土壤浸提液電導率與鹽分關系的通徑分析

鄧麗娟

(新疆水利水電科學研究院，烏魯木齊830049)

土壤以及地下水中水溶性鹽類的定量化分析，是研究土壤鹽分動態、確定土壤鹽漬化程度以及進行鹽漬土改良應用的關鍵環節之一［1－4］。在描述土壤鹽分狀況時，常用的指標是全鹽量和土壤浸提液電導率。近年來土壤學的研究結果表明:由于土壤水分含量的不同，用全鹽含量表示土壤鹽漬狀況時，與田間土壤鹽分實際有效狀況之間差異很大，尤其是在研究土壤鹽漬程度與植物生長之間的關系時更是如此;土壤溶液電導率這一參數反映了在一定水分條件下土壤鹽分的實際狀況，并且包含了水分含量、土壤鹽分及離子組成等豐富信息，且該參數具有簡便、快捷、可比性強等特點［5］。當今國際刊物大多直接用土壤浸提液電導率來表示土壤鹽漬化程度，國內也有人提倡并積極應用溫度在25℃時的土壤溶液電導率直接表示土壤鹽漬狀況。但由于樣品制備工藝不統一、土壤鹽分組成的差異以及習慣上所用水土質量比的不同等因素，目前國際通用的土壤溶液電導率應用指標至今尚未確立。現在我國學者仍然比較普遍采用土壤全鹽量表示土壤鹽漬度［6］。

電導法測定土壤鹽漬度比較簡潔、準確，其測定原理是電解質溶液的導電作用。目前國內外在測定土壤電導率時，普遍采用的是浸提法。制備土壤浸提液的土水比例有多種，例如1:1、1:2、1:5、1:10和飽和泥漿浸提液，其中最常用的土水比例是1:5［7］。浸提法具有一定的局限性:所用的土水比與田間土壤實際土水比不可避免地存在差異，且不同土水比下獲得的土壤浸提液電導率可比性較差，因而使用電導率法測定土壤鹽漬度時，浸提液土水比例、土壤鹽分離子組成、溶液鹽分濃度、離子遷移速率、溶液溫度和電導池常數等都會不同程度地影響土壤溶液電導率的大小［8］。在以上諸多影響因素中，許多文獻認為土壤溶液的離子組成和濃度對電導率的影響明顯大于其余各因素［9］。本研究旨在通過對1:5土水比土壤浸提液電導率與土壤全鹽量、土壤溶液濃度及鹽分離子組成之間相關性的系統分析，探究影響土壤浸提液電導率的主要土壤鹽分化學性質，并確定其影響的相對強度。

1 材料與方法

1.1 供試土樣及制備

本研究所用土壤采自新疆恰甫其海水庫壩后周邊耕地。共采集28個典型剖面，每個剖面分別以0～30 cm、30～60 cm和60～100 cm分層采樣(共采集84個樣品)。采集的土樣帶回實驗室烘干，磨碎、過1 mm篩。準確稱取18.0 g的土壤置于離心管中，加入90 ml蒸餾水，將離心管置于振蕩器上振蕩3 min后，將以4 500～5 000 r/min轉速離心后獲得的上清液倒入燒杯中，并立即測量其電導率、pH值和鹽分離子組成。

1.2 測試方法

1.3 通徑分析的方法與原理［10］

通徑分析(Path Analysis)是遺傳學家Swell Wright在解決遺傳學中的因果關系時于1918～1921年首先提出來的一種分析方法。通徑分析不僅能測定兩變量間的相互關系，而且還能給出因素對結果的重要性，并可將相關系數分解為直接作用和間接作用，揭示各個因素對結果的相對重要性。

對于一個相互關聯的系統，有一個因變量y與n個自變量 xi( i=1，2，3，…n)間存在線性關系，回歸方程為:

將實際觀測值代入(1)式，并用最小二乘法原理解方程組，即可得通徑系數Pyxi。通徑系數是變量的標

準化偏回歸系數，表示各因素對結果的相對重要性。

式(1)通過數學變換，可建立正規矩陣方程:

式(2)中:rxixj為xi和xj的簡單相關關系，rxiy為xi和 y的簡單相關關系。解方程(2)即可求得通徑系數Pyxi。Pyxi即為:

式(3)中，bi為y對xi的偏回歸系數，δxi、δy分別為 xi、y 的標準差。Pyxi表示xi對y的直接通徑系數，用rxixjPyxi表示xi通過xj對y的間接通徑系數。而剩余項的通徑系數Pye表示為:

若Pye數值較大，則表明誤差較大或者還有另外更重要的因素未考慮在內。

2 結果與討論

2.1 EC1∶5和土壤浸提液鹽分濃度SSC的相關性

將土壤浸提液鹽分濃度和25℃的1:5土壤浸提液電導率作相關性分析，從圖1可以看出，EC1:5和土壤浸提液鹽分濃度SSC具有極顯著的相關性，其相關方程為:

圖1 電導率與土壤全鹽量相關圖

其中:SSC為土壤浸提液鹽分濃度(g/kg);EC1:5為1:5土水比土壤浸提液電導率(ms/cm)。

由(5)式可見，隨著EC1:5值增加，可溶性全鹽含量呈非線性增加，達到極顯著水平，這與毛任釗等［11］、劉廣明等［12］研究結果相一致。

應用該相關方程，可采用1:5土水比土壤浸提液電導率快速確定土壤全鹽量，也可根據土壤全鹽量推導1:5土水比土壤浸提液電導率以供同行交流。

2.2 土壤浸提液化學性質對EC1∶5的通徑系數

以84個土樣為總體，以各土樣25℃的1:5土水比浸提液電導率EC1:5作為依變量，以土壤浸提液鹽分濃度(SSC，g/kg)、pH及各離子濃度(g/kg)作為自變量進行相關分析，相關系數如表1所示。

將表1的數據代入方程(2)，解方程可得直接通徑系數，然后計算間接通徑系數。通徑系數計算結果如表2，剩余項的通徑系數為0.410，表明有其它重要因素未考慮在內。

表1 土壤浸提液化學性質與EC1∶5相關系數(n=84)

表2 土壤浸提液化學性質對EC1∶5的通徑系數

2.3 EC1∶5與土壤浸提液化學性質的關系

從表 2 可以看出，Cl－、K+與 Na+、HCO3－對溶液電導率影響的直接通徑系數較大，而且它們通過其他化學性質要素對溶液電導率影響的間接通徑系數之和也比較大，說明它們對土壤浸提液電導率的影響除了直接效應外，還具有顯著的通過其他化學性質要素的間接效應，從表觀上表現為與土壤浸提液電導率呈顯著相關，說明它們是影響土壤溶液電導率的最重要的因素。此外，Cl－、K+與 Na+、HCO3－三者通過彼此之間對溶液電導率的間接通徑系數比通過其他因素的間接通徑系數要大，說明它們彼此之間的相互作用對土壤溶液電導率也有較大的影響。

鑒于 Cl－、K+與 Na+、HCO3－是影響土壤浸提液電導率的最主要因素，進一步得出1:5土水比土壤浸提液電導率與Cl－、K+與 Na+、HCO3－的多元回歸方程:

式中:ECl:5為1:5土水比土壤浸提液電導率(ms/cm);C1－為氯離子濃度(g/kg);H為土壤浸提液K+與Na+濃度和(g/kg)，HCO3－為鈣離子濃度(g/kg)。

由以上線性方程可知，只要有Cl－、K+與Na+、HCO3－濃度即可推算出此土壤溶液的電導率，進而推算出土壤浸提液鹽分濃度，因此方程(6)具有良好的實用性。

3 結論

本試驗所用的鹽土，其1∶5土水比土壤浸提液電導率(EC1∶5)和土壤浸提液鹽分濃度(SSC)呈顯著線性相關，相關函數為:SSC=1.781EC1∶5+1.722。

影響土壤浸提液電導率的因素有許多，本項研究表明影響土壤浸提液電導率的主導鹽分化學性質是 Cl－、K+與Na+、HCO3－濃度;建立了1∶5土水比土壤浸提液電導率Ec1∶5與 Cl－、K+與 Na+、HCO3－濃度的相關方程:ECl:5=－1.493Cl－+7.429H － 9.627HCO3－+4.769，此方程具有良好的精度并在該區域具有一定的應用價值。

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