濱海鹽土全鹽量與電導率之間最佳曲線方程研究

厲仁安　王飛　秦方錦　樓飛　吳丹亞

摘 要：濱海鹽土的主要特征是全鹽含量高，也是作物生長的障礙因子。電導率的測定是測定土壤中水可溶性鹽快速而簡單的方法。國內標準方法是在25℃溫度下用土水比為1：5的澄清懸液測定，但計算方法不統一。為了研究濱海鹽土中可溶性全鹽（Y）與電導率（x）之間本質上關系，比較了10種曲線回歸方程。結果表明：在砂涂中全鹽與電導率之間最佳曲線回歸方程為線性方程：Y=0.045+2.935X（R2=1.000），而其冪函數曲線方程R2=0.998。在黏涂中全鹽與電導率之間最佳曲線回歸方程為三次曲線方程：Y=0.194+0.3096X -0.253X2+0.046X3（R2=l.000），但其冪函數曲線方程的R2也為0.998。

關鍵詞：全鹽；電導率；濱海鹽土；最佳曲線方程

中圖分類號：S151.9

文獻標志碼：A

論文編號：2014-0557

0 引言

濱海鹽土又稱海涂，是中國沿海地區重要的土地資源，濱海鹽土農業利用的最豐要障礙因素是水可溶性鹽含量高。早在1916年，即已應用電導法測定鹽漬土中的含鹽量。在中國可溶性鹽含量測定研究中，20世紀30年代至50年代初，熊毅和朱蓮青等采用可溶鹽加和法或質量法，但該法操作過程冗長，工作效率低，難以及時預報；20世紀60年代李英才等報道了溫度和鹽分組成對電導率的影響；20世紀70年代中國科學院南京土壤研究所對土壤全鹽與電導率關系進行了研究，提出了不同鹽土類型的線性方程；1979年全國第二次土壤普查暫行技術規程中土壤全鹽測定引用了南京土壤研究所的電導法；1989年發布了電導儀測量標準溶液和試驗溶液制備方法的國家標準；2006年農業部發布了用電導儀測定水溶性鹽總量的國家農業行業標準。至此，中國用電導儀測定土壤全鹽的方法納入了標準化行列。

據吳玉衛等報道，浙江濱海鹽土電導率與全鹽量關系為冪函數曲線方程；游植粦對廣東沿海咸田、咸酸田電導率與可溶性關系研究表明為線性方程；蔡阿興等對蘇北濱海鹽土電導率與全鹽量關系也為線性方程。可見，濱海鹽土全鹽與電導率關系研究結果并不一致。進入21世紀，隨著計算機技術的突飛猛進，試驗數據的統計也更加快速、方便和精確，筆者利用社會科學統計軟件包（SPSS），以吳玉衛等的測定數據為依據，對濱海鹽土全鹽量與電導率之間的最佳曲線方程進行比較研究，以便為海涂綜合開發利用，快速而準確的提供土壤全鹽數據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤及測定方法

將浙江省濱海鹽土不同全鹽量的74個土樣，分別用DDS-11型電導儀，測定土水比為1：5的澄清懸液的電導值，換算成25CC的電導率，并相應地測定烘干全鹽含。

1.2 冪函數統計法

吳玉衛等認為電導率（Y）與全鹽量（x）之間為冪函數關系： Y=boXb1，若求出bo、b1值，根據25℃時1：5土水比的懸液電導率，便可算出全鹽量。

1.3 曲線擬合法

在2個變量之間進行回歸分析時，一般用線性方程Y=bo+biX來表示，但一個不顯著的線性方程并不一定意味著X和Y沒有關系，而僅說明X和Y沒有顯著的線性關系；而且一個顯著的線性方程并不意味著X和Y的關系必為線性，因為它并不排斥能更好地描述X和Y關系的各種非線性方程的存在。應用SPSS軟件包對土壤全鹽量和電導率2個變量進行回歸分析，可以用該軟件包提供的曲線估計過程，擬合許多常用曲線，共有10種方程可以擬合，即線性方程、對數曲線方程、反函數（又稱倒數）曲線方程、二次曲線方程、三次曲線方程、復合曲線方程、冪函數曲線方程、S型曲線方程、牛長（又稱增長）曲線方程和指數曲線方程。10種方程的擬合度（即決定系數）R2的大小表示了曲線回歸方程估測的可靠程度的高低，其中R2最大的即為最佳方程。

2 結果與分析

2.1 用冪函數曲線方程統計結果

據吳玉衛等統計浙江省濱海鹽土76個土樣25C時電導率（ Y，mS/cm）和烘干全鹽（X，%）的冪函數方程如下：

（1）砂涂烘干全鹽小于0.3%（n=20），Log Y=0.6835+1.24071gX（r=0.98）.

