土壤盐渍化严重制约粮食生产，一直是人们广泛关注的土壤生态问题。2021年12月5日的世界土壤日主题是“防治土壤盐渍化，提高土壤生产力”，说明土壤盐渍化仍是人类生存发展面临的全球性问题与挑战^[1-2]。我国盐渍土总面积为3.69×10⁷ hm²，而滨海盐渍土是主要盐渍土类型之一^[3]。因此，对我国滨海地区盐渍化土壤的围垦，有利于缓解人地矛盾。滨海盐渍土具有盐分含量高、土壤肥力水平低、土壤耕性差等特征^[4]。随着围垦年限的增加，土壤盐分及盐分离子、土壤理化性质、土壤结构等会呈现一定变化规律。因此，了解滨海地区不同围垦年限下土壤表层盐分及其离子、全氮、有机碳、pH等变化规律及其影响因素，可以更好地了解滨海盐渍土的演化过程和围垦工程的效果，同时为查明我国滨海盐碱地围垦过程中不同围垦时期土壤理化性质提供相应理论依据，对解决我国人地矛盾问题具有重要意义。

随着围垦时间的增加，表层土壤结构、理化性质、营养元素等会发生相应变化^[5]。Sun等^[6]研究发现，随着围垦时间的增加，土壤盐分、电导率和土壤粒径等呈下降趋势，而有机质等呈现上升趋势。周聪等^[7]以上海市崇明东滩为例研究表明，随着围垦年限增加，有机碳含量显著增加，pH、SO₄^2–、EC随围垦年限增加而降低。许艳等^[8]研究发现，滨海滩涂在围垦后随着土壤的不断脱盐，逐渐向耕地土壤转变，其土壤盐分和pH先上升后下降，土壤肥力不断提高。黄子晨等^[9]以浙东滨海围垦区为例，研究表明，未围垦的土壤pH高于围垦土壤，并且随着围垦年限的增加，pH呈下降趋势；0 ~ 10 cm土层的电导率在围垦年限增加过程中呈先增加，后减小，再增加的趋势；Na⁺、Mg²⁺的含量变化趋势与电导率变化趋势基本一致，在围垦至31 a时显著高于围垦初期；然而，Ca²⁺含量随围垦年限的增加没有显著变化。李鹏等^[10]研究了60 a尺度下滨海地区围垦现状，结果表明，土壤总体盐分下降，且田间脱盐效果较好，且围垦至20 ~ 60 a土壤次生盐碱化风险提高。张明等^[11]从百年尺度下研究了江苏滨海滩涂围垦区盐分及其盐基离子变化，结果表明，随着围垦年限的增加，盐分及其各盐分离子含量降低，围垦到60 a左右时，基本完成脱盐过程。Xu等^[12]研究开垦后时间和土地利用轨迹对土壤理化性质的影响，结果表明开垦后29 a时间里，土壤电导率、钠吸附比等迅速下降，有机质、总氮、碱性水解氮等迅速增加。Xie等^[13]研究发现，随着围垦年限增加，土壤盐分显著降低，土壤养分显著增加，且土壤盐渍化指标与土壤理化性质密切相关，并得出长期开垦可以从根本上降低盐碱化程度。已有文献对不同围垦年限下滨海盐渍土理化性质变化、盐分及其盐基离子变化、盐分迁移和转化进行大量研究，但前人对于从百年尺度下滨海盐渍土演化特征的研究缺乏精确描绘，鲜有学者关注滨海垦区表层盐渍土理化性质演化规律、盐分离子演化过程中主要因素贡献度以及盐分离子中NO₃^–和NO₂^–含量对氮素转化综合研究。

本文以江苏省盐城市为研究区，运用单因素方差分析、Pearson相关分析等对不同围垦年限下滨海盐渍土理化性质、盐分离子及盐分离子中NO₃^–和NO₂^–含量对氮素转化影响、盐分组成变化、电导率、钠吸附比等进行分析，探讨了围垦过程中滨海盐渍土理化性质、各盐分离子变化特征及其影响因素，对于深入了解滨海地区盐分离子变化及组成、土壤质量变化规律以及揭示长期围垦条件下对土壤管理效应的影响具有重要意义。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于江苏省盐城市大丰区和盐都区，位于32°56′N ~ 33°36′N、119°40′E ~ 120°13′E，大丰区海拔为1.8 ~ 4.5 m，盐都区海拔为1.5 ~ 2.2 m，全境为平原地貌，天然河网对水的调蓄能力有限，汛期降水形成的径流很快排泄入海，本地径流利用率很低。非汛期水源紧缺，每年5月中旬至6月下旬正值灌溉期，缺水较严重。两区位于江苏省盐城市中部地区，均属亚热带季风气候，冬季受欧亚大陆冷气团影响，盛行偏北风且多寒冷天气；夏季受太平洋副热带高压影响，盛行偏南风且多炎热天气，空气温暖而湿润，雨水丰沛。

