土壤溶液濃度的野外測定方法研究

何雨江，時 磊

（1.中國地質(zhì)科學院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 石家莊 050803；2.中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司 北京分公司，北京 100085）

土壤鹽漬化問題在中國干旱半干旱地區(qū)非常突出，土壤鹽漬化主要表現(xiàn)為離子毒害和滲透脅迫，因此，為了及時有效判定當?shù)赝寥利}漬化程度及其危害，必須確定土壤溶液濃度。目前測定土壤溶液濃度的方法較多［1］，直接測定的代表方法是利用電磁波原理的測定儀器TDR和HYDRA等，以其自動化、數(shù)據(jù)連續(xù)等優(yōu)勢發(fā)展迅速［2－4］，但這些儀器價格昂貴且測定深度十分有限，不適合面上或區(qū)域尺度應用；間接法的代表是土壤電導率間接表征土壤中可溶鹽含量［5］，土壤電導率通常用 EC1∶5（采用每1g土加水5g的辦法配制土壤與水的比例為1∶5的土樣，然后測定1∶5的土水比的土樣浸提液電導率值［6］）表示，但這種方法的結(jié)果并不是土壤溶液濃度［7－8］。

國際上通常用飽和土壤溶液電導率ECe（即土壤達到飽和點時的土壤溶液電導率）表征土壤鹽分，常用的作物耐鹽閾值也是ECe［9］，但是ECe與土壤溶液濃度一樣，很難直接觀測得到［10］。本研究以南疆地區(qū)砂壤土為對象開展田間試驗，研究EC1∶5與土壤總鹽（TS）、土壤溶液濃度（C）及飽和土壤溶液電導率（ECe）的關(guān)系，力求找到一種在野外快速簡便確定土壤水溶液濃度的方法。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于新疆自治區(qū)巴州國家重點灌溉試驗站進行。試驗區(qū)屬干旱內(nèi)陸地區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強烈，年均降水量53.3～62.7mm，蒸發(fā)量為2273 ～2788 mm。當?shù)啬昶骄鶜鉁?1.48℃，最低氣溫－30.9℃，最高42.2℃。試驗地土質(zhì)以壤質(zhì)砂土和砂質(zhì)壤土為主，0—50cm主要為壤質(zhì)砂土，50—120cm為砂質(zhì)壤土，容重為1.43～1.74g／cm3。

1.2 試驗設(shè)計

在8個試驗小區(qū)分別以不同灌水定額進行微咸水灌溉，灌水過程中共取樣品9次，取樣深度為120 cm，間距為10cm，共864組樣品。并在其中2個小區(qū)的0—120cm深度安裝負壓計和土壤水提取器。為防止灌溉水濃度引起誤差，在灌溉結(jié)束1d后，土壤某深度達到飽和含水率時，立即提取土壤水溶液，共得到45組水樣可供測定濃度和電導率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用1∶5土水浸提液測定土樣電導率。將測得含水量后的烘干土樣磨碎過1mm篩后，稱取18g土加90ml純凈水配成溶液，靜置12h后采用DDS－307電導儀測量溶液電導率EC1∶5。飽和土壤水溶液電導率（ECe）通過電導率儀直接測定。

土壤總鹽含量（TS）以8大離子含量之和代替［11］，根據(jù)國標5273—2000和相關(guān)測定方法［12］對8大離子進行測定，其中Ca和Mg離子采用EDTA滴定，K和Na離子利用火焰光度計測定，碳酸根和重碳酸根采用雙指示劑（酚酞和甲基橙）法測定，Cl離子采用硝酸銀滴定，硫酸根利用EDTA間接滴定。飽和土壤水溶液濃度C也通過測定8大離子含量之和來確定。

測定過程中損失和無效樣品土樣21組，余843組土樣結(jié)果（包括EC1∶5和TS）可供分析。45組水樣測定結(jié)果（包括ECe和C）全部可供分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤電導率EC1∶5與土壤總鹽含量TS的相關(guān)關(guān)系

圖1為土壤EC1∶5與土壤總鹽含量的關(guān)系曲線。由圖1可以看出，電導率EC1∶5值在0～10000 μS／cm范圍內(nèi)，土壤電導率EC1∶5及總鹽含量之間存在線性關(guān)系。

利用SPSS 17.0進行線性回歸分析。運用直接進入法進行線性回歸，并在95%的置信區(qū)間內(nèi)進行F檢驗，同時進行變量顯著性T檢驗。回歸模型運算結(jié)果表明，曲線線性擬合的優(yōu)度系數(shù)0.979，設(shè)定F檢驗統(tǒng)計量的值為19013 .398，顯著性水平的p值趨于0，說明EC1∶5與TS之間具有高度顯著的線性關(guān)系，同時變量顯著性T檢驗值為137.889，顯著性水平趨于0。