（2）砂涂烘干全鹽大于0.3%（n=22），Log Y=0.5304+0.99711gX（r=0.99）。

（3）黏涂烘干全鹽0.3%～0.7%（n=7），Log Y=0.5688+1.11851gX （r-0.97）。

（4）黏涂烘干全鹽0.71%—1.58% （n=27），Log Y=0.5476+0.84811gX（r=0.98）.

2.2 用SPSS曲線擬合結果

2.2.1 砂涂（n=37）從本研究用SPSS曲線擬合結果可以看出（表l和圖1），在全鹽（Y）1.00～16.0 g/kg范圍內，電導率（X）0.28～5.42 mS/cm：線性方程、二次曲線方程、三次曲線方程的R2均為1.000，冪函數曲線方程的R2為0.998。為計算方便，取線性方程為最佳方程： Y=0.045+2.93 5X。

2.2.2 黏涂（n=37）從本研究用SPSS曲線擬合結果可以看出（表2和圖2），在全鹽（Y）1.00～16.0 g/kg范圍內，電導率（X）0.28～5.26 mS/cm：

三次曲線方程：Y=0.194+ 0.3096X- 0.2532+0.046X3，R2=1.000；冪函數方程：Y=3.119 X0'930，R2=0.998。

三次曲線方程R2最大，說明其擬合度最好，取三次曲線方程為最佳曲線方程。

3 結論與討論

3.1 回歸方程的改進

從吳玉衛等的統計結果可以看出，該統計將電導率設為因變量（Y），將全鹽設為白變量（x），而目前國內外有關文獻都將全鹽設為因變量（Y），將電導率設為白變量（X），改進后計算比較方便。由于受當時統計工具限制，吳玉衛解冪函數曲線方程是用分段的線性方程來實現的，即砂涂分全鹽量小于0.3%和大于0.3%來統計的；而黏涂分全鹽量0.3%～0.7%和0.71%～1.58%來統計的，這樣做不但統計麻煩，而且會帶來較大的誤差。

南京土壤研究所也指出，他們用回歸曲線推導所得到的各類鹽土的可溶鹽全量與電導率的線性方程，僅適用于全鹽量在0.02%～0.5%范圍內。如在實測過程遇到>0.5%含鹽量時，可將待測液稀釋后測定，再將測定結果乘以稀釋倍數。同時，他們還指出，在測定過程中，電導率會隨含鹽量增大，而增長速度逐漸減緩，所得到的相關曲線按其本身的形狀來看接近于拋物線。為便于應用，用回歸統計法將電導曲線繪成直線，在通常規定誤差范圍內，仍有足夠的精確度。

于天仁等指出，在一個土壤膠體的懸液中，可以把電導看做是帶電顆粒的膠粒電導和溶液中的離子電導這兩方面貢獻結果。砂涂中膠粒含量低，離子電導起豐要作用，因此砂涂的含鹽量與電導率成線性關系。而黏涂中膠粒含量高，膠粒電導影響大，因此黏涂的全鹽量與電導率為三次曲線關系。

用曲線圖來表示土壤全鹽與電導率之問的擬合度更為直觀，當X和Y的數據輸入SPSS軟件包后，在同一張圖上即可得出有10種回歸方程的曲線圖。當確定三次曲線方程為最佳方程后，只選擇“立方”模型，即可輸出三次曲線擬合圖。

從上述討論可以看出，本研究所提出的濱海鹽土全鹽量與電導率之間的最佳方程（即砂涂的線性方程，黏涂的三次曲線方程），既不要分段統計，在含量高時也無需稀釋樣品，只要將土樣測定的電導率代入最佳方程中，就可得出該土樣精確的全鹽量數據。

3.2 最佳方程的驗證

蔡阿興等研究表明濱海鹽土全鹽與電導率的關系為線性方程；而游植粦研究認為電導率與廣東沿海咸田及咸酸田的關系，以含鹽量4 g/kg為分界點，分別按各白的線性方程計算，符合方法誤差要求。

本研究利用蔡阿興和游植粦等文獻所提供的濱海鹽土全鹽與電導率的原始數據，用SPSS軟件包進行統計，結果表明：兩者的三次曲線方程的R2都大于線性方程的R2，而且后者不必分段進行統計。但由于各地的土壤鹽分組成和土壤質地不同，因此三次曲線方程中回歸系數有所不同。

據美國農業部白然資源保護局國家土壤調查中心凱洛格實驗室的“凱洛格土壤調查實驗室方法手冊”，土壤全鹽與電導率的關系也為三次曲線方程。

3.3 結論

從上述分析可以得出如下結論：測定土水比為1：5的澄清懸液的電導值，換算成25℃的電導率，并相對應地用質量法測定全鹽含量（至少7個土樣），統計得出三次曲線方程；再據此方程可以將其他土壤測定的電導率計算成土壤全鹽含量。