第一章 前言
1.1 研究的目的和意义
土地是人类赖以生存的物质基础，耕地则是土地的精华。随着全世界人口增加和可利用淡水资源持续匮乏，土地退化逐渐成为影响粮食安全的全球化问题。土壤盐渍化是土地退化的主要类型之一，土壤盐渍化会导致土壤孔隙度、通透性和导水率等土壤属性恶化，降低土壤质量，危害农作物生长；而盐渍土却是一种重要的土地资源，据联合国教科文组织（UNESCO）和世界粮农组织（FAO）不完全统计，全世界 100多个国家和地区各种类型的盐渍化土地面积约占陆地总面积的 30%，分布在世界各大洲的干旱和半干旱地区。而我国盐渍土分布十分广泛，约有盐渍化土壤 0.17 亿 hm2，主要分布在新疆、青海、宁夏、甘肃、内蒙古等省和我国沿海地区，盐渍土比例明显高于世界平均水平，其中原生盐化型、次生盐化型和各种碱化型土地分布分别占总面积的 52％、40％和 8％。中国耕地资源稀缺性日益严重，农业是国民经济的基础，耕地则是我国农业及社会可持续发展的基础。我国人均耕地仅有 0.095 hm2，不到世界人均水平的 40%，受自然和人为因素的影响，全国近 1/5 耕地土壤存在盐渍化问题，其中被开垦的盐碱地仅占盐渍土总面积的 17%左右。随着全球气候变暖问题的日益加剧，土壤盐渍化问题已成为各国高度关注的全球性问题。土壤盐渍化是目前世界农业面临的主要环境问题之一。因此，提高现有土地的生产能力、改良利用盐渍化土地以及防治土壤次生盐渍化已成为实现全球性土地资源可持续利用和农业可持续发展的一个重要方面。
为了适应我国人口自然增长和国棉经济日益发展的需要，必然要搭理发展综合性农业，增长粮棉油等农畜产品。但在我国分布的大量宜农荒地资源中，绝大部分是盐渍土，在农区耕地中，存在一亿亩以上的各种类型的盐渍土是导致大面积耕地中低产的主要原因之一。因此，合理利用改良和开发盐渍土地资源潜力，对中国国民经济建设具有极为重要的生产意义。
由于受母岩、气候、地形、生物等因素影响不同，土壤的理化和生物特性在区域不同空间位置上存在差异，也称为土壤的空间异质性或土壤的空间变异性。土壤空间变异性是土壤重要的自然属性之一。在不同的尺度上研究土壤的空间变异性，不仅对交界土壤的形成过程、结构和功能具有重要的理论意义，对了解土壤与植物的关系、植被的空间格局和各种生态过程对土壤影响的程度和尺度等也有非常重要的参考价值。
1.2 土壤特性空间变异研究进展
目前，土壤空间变异研究无论国内外都正处在发展完善阶段。土壤空间变异的理论基础是地质统计学，它是地矿部门在探矿采矿中采用的一种空间变异分析技术。但在土壤学领域研究上，土壤空间比哪一考察区域不像地质矿藏考察区域那么大。若不考虑地形的影响，在地势平坦的农田范围内考察，取样间隔要比地质矿藏考察小。其次土壤空间变异考察不可能像地质矿藏考察那样花费大量的人力和财力，因此取样数目不足往往会造成土壤空间变异半方差模型受人为因素干扰不准确。
对于土壤特性空间变异的研究，在研究内容方面主要包括对土壤物理特性、土壤化学特性和土壤生物特性的研究，在研究方法上主要是 70 年代依据区域化变量理论为理论依据的地统计学方法中的克里格(Kriging)插值法引入土壤学研究领域以及 20 世纪地统计方法结合 GIS 技术在农业方面的研究。有些研究者关注了土壤特性空间变异合理采样研究和土壤特性与土地利用方式的关系等方面 。
汤惠丽总结 Tsegaye 等人研究，发现精耕细作会影响土壤的测土值、植物生长和它的营养吸收值等的空间变异状况。薛禹选、邹景科等于 1982 年首次在国内提出用克立格法计算铀矿储量的理论和方法，建立了荣测井原始数据开始，经计算机处理到运用克里格法进行储量计算的一整套适合于铀矿储量计算的实施方案。为克里格插值法在土壤学的应用提供了引导。曹运星等于 1985 年领地质同届学的变异函数理论，研究了煤层厚度稳定性及其空间变异特征。沈思渊于 1989 年首次探讨了土壤空间变异研究中地统计学的应用及其展望，科学性的预见了再土壤空间变异研究中，建立在区域化变量林论基础上的半方差函数、套和结构分析以及克里格插值等方法将逐渐成为重要研究内容。研究还人为地统计学应用于研究各种自然现象的空间分布将对解释土壤空间分布结构、改进土壤制图、分类、调查等研究以及提高田间小区实验精度等产生深刻影响。秦耀东（1992）系统弟介绍了用地统计方法研究土壤空间变异性的基本原理和方法，以及当时这个领域研究的几个重点问题，并简单介绍了当时我国在这方面的研究现状。