試驗分析結(jié)果表明，在南疆砂壤土條件下，土壤總鹽含量直接影響土壤1∶5浸提液電導率EC1∶5，EC1:5值在0～10000 μS／cm范圍內(nèi)，土水比為1∶5條件下土壤可溶性離子能完全被浸提，EC1∶5能很大程度的表征土壤總鹽含量。因此試圖用EC1∶5表征土壤飽和時的土壤溶液濃度（C）。

圖1 土壤電導率EC1∶5與土壤總鹽含量TS的關(guān)系

2.2 土壤電導率EC1∶5與飽和土壤電導率ECe的相關(guān)關(guān)系

對比分析45組水樣ECe和相應深度處土樣EC1∶5的相關(guān)關(guān)系。圖2為利土壤EC1:5與ECe的關(guān)系曲線。由圖2可知，在土壤達到飽和，EC1:5在0～1000 μS／cm時，飽和土壤溶液電導率遠遠大于EC1∶5值，且隨 EC1∶5呈線性增長；電導率 EC1∶5值在0～2500 μS／cm 范圍內(nèi)，土壤電導率 EC1∶5與 ECe存在線性關(guān)系。

利用SPSS 17.0進行線性回歸分析。運用直接進入法進行線性回歸，并在95%的置信區(qū)間內(nèi)進行F檢驗，同時進行變量顯著性T檢驗，得到回歸模型運算結(jié)果。曲線線性擬合的優(yōu)度系數(shù)0.862，決定系數(shù)為0.742，修正后為0.736。方差分析結(jié)果顯示，設(shè)定F檢驗統(tǒng)計量的值為19013 .398，顯著性水平的p值趨于0，說明EC1:5與TS之間具有高度顯著的線性關(guān)系，同時變量顯著性T檢驗值為123.792，顯著性水平趨于0，于是模型通過了設(shè)定檢驗，也就是說，EC1∶5與ECe之間的線性關(guān)系明顯。

西方一些學者偏向應用ECe表征土壤鹽分情況，Slavich和Petterson［7］研究了二者的關(guān)系及數(shù)學計算方法，并利用飽和重量含水量θsp計算二者之間的關(guān)系系數(shù)f，計算公式為:

根據(jù)該方法，本試驗地飽和重量含水量為0.27 kg／kg，則f為13.682，與實測數(shù)據(jù)擬合的非標準化系數(shù)13.354僅相差0.328，且只比實際擬合系數(shù)高2.458%。因此，在南疆砂壤土條件下，土壤ECe可以應用土壤EC1∶5來推算，二者關(guān)系系數(shù)可以根據(jù)飽和重量含水量確定。

圖2 土壤電導率EC1∶5與飽和飽和土壤電導率ECe的關(guān)系

2.3 土壤電導率EC1∶5與土壤溶液濃度C的相關(guān)分析

圖3表明，在土壤達到飽和，EC1∶5在0～3000 μS／cm時，土壤溶液濃度隨EC1∶5呈線性增長，土壤電導率EC1∶5與C存在線性關(guān)系。

圖3 土壤電導率EC1:5與土壤溶液濃度C的關(guān)系曲線

利用SPSS 17.0進行線性回歸分析。運用直接進入法進行線性回歸，并在95%的置信區(qū)間內(nèi)進行F檢驗，同時進行變量顯著性T檢驗，得到回歸模型運算結(jié)果。曲線線性擬合的優(yōu)度系數(shù)0.839，決定系數(shù)為0.704，修正后為0.697。方差分析表顯示，設(shè)定F檢驗統(tǒng)計量的值為102.031，顯著性水平的p值趨于0，說明EC1∶5與TS之間具有高度顯著的線性關(guān)系，由回歸系數(shù)表和變量顯著性檢驗得到:ECe的T值為11.126，顯著性水平趨于0，于是模型通過了設(shè)定檢驗，也就是說，EC1∶5與C之間的線性關(guān)系明顯。相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果表明，在土壤達到飽和，EC1∶5在0～3000 μS／cm時，土壤可溶性鹽分離子能較大程度溶于土壤水，該條件下，可以應用EC1∶5轉(zhuǎn)換為土壤水溶液濃度來評價土壤鹽分。

3 結(jié)論

通過對南疆地區(qū)砂壤土水鹽分和電導率的野外試驗，以及數(shù)據(jù)的線性回歸檢驗。結(jié)果表明，EC1∶5值在0～10000 μS／cm范圍內(nèi)，土水比為1∶5條件下土壤可溶性離子能完全被浸提，EC1∶5能夠表征土壤總鹽含量和ECe，關(guān)系系數(shù)可以根據(jù)飽和重量含水量確定；在土壤達到飽和，EC1∶5在0～3000 μS／cm時，土壤可溶性鹽分離子能較大程度溶于土壤水，EC1∶5能夠表征土壤水溶液濃度。因此，利用EC1∶5推算飽和土壤溶液電導率ECe和土壤水溶液濃度C，是一種快速有效的野外測定方法。

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