1.2 采样与测定

本次采样于2021年4月23日和4月24日两天完成，以向当地农户调查为基础，确定地块的围垦年限，并通过《大丰县志》《大丰市志》《盐城市盐都区志》等资料进行确认。之后对样地进行随机取样，每个围垦年限下取5 ~ 10个样品，共计32个样品(图 1)。样品采集时，用GPS进行定位，用采样器均匀采集地表 0 ~ 20 cm土壤，同时去除部分石块、肉眼可见的植物残体等。

土样取回后放置于阴凉通风处，并进行初步捏碎处理，待充分风干捡出肉眼可见的草根、动植物残体等，磨碎，过2 mm、0.149 mm孔筛后装入密封袋内备用。

土壤盐分离子测定制备土水质量比为1︰5的浸提液，振荡5 min后过滤得上层清液，随即用电导率仪测定电导率，再用离子色谱仪测定K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^–、SO₄^2–、NO₂^–、NO₃^–各离子含量；制备土水质量比为1︰2.5的浸提液测土壤pH；土壤中SOC、TN将过0.149 mm孔筛的土样用元素分析仪测定。

钠吸附比(SAR)的计算公式为：

$ {\text{SAR}} = \frac{{{C_{{\text{N}}{{\text{a}}^{\text{ + }}}}}}}{{\sqrt {\frac{1}{2}\left( {{C_{{\text{C}}{{\text{a}}^{2 + }}}} + {C_{{\text{M}}{{\text{g}}^{{\text{2 + }}}}}}} \right)} }} $

(1)

式中：${C_{{\text{N}}{{\text{a}}^{\text{ + }}}}}$、${C_{{\text{C}}{{\text{a}}^{2 + }}}}$、${C_{{\text{M}}{{\text{g}}^{{\text{2 + }}}}}}$分别为浸提液中Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的浓度(g/kg)。

1.3 数据处理

土壤理化性质、盐分离子、EC、SAR、Cl^–/ SO₄^2–值随围垦年限变化显著性分析通过SPSS 27进行单因素方差分析，R软件完成绘图；运用Pearson相关系数进行围垦年限、土壤理化性质与各盐分离子间相关性分析；运用varpart函数实现方差分解分析(Variance partitioning analysis，VPA)，评价盐分离子演化影响因素，数据处理采用Excel 2010完成。

2 结果与分析 2.1 不同围垦年限滨海垦区表层土壤理化性质

C/N通常用来反映土壤有机质的状况，本研究中C/N总体呈现先上升后下降趋势(图 2A)，在围垦至20 a左右时，C/N较未围垦时有所增加，但围垦至60 a左右时较20 a左右时显著下降，后趋于稳定。土壤pH在围垦至20 a左右时较未围垦时显著上升(图 2B)，但围垦20 a左右至40 a左右及40 a左右至60 a左右时均显著下降，后趋于稳定且接近中性。

SOC和TN含量随围垦年限增加均出现上升趋势，大致均可分为3个时期(图 2C、2D)。第一个时期，SOC和TN从0 a围垦至20 a左右均无显著性增加；第二个时期，SOC从20 a左右围垦至40 a左右无显著性增加，而TN显著性增加，从40 a左右围垦至60 a左右SOC和TN含量均显著增加；第三个时期，从围垦60 a左右至围垦100 a以上时，SOC含量和TN含量总体趋于稳定。

2.2 不同围垦年限滨海垦区表层土壤各盐分离子动态特征

由图 3可以发现，未围垦滨海表层盐渍土盐分离子含量处于较高水平，其中Na⁺、Cl^–平均含量处于最高水平(图 3A、3E)。随着围垦年限增加，大部分离子呈现下降趋势，Na⁺、Mg²⁺、Cl^–、SO₄^2–在围垦40 a间呈现显著下降趋势，40 a后趋于稳定(图 3A、3C、3E、3H)；K⁺在围垦至20 a左右时显著下降，40 a左右至60 a左右显著升高，但60 a左右至100 a以上时又呈现显著下降趋势(图 3B)；Ca²⁺总体呈现缓慢下降趋势，但围垦20 a左右至40 a左右时显著增加，围垦40 a左右至60 a左右时显著下降后趋于稳定(图 3D)；NO₂^–围垦至20 a左右时呈现显著上升，但围垦至40 a左右时显著下降，后趋于稳定(图 3F)；NO₃^–围垦至60 a左右时，一直呈现稳定趋势，但围垦至100 a以上时显著下降(图 3G)。

