土壤浸提液电导率与盐分关系的通径分析

邓丽娟

(新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐830049)

土壤以及地下水中水溶性盐类的定量化分析，是研究土壤盐分动态、确定土壤盐渍化程度以及进行盐渍土改良应用的关键环节之一［1－4］。在描述土壤盐分状况时，常用的指标是全盐量和土壤浸提液电导率。近年来土壤学的研究结果表明:由于土壤水分含量的不同，用全盐含量表示土壤盐渍状况时，与田间土壤盐分实际有效状况之间差异很大，尤其是在研究土壤盐渍程度与植物生长之间的关系时更是如此;土壤溶液电导率这一参数反映了在一定水分条件下土壤盐分的实际状况，并且包含了水分含量、土壤盐分及离子组成等丰富信息，且该参数具有简便、快捷、可比性强等特点［5］。当今国际刊物大多直接用土壤浸提液电导率来表示土壤盐渍化程度，国内也有人提倡并积极应用温度在25℃时的土壤溶液电导率直接表示土壤盐渍状况。但由于样品制备工艺不统一、土壤盐分组成的差异以及习惯上所用水土质量比的不同等因素，目前国际通用的土壤溶液电导率应用指标至今尚未确立。现在我国学者仍然比较普遍采用土壤全盐量表示土壤盐渍度［6］。

电导法测定土壤盐渍度比较简洁、准确，其测定原理是电解质溶液的导电作用。目前国内外在测定土壤电导率时，普遍采用的是浸提法。制备土壤浸提液的土水比例有多种，例如1:1、1:2、1:5、1:10和饱和泥浆浸提液，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:所用的土水比与田间土壤实际土水比不可避免地存在差异，且不同土水比下获得的土壤浸提液电导率可比性较差，因而使用电导率法测定土壤盐渍度时，浸提液土水比例、土壤盐分离子组成、溶液盐分浓度、离子迁移速率、溶液温度和电导池常数等都会不同程度地影响土壤溶液电导率的大小［8］。在以上诸多影响因素中，许多文献认为土壤溶液的离子组成和浓度对电导率的影响明显大于其余各因素［9］。本研究旨在通过对1:5土水比土壤浸提液电导率与土壤全盐量、土壤溶液浓度及盐分离子组成之间相关性的系统分析，探究影响土壤浸提液电导率的主要土壤盐分化学性质，并确定其影响的相对强度。

1 材料与方法

1.1 供试土样及制备

本研究所用土壤采自新疆恰甫其海水库坝后周边耕地。共采集28个典型剖面，每个剖面分别以0～30 cm、30～60 cm和60～100 cm分层采样(共采集84个样品)。采集的土样带回实验室烘干，磨碎、过1 mm筛。准确称取18.0 g的土壤置于离心管中，加入90 ml蒸馏水，将离心管置于振荡器上振荡3 min后，将以4 500～5 000 r/min转速离心后获得的上清液倒入烧杯中，并立即测量其电导率、pH值和盐分离子组成。

1.2 测试方法

1.3 通径分析的方法与原理［10］

通径分析(Path Analysis)是遗传学家Swell Wright在解决遗传学中的因果关系时于1918～1921年首先提出来的一种分析方法。通径分析不仅能测定两变量间的相互关系，而且还能给出因素对结果的重要性，并可将相关系数分解为直接作用和间接作用，揭示各个因素对结果的相对重要性。

对于一个相互关联的系统，有一个因变量y与n个自变量 xi( i=1，2，3，…n)间存在线性关系，回归方程为:

将实际观测值代入(1)式，并用最小二乘法原理解方程组，即可得通径系数Pyxi。通径系数是变量的标

准化偏回归系数，表示各因素对结果的相对重要性。

式(1)通过数学变换，可建立正规矩阵方程:

式(2)中:rxixj为xi和xj的简单相关关系，rxiy为xi和 y的简单相关关系。解方程(2)即可求得通径系数Pyxi。Pyxi即为:

式(3)中，bi为y对xi的偏回归系数，δxi、δy分别为 xi、y 的标准差。Pyxi表示xi对y的直接通径系数，用rxixjPyxi表示xi通过xj对y的间接通径系数。而剩余项的通径系数Pye表示为:

若Pye数值较大，则表明误差较大或者还有另外更重要的因素未考虑在内。

2 结果与讨论

2.1 EC1∶5和土壤浸提液盐分浓度SSC的相关性

将土壤浸提液盐分浓度和25℃的1:5土壤浸提液电导率作相关性分析，从图1可以看出，EC1:5和土壤浸提液盐分浓度SSC具有极显著的相关性，其相关方程为:

图1 电导率与土壤全盐量相关图

其中:SSC为土壤浸提液盐分浓度(g/kg);EC1:5为1:5土水比土壤浸提液电导率(ms/cm)。

由(5)式可见，随着EC1:5值增加，可溶性全盐含量呈非线性增加，达到极显著水平，这与毛任钊等［11］、刘广明等［12］研究结果相一致。

应用该相关方程，可采用1:5土水比土壤浸提液电导率快速确定土壤全盐量，也可根据土壤全盐量推导1:5土水比土壤浸提液电导率以供同行交流。

2.2 土壤浸提液化学性质对EC1∶5的通径系数

以84个土样为总体，以各土样25℃的1:5土水比浸提液电导率EC1:5作为依变量，以土壤浸提液盐分浓度(SSC，g/kg)、pH及各离子浓度(g/kg)作为自变量进行相关分析，相关系数如表1所示。

将表1的数据代入方程(2)，解方程可得直接通径系数，然后计算间接通径系数。通径系数计算结果如表2，剩余项的通径系数为0.410，表明有其它重要因素未考虑在内。

表1 土壤浸提液化学性质与EC1∶5相关系数(n=84)

表2 土壤浸提液化学性质对EC1∶5的通径系数

2.3 EC1∶5与土壤浸提液化学性质的关系

从表 2 可以看出，Cl－、K+与 Na+、HCO3－对溶液电导率影响的直接通径系数较大，而且它们通过其他化学性质要素对溶液电导率影响的间接通径系数之和也比较大，说明它们对土壤浸提液电导率的影响除了直接效应外，还具有显著的通过其他化学性质要素的间接效应，从表观上表现为与土壤浸提液电导率呈显著相关，说明它们是影响土壤溶液电导率的最重要的因素。此外，Cl－、K+与 Na+、HCO3－三者通过彼此之间对溶液电导率的间接通径系数比通过其他因素的间接通径系数要大，说明它们彼此之间的相互作用对土壤溶液电导率也有较大的影响。

鉴于 Cl－、K+与 Na+、HCO3－是影响土壤浸提液电导率的最主要因素，进一步得出1:5土水比土壤浸提液电导率与Cl－、K+与 Na+、HCO3－的多元回归方程:

式中:ECl:5为1:5土水比土壤浸提液电导率(ms/cm);C1－为氯离子浓度(g/kg);H为土壤浸提液K+与Na+浓度和(g/kg)，HCO3－为钙离子浓度(g/kg)。

由以上线性方程可知，只要有Cl－、K+与Na+、HCO3－浓度即可推算出此土壤溶液的电导率，进而推算出土壤浸提液盐分浓度，因此方程(6)具有良好的实用性。

3 结论

本试验所用的盐土，其1∶5土水比土壤浸提液电导率(EC1∶5)和土壤浸提液盐分浓度(SSC)呈显著线性相关，相关函数为:SSC=1.781EC1∶5+1.722。

影响土壤浸提液电导率的因素有许多，本项研究表明影响土壤浸提液电导率的主导盐分化学性质是 Cl－、K+与Na+、HCO3－浓度;建立了1∶5土水比土壤浸提液电导率Ec1∶5与 Cl－、K+与 Na+、HCO3－浓度的相关方程:ECl:5=－1.493Cl－+7.429H － 9.627HCO3－+4.769，此方程具有良好的精度并在该区域具有一定的应用价值。

［1］中国土壤学会盐渍土专业委员会.中国盐渍土分类分级文集［C］.南京:江苏科学技术出版社，1989.

［2］王遵亲，等著.中国盐渍土［M］.北京:科学出版社，1993:130～211.

［3］毛创钊，田魁祥，松本聪，等.盐渍土盐分指标及其与化学组成的关系［J］.土壤，1997，(6):326 ～330.

［4］陈阳，王贺，张福锁，等.盐渍生境下野生琵琶柴盐分分布及泌盐特点［J］.土壤学报，20O4，41(5):774 ～779.

［5］孙宇瑞.土壤含水率和盐分对土壤电导率的影响［J］.中国农业大学学报，2000，5(4):39 －41.

［6］谢森祥.关于统一盐碱土化学分析方法和鉴定指标的几点建议［J］.土壤肥料，1989，(2):24 －46.

［7］贺锦喜，牛颖.哲盟宜林地土壤电导率和可溶性总盐回归方程的推导.内蒙古林业科技，1997，(2):40 －44.

［8］蔡阿兴，陈章英，蒋正琦，等.我国不同盐渍地区盐分含量与电导率的关系［J］.土壤，1997，(1):54 －57.

［9］Bhoades J D，Chanduvi F，Leseh S.Soil Salinity Assessment.FAO Irrigation an d Drainage Papers，1999，57:3 － 7.

［10］明道绪.通径分析［M］.雅安:四川农业大学出版社，1990.

［11］毛任钊，松本聪.盐渍土盐分指标及其与化学组成的关系［J］.土壤，1997，29(6):326 －330.

［12］刘广明，杨劲松，姚荣江.影响土壤浸提液电导率的盐分化学性质要素及其强度研究［J］.土壤学报，2005，42(2):247－252.