土壤盐渍化影响作物生长，是农业生产的主要障碍因素，阻碍区域经济发展^[1]。土壤盐渍化程度越高，养分含量越低，二者一般表现为负相关关系^[2]。土壤盐渍化与养分特征均是重要的土壤属性，直接影响着土壤生产力，土壤属性的空间分布特征是土地管理、农业生产和生态环境管控的重要依据，是自然条件、成土过程及土地利用等因素综合结果的反映^[3]。结合地统计学和地理信息系统(GIS)技术研究土壤属性空间变异特征，既能体现土壤的区域性特征和发生规律，又能总结出土壤与农业生产之间的内在联系^[4]。陈广泉等^[5]运用地统计学与GIS技术相结合，研究发现莱州湾南岸不同土层土壤含盐量具有显著空间变异性。刘宏伟等^[6]采用统计学和GIS技术研究了潍北平原土壤盐渍化指标的空间分布特征，分析认为土壤固有盐分主要受沉积相背景控制，盐分积聚主要是地下水咸化导致的。刘文全等^[7]通过地统计分析和相关分析，研究发现莱州湾南岸土壤全盐量与有机质具显著负相关关系。于得芹和蒙永辉^[8]以地统计学为基础，研究发现莱州湾南岸土壤盐分离子高值区与海咸水入侵范围高度吻合。

莱州湾南岸受海水入侵影响，土壤盐渍化问题严重。该区更新世以来发生过3次较大规模海侵事件，受其形成的海相地层影响，地下水富含盐分^[9]，导致土壤盐分本底高，目前仍受海潮直接或间接影响。河流自南向北携带大量泥沙入莱州湾，不断在近海沉积，当处在水下堆积阶段就被高矿化度的海水所浸渍，成为盐渍淤泥；当海水退却，出水成陆后即为滩涂。蒸发浓缩作用下，地下水矿化度升高，同时盐分向地表积累。海水随海潮入侵和逆河倒灌，向滨海及河流近岸地下水连续补给盐分，参与土壤积盐过程，而随着地下水不合理超采形成降落漏斗^[10]，更是加剧了这一过程。该区拥有丰富的土壤资源，但由于受干旱、海潮和盐碱等自然灾害的影响，土壤颗粒结构被破坏，土壤的通透性和保肥保水能力下降，对作物生长极为不利。近海岸区长期处于盐胁迫条件下，地面植被稀疏甚至光秃，土壤农业生产力总体处于较低水平，土壤盐渍化还严重制约该区区域规划和生态环境安全。因此，摸清该地区土壤盐渍化和养分等土壤属性，对于农业生产和生态环境具有重要的地区性科学和应用价值。本文通过系统采样分析测试，获取莱州湾南岸土壤盐渍化和养分指标数据，将地统计学与GIS技术相结合，绘制指标含量空间分布图，辅以相关分析和单因素方差分析，评估土壤盐渍化程度和养分水平，探讨土壤盐渍化与养分特征之间发生分布的联系，以期为莱州湾南岸土壤盐渍化的改良和耕地后备资源的重新利用提供依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于山东半岛北部，渤海莱州湾南岸滨海地带，西起小清河，东至胶莱河。地形为滨海低平地、沿海洼地及滩涂地，海拔多在6 m以下，成土母质为海相沉积物和河流冲积物迭次相间，形成的土层厚达数百米，土壤资源丰富，地下潜水层埋藏有高矿化度卤水。该区属暖温带季风型半干旱大陆性气候，光照充足，雨量集中，湿热同季，四季分明，年均蒸发量1 942.3 mm，远高于年均降水量606.5 mm。土壤类型自北向南依次分布滨海盐土、盐化潮土和潮土亚类等。近海区域受海陆相交互沉积作用和海水浸渍影响，土壤富含可溶性盐分，是盐渍土的集中地带。土壤水盐年度变化受气候影响，旱季蒸发、积盐，雨季淋溶、脱盐，农谚有云“七月八月地如筛，九月十月又上来，三月四月最厉害”，积盐大于脱盐，即形成土壤盐渍化，同时土壤养分匮乏，土壤生产力处于较低水平。

1.2 样品采集

于2020年11月开展现场调查和采样，此时作物已收获，处于枯水期，降水引起的土壤水盐运动已结束，水、土化学性质较为稳定，地下水消退主要靠天然蒸发，且蒸发量相对较小，水盐均衡^[5]。土壤样品采集以随机、均匀为原则，结合土地利用现状和土壤类型，充分考虑其典型代表性，采用GPS定位，定位点向四周辐射30 ~ 50 m，确定3 ~ 5个分样点，用竹铲对0 ~ 20 cm土层均匀采样，将样品掰碎并挑出杂物，各分样点等量组成一个混合样，充分混匀后，四分法取500 g装入干净棉布袋。共采集土壤样品212件，采样点位见图 1。

