成分联合反映了土壤的碱性特征[29]。

此外，杨建锋等人提出，苏打盐渍土盐化和碱化并存，盐化程度与碱化程度成正相关关系，盐化程度越重的地方碱化程度也越重[30]。

盛建东等人研究表明，不同层次土壤总盐与总碱度为中等程度变异水平，pH为弱变异水平；不同层次土壤总盐、pH值及总碱度的空间变异特征具有一定的差异，但结构性因素对三者的空间变异起主导作用[31]。

王博文等人在研究不同盐碱化程度草地土壤肥力质量的季节动态特征中指出，盐碱化程度不同的土壤随着季节的变动盐碱程度呈动态变化且差异显著[32]。

许多研究表明，各类盐渍土电导率和含盐量之间具有一定的相关性。

土壤中的水溶性盐是强电解质，其水溶液具有导电作用，其导电能力的强弱可用电导率表示。

在一定的浓度范围内，溶液的含盐量与电导率呈正相关，含盐量越高，溶液的渗透压越大，电导率也越大。

因此，土壤浸出液的电导率的数值能反映土壤含盐量的高低，特别是土壤溶液中几种盐类间的比值比较固定时，用电导率值测定总盐分浓度的高低是相当准确的[33-39]。

张为政在松嫩平原羊草草地植被退化与土壤盐渍化的研究中就以土壤电导率（EC）和碱化度（ESP）为土壤盐渍化的指标[40]。

本论文研究也将以这两个指标作为主要银子对吉林省西部土壤的盐碱化分级并对其特征进行描述。

1.4土壤养分状况国内外研究进展

由于自然和人为因素的影响,不同的土壤类型所含的养分数量不同,养分的含量常具有明显的时空分布特点[41]。

土壤养分含量是评价土壤肥力的重要标志[42-43]，其丰缺状况和供应强度直接影响着作物的生长发育、产量和品质。

随着土地资源开发利用强度的不断加剧和生态环境建设的逐步展开，国内外众多学者对土壤养分的研究也在不断深入，1994年国际土壤学会专门讨论了养分循环和土壤生产力（ISSS，1994）。

N、P、K是植物生长所需的三大营养元素，目前农田施肥与养分平衡研究主要针对这三大营养元素进行，在农田养分平衡与施肥的研究中，研究这三大营养元素的平衡状况的报道较多[44]。

沈善敏等研究了我国从建国以来至1993年的45年间不同时期农田养分收支状况[45]。

鲁如坤等将我国农田养分平衡历史划分为三个阶段:

60年代以前为氮磷钾三大养分全面赤字阶段，土壤养分严重退化;70年代中期为氮磷养分由全面赤字转向基本平衡阶段:

70年代以后至今为氮磷有盈余，钾素继续亏缺阶段[46，47]。

土壤有机质是评价土壤肥力状况必不可少的指标之一，它是土壤矿质养分的潜在来源和存在形式，其含量多少直接影响着土壤氮素和磷素的供应。

土壤有机质和放牧之间存在复杂的相互关系，Frank研究了不同放牧率对草地土壤有机质的影响，发现适牧样地土壤有机质含量比围栏地轻微降低，而重度放牧样地土壤有机质没有下降[48]，相反Greene认为放牧动物使草地土壤生态系统碳的移出量增加，降低了土壤有机质[49]。

而国内得王玉辉的研究也支持了后者的观点，认为由于牲畜的践踏和采食造成植物种类组成发生变化，植株高度和盖度降低、生物量下降，土壤裸露面积增大，土壤环境趋于干旱化、板结和盐碱化，必然影响草原生态系统的养分循环，使土壤有机质含量逐渐降低[50]。

平立凤、窦森等从多方面对不同类型土壤有机质的性质进行研究。

结果表明，不同的土壤类型及其土壤的利用方式都对土壤有机质性质有很大影响[51]。

蔡跃台对丽水实验林场阔叶林、毛竹林和马尾松三种植被下的土壤理化性质和涵养水源的功能进行了研究，发现前两种植被土壤有机质含量相对较高，且能够较好的改善土壤养分状况；最后一种植被的土壤酸性较强，土壤有效P含量较高[52]。

彭文英等以黄土丘陵沟壑区安塞县为实例，对不同植被恢复状况与不同年份的退耕还林还草后的土壤理化性质进行研究，指出：

随着植被的恢复和恢复年限的延长，土壤的有机质、碳和氮明显增加，且土壤速效养分增加的速度远远超过土壤全量元素增加的速度[53]；魏彦昌等对尖峰岭热带林自然保护区土壤性质的空间异质性特征进行了研究，发现水平样带表现为0-20cm人类活动干扰越大，林地的养分含量越低;垂直样带表现为0-20cm土壤养分从山地雨林向低海拔和高海拔两端逐渐递