2.3 不同围垦年限滨海垦区盐渍土盐分组成动态特征

根据土壤盐渍化类型划分标准^[14]，对研究区采样点进行分析。如表 1，硫酸盐盐土：盐碱土中盐分大部分为硫酸盐；氯化物硫酸盐土：盐碱土中盐分以硫酸盐为主，氯化物次之；硫酸盐氯化物盐土：盐碱土中盐分以氯化物为主，硫酸盐次之；氯化物盐土：盐碱土中盐分大部分为氯化物。Cl^–/SO₄^2–值随围垦年限变化如图 4所示，Cl^–/SO₄^2–值整体随围垦年限增加呈现显著下降趋势，从未围垦到围垦至100 a以上时盐渍土类型经历了氯化物盐土–硫酸盐氯化物盐土–硫酸盐氯化物盐土的转变。

2.4 不同围垦年限滨海垦区盐渍土盐分与SAR变化特征

EC指土壤传导电流的能力，是滨海垦区表层盐渍土重要指标之一，可以综合反映土壤含盐量多少，在一定程度上决定了土壤的宜耕性。未围垦时，土壤电导率极高(图 5A)，为极重盐渍化(表 2)，这反映出未围垦时滨海盐渍土含盐量极高，无法耕种；围垦至20 a左右时，达重度盐渍化标准；围垦至40 a左右时，土壤电导率下降至轻盐渍化标准(表 2)，后趋于稳定。

SAR可以反映土壤中盐碱离子的累积情况和土壤的盐碱化程度。当SAR较高时，土壤中的交换性Na⁺相对较多，容易引起土壤的结构疏松和黏性增强，进而导致土壤通透性、渗透性变差，水分不易入渗、不易排出。同时，较高的SAR也会影响土壤中微生物的生长和生物化学过程，从而降低土壤肥力。由图 5B可知，随着围垦年限增加，SAR显著降低，后趋于稳定。

2.5 土壤表层盐分离子变化影响因素

研究区滨海表层盐渍土理化性质、RY(围垦年限)与离子间相关性分析显示(图 6)，除K⁺外，其余盐分离子均与RY呈显著性负相关关系，TN与RY呈显著正相关关系；C/N与pH呈显著的正相关关系，与TN呈显著的负相关关系；pH与除K⁺外其他盐分离子均呈显著正相关关系，但pH与TN、SOC、RY呈显著负相关关系；TN与SOC呈显著正相关关系；EC除与K⁺、NO₂^–呈较为显著正相关关系，与其他离子均呈显著正相关关系。离子间相关性分析显示(图 6)，K⁺与除NO₂^–、Ca²⁺、SO₄^2–外其他离子有显著或较为显著正相关关系；除K⁺外，其余各盐分离子间除Mg²⁺与NO₃^–、NO₂^–，Ca²⁺与NO₂^–外，其余各盐分离子间均呈现显著或较为显著正相关关系。

由图 6可知，除K⁺外，其他大部分盐分离子均与SOC、TN、RY呈显著负相关关系，与pH、EC呈显著正相关关系。于是对不同影响因素进行分组后(图 7)，深入讨论土壤表层盐分离子变化影响因素。单因素RY对盐分离子变化的贡献度为0.133 4，表明单因素RY对盐分离子变化有较大的影响。SOC–TN对盐分离子变化的贡献度为0.140 1，说明SOC–TN含量增加对盐分离子含量降低具有一定促进作用，其对盐分离子变化的影响大于单因素RY。pH–EC对盐分离子变化的贡献度为0.057 8，表明土壤的pH和EC降低对盐分离子含量降低具有较显著的影响。RY与SOC–TN的综合贡献度、RY与pH–EC的联合贡献度最小(小于0时按0处理)，pH–EC与SOC–TN含量的联合贡献度为0.074 3，说明土壤pH–EC与SOC–TN含量的共同作用对盐分离子变化具有较明显促进作用。3个组分的总体贡献度为0.459 0，说RY、SOC–TN以及pH–EC这3组因素对盐分离子变化具有显著的影响。