史海滨等(1993)运用线性地质统计理论，确定研究区域的半变异函数二维平面结构是带状各向异性套和结构模型，并给出了土壤水分区域估值的合理采样数目，利用聚类分析法，将克里格最优内插无偏估计法扩展为待测区域的土壤水分含量外延估计，绘制了区域的土壤水分含量分布图，为灌区水资源的科学化管理和监测提供了依据。胡克林等（1999）在田间采样研究，测定了两个含水率不同时期土壤表层和底层的土壤中的N 离子含量，发现养分在一定范围内存在空间相关性，为提高氮肥利用率和精确农业的实践提供了依据[20]。郭旭东，傅伯杰等利用地统计学方法和 GIS 技术，研究了河北省遵化市土壤表层中离子和有机质等 5 种养分要素的空间变异规律。应用 GIS 技术，结合地理数据与系统变量属性数据，方便的分析了大区域范围内地统计研究[21]。熊柳梅以香蕉种植园为研究对象，对土壤的 14 种养分变量进行分析。确定了土壤营养要素的影响因素和香蕉株高、果数以及产量等影响因素。提出了香蕉种植的合理施肥方案。翟明凯（2012）围绕地统计学理论及其在土壤和环境科学中的应用问题，探索以新的理论和方法、解决应用实际问题为目的进行研究，取得了一些新成果，如：将面点克里格引入土壤属性制图领域，能为环境管理和精准农业提供更为适合的土壤属性制图方法。
第二章 研究区概况
2.1 自然条件概况
垦利县位于山东省东北部，黄河三角洲腹地，位置在北纬 37o24′至 38o10′，东经118o15′至 119o19′，东濒临渤海，北连河口区，南与东营区接壤，西与利津县毗邻，黄河从境内穿过流入黄河，东西长 90.2 公里，南北宽 65 公里，总面积 2204 平方公里。垦利地处黄河入海口，是黄河三角洲的顶点所在地。正常年份，黄河每年携沙造陆 2 万亩左右，使垦利成为全国“生长”土地最快的地方，也是中国东部沿海土地后备资源最丰富的地区之一。黄河入海口附近有我国暖温带最年轻、最典型、最完整的湿地生态系统，是国家级自然保护区、国家级地质公园、国家级森林公园。垦利有142.8 公里的原生态海岸线，河海交汇、物产丰饶。研究区位置见图 2.1。
2.1.1 气候特征
垦利县地处北温带大陆性季风型气候带，虽濒临渤海，但大陆性季风影响显著。冬季干冷，夏季湿热，四季分明。夏季盛行东南风，冬季盛行西北风，春季多东北风，秋季多西风。全年气温偏高，冬季呈现阶段性寒冷少大风严寒，夏季呈阶段性炎热，春季温暖湿润，温度回升较快。年平均气温 11.9℃，平均日较差为 10.7℃。7月份平均最高气温 26℃，极端最高温度 39.7℃。一月份平均最低气温-8.5℃，极端最低气温-19.1℃。年平均有霜日 61.3 天，最多 84 天，最少 38 天，年均无霜期 215.5天，除霜期最早出现与 10 月 11 日，最迟出现于 11 月 18 日，终霜期最早出现于 3 月17 日，最迟出现于 4 月 17 日，年平均初终霜期日期 149.5 天，最多 170.2 天，最少124 天（1988 年至 2009 年资料），年平均≥0℃的积温 4624.4℃，≥10℃的积温 4182.7℃（自 1988 年-2009 年资料）。降水多集中在 7—8 月份，占年降水量的 70%，年均蒸降比约为 3.22。该区降水量分布非常不均匀，有春旱、秋涝、晚收又旱的特点。
2.2 社会经济发展状况
垦利县辖 5 镇 2 个街道办事处和 1 个省级经济开发区，333 个行政村，总人口21.9523 万人，其中农业人口 18.335 万人。2013 年，垦利县城镇居民可支配收入与消费支出平稳增长。居民收入水平的提高拉动了消费水平的提升，有力的促进了经济持续快速增长和社会和谐发展。2013 年，垦利县城镇居民人均可支配收入 30820.51 元，比上年增长 9.80%；人均消费支出 16527.00 元，增长 9.30%。据垦利县农村住户抽样调查资料显示，2013 年全县农村居民人均纯收入达 12921.1 元，比上年增加 1510.1元，增长 13.2%，增幅高于全市平均水平 0.08 个百分点，居全市第 3 位。城乡居民收入之比由2012年的2.46:1下降到2013年的2.39:1，呈现逐步缩小的态势。
垦利县处在黄河三角洲开发建设主战场的最前沿和山东半岛蓝色经济区的重要位置，面临两大战略叠加、黄蓝经济融合的重大历史机遇，正在向着黄蓝融合、海陆统筹、一体发展的方向迈进。
第三章 数据来源与研究方法..................22
3.1 数据来源与测试分析............22
3.1.1数据来源 ..................22
3.1.2测试分析 .....................24