1.3 测定方法

样品测试由山东省地质矿产勘查开发局海岸带地质环境保护重点实验室完成。样品置于室内通风且无阳光直射处自然风干，经木棍碾压全部过2 mm尼龙孔径筛，用四分法分为3份，一份供测土壤pH和全盐量，一份经碾磨全部过0.25 mm尼龙孔径筛供测有机质和全氮，一份经玛瑙研钵磨细全部过0.074 mm尼龙孔径筛供测全磷和全钾。

经水浸提(水土比2.5︰1，V︰m)，采用FE28型pH计测定土壤pH。经水浸提(水土比5︰1，V︰m)，采用DDSJ-308A型电导仪测定全盐量。经油浴加热，采用重铬酸钾氧化法测定有机质。经H₂SO₄-H₂O₂消煮，采用KDY-9820型凯氏定氮仪测定全氮。经粉末压饼法处理，采用Axios型X荧光光谱仪测定全磷和全钾。各指标检出率均为100%。使用国家标准物质(GBW系列)检验分析方法的准确度和精密度，每个标准物质测定12次，所得平均值与标准值的对数偏差△lgC均小于0.05，相对标准偏差RSD均小于0.08。样品进行100% 重复分析，pH绝对偏差小于0.1，其他指标相对偏差RE均小于30%。分析数据质量可靠。

1.4 评价方法 1.4.1 土壤盐渍化分级评价

土壤盐渍化是制约农业生产的重要非生物胁迫因素^[11]。在盐土环境中，盐分的空间不均匀分布对植物维持生长发挥着重要作用，在均匀的高盐含量盐土中，植物将面临死亡^[12]。参照DZ/T 0295—2016《土地质量地球化学评价规范》^[13]中土壤盐渍化分级指标，结合对作物生长情况的影响，将莱州湾南岸表层土壤盐渍化划分为4个等级(表 1)。

1.4.2 土壤养分综合评价

参照DZ/T 0295—2016《土地质量地球化学评价规范》，在土壤全氮、全磷、全钾单指标评价基础上，根据全氮、全磷、全钾的权重系数，计算土壤养分综合得分。公式为：

$ {f}_{综}={\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{k}_{i}{f}_{i}} $

(1)

式中：f_综为土壤养分综合得分；k_i为全氮、全磷、全钾的权重系数，分别为0.4、0.4、0.2；f_i为全氮、全磷、全钾单指标评价得分，五等、四等、三等、二等、一等分别得分为1、2、3、4、5。土壤养分单指标等级和综合等级划分含义如表 2所示。

1.5 数据处理

采用SPSS Statistics 22.0进行描述性统计、单因素方差分析(one-way ANOVA)和Pearson相关分析。地统计分析采用ArcGIS 10.6地统计分析模块，采用克里格法(Kriging)对指标含量进行空间插值处理，并绘制等值线图。土壤盐渍化等级和养分综合等级以分级标准进行等值线绘制；土壤全盐量和养分指标空间分布参照DZ/T 0011—2015《地球化学普查规范》^[14]，采用累积频率的分级方法，以1.5%、15%、25%、75%、95%、98.5% 分级间隔对应的含量进行等值线绘制。

2 结果与讨论 2.1 土壤盐渍化特征

研究区表层土壤盐渍化、养分及理化指标统计参数如表 3所示。研究区表层土壤全盐量平均值为0.84%，表明土壤盐渍化问题严重，变异系数达1.44，分布不均匀，空间变异性强。土壤盐渍化程度总体呈现北高南低，高值区主要呈斑块状分布在近海岸区(图 2)。参照盐渍化分级标准绘制空间分布图(图 3)，达到盐土的样本为65个，占30.66%，离海岸较远区域也有分布，作物生长在均匀的高盐分土壤中将面临死亡；达强度、中度、轻度的样本分别为26、20和101个。该区地势低平、排水不畅，土壤盐渍化空间分布特征与地理位置、地形地貌及水文地质条件密切相关^[6]，目前自然条件下土壤积盐过程的盐分补给有海水浸渍、逆河倒灌和海水渗漏补给地下水3种形式。潮汐作用下，海水直接侵入沿海低地；干旱季节河水流量减少或遇风暴潮时，海水逆向进入河道；地下水位的周期性变化或地下水超采形成降落漏斗，使地下水位线失去平衡^[15]，海水向内陆渗透或逆河倒灌后经漏斗侧渗，补给地下水。另外，莱州湾南岸发育三期海相地层，赋存浅层天然卤水(高盐分地下水)^[9]，受水盐运移影响，土壤盐分本底高，加之大面积晒盐造成的卤水渗漏，致使土壤表层盐分升高。