3 讨论 3.1 土壤理化性质随围垦年限变化

本研究结果表明，随着滨海表层土壤围垦年限的增加，C/N呈现出先上升后下降的趋势。然而，在土地围垦年限达到100 a以上时，C/N具有微小的上升趋势。总体而言，滨海围垦对土壤C/N的影响相对较小，C/N的变化幅度较为微弱，其主要原因可能是SOC和TN通常有强耦合关系^[16]，这与Cong等^[17]在温带地区农田土壤随着时间增加C/N变化较小的结果类似。本研究中也得出土壤C/N与围垦年限间显著性不强的结论(图 6)，这与谢雪峰等^[18]对滩涂围垦区研究中C/N在围垦至61 a时显著下降趋势结果略有不同。同时本研究中C/N与其他大多数土壤理化性质没有显著性关系(图 6)，这与Ge等^[19]研究结果相似。本研究中土壤C/N平均值远低于全国平均水平的12.0^[20]，表明围垦过程中土壤有机质供肥状况较差^[21]。说明该研究区应进行有效的农业管理措施，采取免耕措施^[22–24]、氮肥总量控制^[25]或秸秆还田配施氮肥^[26]来调节土壤C/N。随着围垦年限的增加，pH在围垦初期有短暂上升现象(图 2B)，这与前人张明等^[11]研究得出的结论略有不同，原因可能是脱盐过程中可溶性Ca²⁺淋失，碳酸钙发生部分水解所致^[27]。TN含量在一定时期内随着围垦时间的增加而增加，这一结果也得到Zhang等^[28]研究的印证，其主要原因在很大程度上取决于滨海盐渍土围垦后施用氮肥等农业活动^[29]；另一方面可能与盐分含量降低有关^[30]。盐分降低后有利于植物与微生物生长，大量的植物和土壤微生物死亡后，这些物质的分解会释放出氮元素(无机)，进而导致TN含量在一段时期内增加。SOC随着围垦年限增加而增加，围垦60 a后趋于稳定，这与Zhang等^[28]研究结果一致。其中，油菜花的种植可能是SOC含量在围垦40 a左右至围垦60 a左右时显著增长的主要原因，因为油菜花的大量叶片落入土壤中，增加了土壤有机质含量，从而增加土壤微生物数量，对滨海盐渍土的改良起到了重要作用。围垦60 a后SOC和TN含量趋于稳定的主要原因可能是围垦后的数十年内，土壤中的有机质输入和分解达到了一个相对稳定的平衡(特别是农艺措施在一定时期内相对稳定的情况下)。

3.2 盐分及其离子随围垦年限变化

随着围垦年限增加，各盐分离子大致呈现下降趋势，Na⁺、Mg²⁺、Cl^–、SO₄^2–在围垦前40 a左右时呈现显著下降趋势，后趋于稳定。可能是围垦初期由于土壤结构不稳定、通透性较差等因素，水分和盐分易在表层积累，因此离子含量高。围垦后一旦海水供应中断，土壤的脱盐就很快^[5]。且由开始时Na⁺、Cl^–占盐分离子含量较高到围垦后期Mg²⁺、SO₄^2–占盐分离子含量较高，这一结论与Yin等^[31]结论相似，主要原因是随着围垦年限的增加，滨海盐渍土中的Na⁺和Cl^–开始逐渐被稀释和冲洗，取而代之的是Mg²⁺和SO₄^2–。围垦初期，地下水位高，水分和盐分易在表层积累，因此离子含量高。随着时间的推移和耕作层逐渐加深，部分离子可能会向下迁移，逐渐向更深的土层分布，导致土壤表层离子浓度下降，结构得到改善，通透性得到提高，离子含量会逐渐降低。土壤K⁺的变化幅度较大，主要原因可能是围垦初期由于土壤中的速效钾被大量淋失，导致K⁺含量下降^[32]，后期土壤结构得到改善，有机质和养分含量逐渐增加，使得K⁺的流失和固定得到减缓。

NO₃^–与NO₂^–是土壤中的重要氮素形态，它们的含量变化可以反映土壤的氮素循环过程及其与周围环境的相互作用。其中，NO₂^–几乎作为所有氮转化的中间体，是理解土壤氮循环的关键物质^[33]。本研究中，在围垦20 a左右NO₂^–含量显著升高，而后显著下降并趋于稳定。原因可能是围垦初期土壤中的水分较多，环境还原性较强，有利于NO₂^–的积累。围垦后土壤中水分的逐渐减少，逐渐发展为氧化性环境，也会促使NO₂^–的转化和损失。NO₃^–的含量在围垦至60 a左右时呈现稳定趋势，围垦至100 a以上呈现下降趋势。原因可能是围垦初期，因为土地中原来的氮素和有机质被暴露在土壤表层，同时围垦后施加的有机肥和化肥也会导致NO₃^–的快速积累，维持在一个相对稳定的状态。随着围垦时间的延长，土壤中的氮素开始被植物充分利用，NO₃^–的含量就会逐渐下降。

