鹽堿土不同土壤浸提液電導率和pH值的換算

郭建忠，劉淑慧，李 森，盧垟杰

(太原理工大學水利科學與工程學院，山西太原 030024)

土壤浸提液的電導率和pH值是反映土壤鹽漬化程度的重要指標，是測定土壤含鹽狀況的首選方法[1]。歐美國家一般直接采用土壤飽和泥漿浸提液電導率來表示土壤的含鹽量水平；國內在研究鹽漬土土壤含鹽量和pH值時所采用的土壤浸提液較多的為1 ∶1和1 ∶5的土水比例。國內外不同土水比采用的測定方法不同，給測定數據之間的比較和交流造成了困難[2]。在測定電導率和pH值時使用較多的土水比例有飽和泥漿浸提液、1 ∶1土水比浸提液和1 ∶5土水比浸提液[3-5]。飽和泥漿法的土水比由于與田間的實際狀況非常接近，所測定的浸提液電導率能較好地反映田間土壤的實際含鹽水平，因此在歐美國家的應用較為普遍，但是由于飽和泥漿的制備具有較強的經驗性，并且飽和點判定的不確定性比較大，電導率測定的重現性也較差，因而無法推廣普及[6]，同時該方法存在樣本制備時間長、溶液量較少等問題。國內多數學者提倡用25 ℃不同土水比的電導率和pH值來表示土壤含鹽量和土壤pH值的大小[7]，但是由于受土水比、鹽分組成類型、土壤質地等多種因素的影響，不同水土比土壤浸提液的電導率和pH值有較大差別[8-10]。

目前學者對于不同水土比電導率的研究較多，而對于不同水土比pH值的研究較少。本試驗通過系統性地研究不同土水比(1 ∶1、1 ∶5和飽和泥漿)的土壤浸提液電導率(EC1 ∶1、EC1 ∶5和ECe)和土壤浸提液pH值(pH1 ∶1，pH1 ∶5和pHe)來探討飽和泥漿電導率和pH值與不同土水比土壤浸提液電導率和pH值的相關關系，為進一步統一和提高鹽漬土試驗研究中用電導率和pH值來代表土壤鹽漬化程度的準確性與精確性提供科學理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 研究區試驗概況

供試土壤樣品來自山西省大同盆地鹽漬土區，該區降水主要集中在7—9月，地表蒸發強烈，空氣干燥，年平均降水量為398.9 mm，蒸發量為1 870 mm，年平均氣溫為 7 ℃，1月最低氣溫為-27.6 ℃，7月最高氣溫為33.2 ℃。試驗地土壤的理化性質如表1所示。

1.2 樣品采集與測定方法

1.2.1 飽和泥漿的制備及其電導率和pH值的測定 飽和泥漿的制備參照理查提出的手工調制法[11-13]進行。稱取 35 g 待測土樣放入小燒杯中一邊緩緩加入CO2蒸餾水，一邊用調土板將其調制成飽和泥漿(土樣處于一種半流動，表面反光，同時有自由水析出的狀態)。將制備好的飽和泥漿靜置 24 h，用離心機分離土水混懸液，取上層清液，用電導率儀(DDS-307A型)測定其電導率，記為ECe[2]，用pH計(pHS-3C型)測定其pH值。

1.2.2 固定土水比的土壤溶液制備及電導率和pH值的測定 土水比為1 ∶1、1 ∶5的土壤浸提液的制備：同一份土樣分別稱取2份10 g土樣放入離心管中，然后按照不同的土水比例量取相應質量的無CO2蒸餾水，擰緊管口，然后放在振蕩器上振蕩3 min，立即用離心機離心，離心機轉速設定為 5 000 r/min，清液存于試管中，作為待測液，然后分別測定其電導率值和pH值。

1.3 數據處理與分析

采用Excel、SPSS軟件進行數據計算、繪圖與統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同土水比的土壤浸提液和飽和泥漿電導率的比較

由表2可知，飽和泥漿和不同土水比之間的電導率具有差異，其中飽和泥漿浸提液電導率(ECe)的平均值是土水比為1 ∶1、1 ∶5浸提液電導率平均值的數倍。通過表3的相關性分析可知，飽和泥漿浸提液的電導率(ECe)與2種不同土水比土壤浸提液的相關性均達到極顯著水平，其中與經過含水率校正后的EC1 ∶1的相關性最高，相關系數達到0.982，含水量校正即將EC1 ∶n除以相應樣品的飽和泥漿含水量(即EC1 ∶n/sp)[2]。ECe與EC1 ∶1和EC1 ∶5均存在較密切的線性關系，且該飽和含水量對線性關系有一定的影響，其中進行水分校正后的EC1 ∶1與ECe的線性關系最佳。通過不同土水比含水量校正后的EC值與ECe值的對比效果比較發現，校正后的效果并不特別明顯。