3.2 研究方法.......................24
第四章 结果与分析.................28
4.1 田块尺度土壤表观电导率时空分布特征.......................28
4.1.1 土壤表观电导率的描述性统计...................28
4.1.2 土壤表观电导率的空间变异特征...................29
第五章 建议与讨论........................42
5.1 合理开发利用区域土地资源.....................42
5.2 盐渍土中的“盐”和“水”....................43
第四章 结果与分析
4.1 田块尺度土壤表观电导率时空分布特征
4.1.1 土壤表观电导率的描述性统计
由EM38-MK2测得的表观电导率数据经SPSS 18.0软件描述性分析汇总见表4.1。
夏季所测土壤表观电导率数据都呈中等变异强度，且数值上都较春季同层变异值小。这是由于7月份正值本区雨水期，对表层盐分有较强淋洗作用。同时棉花处于开花期，对营养元素和水分需求量大，土壤中部分盐分被植物吸收以供生长。均值比较显示表观电导率在表层<中层<底层且差异巨大。表层和中层均值较春季同层均减小，但底层较前期增大，土壤盐分分布呈明显底聚型。
秋季时土壤表观电导率数据有如下特征：在相同土层该期均值最小且较夏季各层均不同程度地减少，但是秋季表层呈强变异强度，中层底层呈中等变异强度。这可能是由于10月份正值棉花成熟期，植物对表层盐分吸收作用微弱。虽然7—9月中旬雨水季节使地下水位有一定程度的上升，但此后水位下降的也非常快。到10月份时，地下水位基本维持在2.14 m左右，所以中层和底层的变异程度比表层弱很多。秋季各土层均值上呈表层<中层<底层的现象，土壤盐分分布呈明显底聚型，相比于春季和夏季数据，在人为因素和自然因素的双重作用下，表层盐分含量大大减少。表4.1还反映出总体上底层的电导率变异系数较小，说明土壤底层受外界干扰小，即使盐分含量在不同时期会有变化，但是盐分分布状态比较稳定。所有数据偏度均>0,表明在一定范围内数据值小的样点多，数据值大的样点少，呈现一定的偏态分布，说明无论是自然状态还是人为干预下，土壤含盐量均有一种趋同性。
第五章 建议与讨论
5.1 合理开发利用区域土地资源
由于垦利县境内特殊的地理要素情况和政策侧重不同，要想实现土地资源在农业上的合理开发利用，还需要加大人力物力财力的投入，发挥人民生产建设积极性。利用当地优势资源和条件，开发渔业、畜牧业、林业等，实现土地综合开发和可持续发展。为满足农业生产需求，可引进国外先进育种技术，种植抗盐碱作物等。
为实现土地资源治理开发与利用，结合本次调查，总结各方研究经验，提出以下几点建议：
（一）要利用好现有耕地，增肥肥料，培肥地力，主攻单产，增加总产。
调查发现，全县人均耕地在 10 亩以上，但更重方式粗放，科学种田技术水平低，生产条件差，抗御旱涝自然灾害的能力低，部分耕地盐渍化较重。部分地区只种植一年作物即弃耕，有些地方甚至当年种植作物因排水不畅而颗粒无收。应增施有机肥和化肥，实行秸秆还田或作物轮作种植方式等。在施用化肥的同时要注意氮磷肥的配合，提高施肥技术水平。同时还要调整作物布局，种植适宜的作物，挖掘土地增产潜力，提高经济效益，实现土地资源可持续利用。
（二）珍惜牧草地资源，合理发展畜牧业，充分利用林地资源，发展林业生产
垦利县内草场资源不是很丰富，大部分放牧是在弃耕地或沿耕地周边排水渠进行，缺乏规范化的管理和指导，有时因管理不善还会破坏正常农业生产和阻碍交通。为使农牧协调发展，应加草场管理，防止过度放牧，提倡分区轮牧；加强草场基本建设，提高牧草质量和数量；调整畜禽结构，做好畜牧兽医技术推广工作。森林是陆地生态系统的主体，在恢复和维持生态平衡方面占有重要作用，除提供直接的经济效益外，它还具有调节气候、减少潜水政法、抑制土壤返盐，降低地下水，保持水土，进行生物排水看，防风固沙，净化空气，美化环境和消减噪音等各方面的生态效益。因此，必须以生态效益和经济效益相结合的原则坚持营林。
（三）搞好农田基本建设，提高防旱排涝能力
此次调查发现，大部分地区农民的生产效益取决于天气，也就是所谓的靠天吃饭，每年一次到两次的大暴雨是导致部分作物绝产的直接原因，此时农业灌排配套设施的短板显露无疑。垦利县地势较为平坦，部分地区为防止暴雨突袭实行台田种植方式，经测试其土壤盐分明显偏低，土壤有机质含量较高，作物长势较正常生长作物良好。在台田周围进行渔业养殖，综合发展，实现土地利用效益最大化。
参考文献（略）