滨海盐渍土围垦过程伴随着盐分离子含量的相对变化，本研究选择Cl^–/ SO₄^2–作为滨海盐渍土阴离子相对含量变化指标，主要因为Cl^–、SO₄^2–在阴离子中占比较高，并且他们的比值可以反映盐渍土的盐分类型。本研究中随着围垦年限增加，盐分组成也在发生着变化，主要原因是Cl^–含量下降较快，而SO₄^2–含量相对稳定，从而导致Cl^–与SO₄^2–比值随围垦年限增加显著性降低，盐分组成由氯化物盐土向硫酸盐盐土转化。

盐分胁迫影响植被的生长发育，对于作物生长会产生不利影响^[34]。耕地作物与植被随着围垦年限的增加，大量的作物与植物残体、根系等会不断地输入有机物质到土壤中，从而增加土壤有机质含量。加之农业生产中，逐渐开始使用有机肥料等，这些有机物质的不断输入，都会使土壤有机质含量逐渐增加，从而使EC逐渐降低。SAR是围垦过程中反映土壤盐渍化程度的重要指标。SAR的值越大，说明Na⁺所占阳离子比例越大，Ca²⁺、Mg²⁺所占比例越小，对作物产生的伤害性越大^[35]。本研究中，随着围垦年限增加，SAR显著降低，60 a左右趋于稳定。随着围垦年限增加，土壤中阳离子如Ca²⁺、Mg²⁺相对含量占比可能会增加，这些离子会置换出Na⁺，从而导致土壤中的SAR下降。围垦后土壤中有机质含量增加、土壤结构的改变，如土壤颗粒大小、孔隙度等的变化，这些改变可能会影响土壤颗粒表面的钠吸附情况，从而导致SAR的下降，直至趋于稳定。

3.3 RY、SOC–TN、pH–EC之间的交互作用

单因素RY在盐分离子变化中的贡献度达0.133 4，与EC、pH及除K⁺外其他离子均呈现显著负相关关系。RY与SOC–TN呈显著正相关关系，这与张文敏等^[36]研究结果类似。研究结果说明RY是土壤理化性质及其盐分离子变化的重要因素之一。SOC–TN含量在盐分离子变化中的贡献度相对较高，且与大部分盐分离子呈显著负相关关系，说明SOC和TN等土壤养分对土壤盐分离子的降低具有重要作用。SOC和TN含量的增加，尤其是SOC含量增加能够改善土壤结构，提高土壤保水能力和离子交换能力，从而减少盐分离子的累积和迁移。pH–EC对盐分离子变化的贡献度较高，表明土壤pH–EC对盐分离子的迁移起着重要调节作用。高pH和EC可能导致土壤中盐分离子的累积，加剧盐分离子变化的程度。RY、SOC–TN以及pH–EC之间存在交互作用，且贡献度最高，进一步说明不同因素之间的复杂关系对盐分离子变化的影响，使得表层土壤盐分离子变化受多个因素共同调控。

4 结论

在滨海垦区百年的围垦过程中，滨海盐渍土呈现出脱盐、脱碱的整体趋势，且养分如SOC、TN等总体呈现逐渐增加趋势。其中，盐分离子经历了以初期以Na⁺、Cl^–为主，转变为后期以Ca²⁺、SO₄^2–为主。同时，围垦对盐分和钠离子吸附比具有明显调控作用。随着围垦年限增加，土壤盐分显著下降，围垦至40 a左右时，基本达到轻盐渍化水平。围垦初期土壤中水分较多、土壤结构紧密，有利于NO₂^–的积累，随土壤被围垦，土壤环境逐渐氧化，导致NO₂^–含量下降；围垦至60 a左右，NO₃^–维持在一个相对稳定的水平，后呈现下降趋势，这表明围垦前期的农艺措施相对合理，但围垦到一百年后土壤氮素相对缺乏，需要更加有效地管理和补充氮素。RY增加、SOC–TN含量增加及pH–EC降低对盐渍土盐分离子含量降低具有促进作用。