表1 試驗地土壤理化性質

注：根據美國農部土壤質地三角形分類。

表2 試驗地土壤樣品統計

注：sp表示飽和泥漿含水量，表中數據為81個土壤樣品的測定結果。下表同。

ECe與EC1 ∶5的一元一次函數關系(圖1)與李冬順等建立的黃淮海平原鹽漬土ECe與EC1 ∶5相互換算的經驗公式(ECe=8.24×EC1 ∶5-0.724；ECe= 3.79×EC1 ∶5/sp-0.501 校正后試驗式)[2]相差不大；與遲春明等在松嫩平原鹽堿土建立的經驗公式(ECe=10.82×EC1 ∶5-0.59)有較大差別[14]；與郭新送等在山東省東營市黃河三角洲鹽堿土區ECe與EC1 ∶5和EC1 ∶1相互換算的經驗公式(ECe=2.042EC1 ∶5+0.089 5；ECe=0.433 3EC1 ∶1+0.381 6 )也有較大差別[15]。因此，本試驗建立的經驗公式還僅適用于供試土壤，即大同盆地地區的土壤。

表3 不同土水比土壤浸提液與飽和泥漿電導率相關性

注：*表示相關性達到0.05顯著水平，**表示相關性達到0.01顯著水平。

2.2 不同土水比的土壤浸提液和飽和泥漿pH值的比較

土壤的pH值為土壤中氫離子濃度的負對數值[16]，通過對pH值所代表的含義進行研究，用pH值所代表的H+和OH-濃度來進行模型回歸。由于試驗地所研究的土壤為堿性土壤，因此本試驗中采用OH-濃度來進行模型回歸。pH值與氫氧根離子濃度[c(OH-)]的換算公式如下：

pOH=14-pH；

(1)

c(OH-)=10-pOH。

(2)

經過換算，土水比為1 ∶1的OH-濃度[c(OH-)1 ∶1]、土水比為1 ∶5的OH-濃度[c(OH-)1 ∶5]與飽和泥漿的OH-濃度[c(OH-)e]的關系如圖2、圖3所示。

通過對c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e進行線性回歸發現，二者線性關系明顯；對c(OH-)1 ∶5和c(OH-)e進行線性回歸，通過R2進行判定可知，其函數模型的擬合效果低于c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e的線性模型擬合效果。出現這種情況的原因是影響土壤pH值的主要因素為土壤中所含有的弱電解質CO32-和HCO3-，使得土壤pH值升高，土水比為1 ∶1的c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e的含水量狀況差距不大，水分對弱電解質的稀釋作用并不明顯[17]，所以其呈現出比較明顯的線性關系；隨著土水比中水量的增大，水分對弱電解質CO32-和HCO3-溶解度的稀釋作用體現出來[17]，所以不再呈現明顯的線性關系。

通過進行公式代換，pH1 ∶1與pHe可以用以下公式表示：

pHe=lg(0.244 8×10pH1 ∶1+107)。

土水比為1 ∶5的pH與pHe的一次函數公式為

pHe=lg(0.235 3×10pH1 ∶5-108)。

3 討論與結論

含水量的校正并不能有效地減小不同土水比的EC和飽和泥漿ECe的誤差，在進行校正換算時仍須進一步地考慮。

飽和泥漿土壤浸提液電導率與土水比1 ∶5、 1 ∶1 的土壤浸提液電導率之間存在顯著的相關關系，可分別利用一元線性函數模型ECe=8.245 7EC1 ∶5-0.266 9和ECe=2.193 7EC1 ∶1-0.002 3進行擬合回歸換算。

在pH值測定中，pH1 ∶1與pHe回歸方程通過c(OH-)濃度換算后，r2明顯高于pH1 ∶5與pHe的回歸方程，其關系為pHe=lg(0.244 8×10pH1 ∶1+107)。

在試驗樣品測定中，可以用土水比為1 ∶1測定的電導率和pH值通過回歸關系式計算得到飽和泥漿的電導率和pH值，但由于試驗樣品的取樣數量和取樣點存在一定局限性，因此對于其他土壤類型的應用還需進一步的論證。

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