2.2 土壤酸碱度特征

研究区表层土壤pH变化范围5.42 ~ 9.71，平均值为8.28，其中pH＞7.5的样本为194个，占90% 以上，反映研究区土壤主要呈碱性。Na⁺、Cl^–为莱州湾南岸土壤盐分的主导离子^[8]，水解的Na⁺将土壤胶体中的Ca²⁺、Mg²⁺置换出来，导致土壤的碱化特征更为明显。当土壤溶液中的Na⁺取得优势时，碱化作用加速，土壤性质恶化，碱化土壤中Na⁺浓度升高会导致土壤pH升高，呈碱性反应。从空间分布来看(图 4)，研究区土壤pH整体较高，甚至部分地区大于8.5，达强碱性。土壤偏碱性会不同程度地降低土壤养分的有效性，难以形成良好的土壤结构，抑制土壤微生物活动，影响作物生长发育^[16]。低值区主要分布在下营–龙池–卜庄一带，据现场调查，该区域农业发展水平较高，尤其是潍河沿岸引水灌溉设施完善，对土壤起到了较好的脱盐、脱碱作用，同时也表明科学的农业生产管理措施能够有效控制土壤中的盐分和碱度，从而改善土壤质量。

2.3 土壤养分特征 2.3.1 土壤养分单指标特征

土壤氮素水平是影响作物生长发育的首要因素，在一定程度上反映了土壤健康和肥力状况^[17]。研究区表层土壤全氮含量范围为0.09 ~ 3.58 g/kg，平均值为0.52 g/kg，处于缺乏等级。变异系数为0.88，空间分布较不均匀，属中等变异。研究区土壤整体氮素水平低，盐渍化土壤不仅抑制作物生长，同时加剧了氮素的损失，其硝化和反硝化过程是造成氮素损耗的主要因素^[18]。从空间分布来看(图 5)，总体呈北低南高的分布趋势，土壤全氮含量随着离海岸距离的增加而增加，下营–龙池–卜庄一带分布有高值区，与农业生产措施的影响有关。

磷是作物生长及发育不可或缺的大量元素之一，土壤全磷指的是土壤中各种形态磷的总贮量，其含量主要由成土母质、风化及成土条件决定，并受土壤类型和土地利用方式等因素影响^[19]。研究区表层土壤全磷含量范围为0.09 ~ 2.84 g/kg，平均值为0.64 g/kg，处于中等等级。变异系数为0.51，属中等变异。从空间分布来看(图 6)，总体呈现北低南高，但低值区并不是均匀分布在海岸一带，可能与海洋生物遗骸有关，其富含的磷素，在一定程度上可以通过风化和分解释放到土壤中。高值区主要为盐化潮土、潮土亚类分布区，与全氮分布范围具较高的耦合性。已有研究表明，滨海盐渍化土壤抑制磷的形态转化，施入土壤的磷主要以难溶性磷酸盐形态存在，农业生产过程中可以添加低量生物质炭或施用有机肥进行调控^[20]。

土壤全钾受成土母质影响显著^[21]，主要以矿物态钾赋存于土壤粗粒部分，占全钾的90% 以上，不易被作物吸收利用。而海水对钾的有效性有一定正面影响，滨海盐土的速效钾含量显著高于其他土壤类g/kg，平均值为17.1 g/kg，处于中等等级。变异系数为0.23，属中等变异，空间变化相对于全氮、全磷较为稳定。从空间分布来看(图 7)，低值区主要分布在研究区西北部，河流冲积物母质的物源主要为小清河、弥河上游发育的碳酸盐岩类，而碳酸盐岩钾含量远低于其他岩石，其释放的钾同样较低^[23]。高值区分布与全氮、全磷高值区较为吻合。

有机质是土壤重要组成部分，是土壤养分的主要来源，可以促进土壤结构形成、改善土壤性状、提高土壤保肥能力和缓冲性能等。研究区表层土壤有机质含量范围为1.3 ~ 86.0 g/kg，平均值为9.8 g/kg，处于缺乏等级，受盐分危害，土壤有机质难以积累，总体含量水平低。变异系数为1.08，与全盐量同属高等变异，滨海盐渍化土壤盐分含量因海陆相交互沉积作用分布不均，直接影响有机质的变异特征^[24]。空间分布主要呈条带状，局部斑块状(图 8)，总体表现为离海越近的土壤有机质含量越低，与前人研究结果一致^[25]。

2.3.2 土壤养分综合等级划分

研究区土壤养分综合等级空间分布如图 9所示。土壤养分综合等级总体以四等(较缺乏)为主，样本数为136个，占64.15%，与滨海盐土的分布范围具有高度的耦合性；三等(中等)和五等(缺乏)的样本数均为27个，均占总样本数的12.74%，三等分布区土壤类型主要为盐化潮土，五等呈点源状主要分布在沿海区域；二等(较丰富)的样本数为19个，占8.96%，分布范围内土壤类型主要为潮土；一等(丰富)的样本数仅为3个，呈点状分布于研究区东南部的二等分布区内。土壤养分的空间异质性受成土母质、土壤类型、地形和地貌等结构性因素以及土地利用方式和施肥管理等随机性因素的共同影响^[26]。从空间分布来看，莱州湾南岸土壤养分水平与土壤类型有显著的关联性。

2.4 土壤指标间相关性

对土壤指标进行pearson相关分析，结果如表 4所示。全盐量与全氮(r = –0.308，P < 0.01)、全磷(r = –0.356，P < 0.01)、全钾(r = –0.345，P < 0.01)、有机质(r = –0.233，P < 0.01)呈显著负相关，与前人研究结果一致，即土壤盐分含量越高，养分含量越低^[2]。土壤pH与全氮(r = –0.400，P < 0.01)、全磷(r = –0.215，P < 0.01)、有机质(r = –0.266，P < 0.01)呈显著负相关，碱性土壤更易板结，致使肥力降低^[27]；但在研究区内对全钾影响不显著。有机质与全氮(r = 0.746，P < 0.01)、全磷(r = 0.505，P < 0.01)、全钾(r = 0.165，P < 0.05)呈显著正相关；全氮与全磷(r = 0.698，P < 0.01)、全氮与全钾(r = 0.362，P < 0.01)，全磷与全钾(r = 0.427，P < 0.01)均呈显著正相关，说明土壤养分指标间基本可以相互表征。有机质是土壤肥力的基础，随着有机质含量的增加，全氮、全磷和全钾均有一定程度的增加。而研究区土壤有机质缺乏，不利于作物生长，在降盐、改良的基础上，还应采取合理的培肥措施及植被建设^[20]。

2.5 不同土壤类型养分含量

莱州湾南岸土壤类型与土壤盐渍化程度密切相关，表 5为不同土壤类型的养分指标含量。潮土亚类、盐化潮土、滨海盐土的各养分指标含量依次呈降低趋势(脱潮土主要分布在河滩高地上，在研究区面积小，样本数少，在此不做讨论)，滨海盐土的各养分指标含量均显著低于其他土壤类型(P < 0.05)。潮土亚类成土母质为河流冲积物，地下水位较浅，受地下水升降浸渍潮化影响；盐化潮土由河流、海相沉积物迭次而成，海水浸渍积盐形成的盐土已经历了脱盐作用，为潮土亚类和滨海盐土的过渡地带，土壤含盐量较高，脱盐充分甚至可以演变成潮土，脱离了海水影响，多已垦为农田；滨海盐土成土母质为海渍河流沉积物或海相沉积物，土壤机械组成以粉砂质为主，毛管性强，离海越近，越易受海潮入侵和海水逆河倒灌影响，致使土壤盐分含量越高^[28]。不同盐渍化程度土壤养分指标含量如表 6所示。随着盐渍化程度加深，土壤养分指标含量均呈降低的趋势，盐渍化等级为盐土时，土壤养分指标含量最低，显著低于轻中度盐渍化等级(P < 0.05)。莱州湾南岸受地理位置、地形地貌、气候及水文地质条件影响，具有明显的旱季积盐和雨季脱盐的季节性交替^[29]，地下水径流滞缓，加之受海水顶托影响出流不畅，盐分在土壤中作垂直运动^[30]。根据离海远近、母质类型、成土年龄、利用方式和土壤质地等特征，土壤盐分和养分呈现有规律的演替。盐渍化程度局限于固定土壤类型，因此，应突出不同土壤类型的主导因素，综合改良中制定可行的规划和措施。

3 结论

1) 莱州湾南岸表层土壤盐渍化程度高，全盐量总体呈现北高南低的分布趋势，达到盐土的样本占30.66%。土壤主要呈碱性，全氮、有机质均值处于缺乏等级，全磷、全钾均值处于中等等级，土壤养分综合等级以四等(较缺乏)为主。研究区内土壤类型的空间分布对土壤养分状况具有制约影响。

2) 土壤养分各指标间互呈显著正相关，含量均随着离海岸距离的增加而增加，空间分布特征相似，具有较高的耦合性。土壤养分指标与全盐量均呈显著负相关，除全钾外均与土壤pH呈显著负相关，盐分和碱度越高，土壤养分水平越低。

3) 不同土壤类型、盐渍化程度对土壤养分形成了差异性影响。土壤类型为滨海盐土的养分指标含量最低。土壤养分指标含量随着盐渍化程度的加深而降低，盐渍化等级为盐土时最低。莱州湾南岸土壤盐分和养分呈现有规律的演替，盐渍化程度局限于固定土壤类型，改良过程中应突出不同土壤类型的主导因素。