土壤溶液浓度的野外测定方法研究

何雨江，时 磊

（1.中国地质科学院 水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 050803；2.中国石油集团工程设计有限责任公司 北京分公司，北京 100085）

土壤盐渍化问题在中国干旱半干旱地区非常突出，土壤盐渍化主要表现为离子毒害和渗透胁迫，因此，为了及时有效判定当地土壤盐渍化程度及其危害，必须确定土壤溶液浓度。目前测定土壤溶液浓度的方法较多［1］，直接测定的代表方法是利用电磁波原理的测定仪器TDR和HYDRA等，以其自动化、数据连续等优势发展迅速［2－4］，但这些仪器价格昂贵且测定深度十分有限，不适合面上或区域尺度应用；间接法的代表是土壤电导率间接表征土壤中可溶盐含量［5］，土壤电导率通常用 EC1∶5（采用每1g土加水5g的办法配制土壤与水的比例为1∶5的土样，然后测定1∶5的土水比的土样浸提液电导率值［6］）表示，但这种方法的结果并不是土壤溶液浓度［7－8］。

国际上通常用饱和土壤溶液电导率ECe（即土壤达到饱和点时的土壤溶液电导率）表征土壤盐分，常用的作物耐盐阈值也是ECe［9］，但是ECe与土壤溶液浓度一样，很难直接观测得到［10］。本研究以南疆地区砂壤土为对象开展田间试验，研究EC1∶5与土壤总盐（TS）、土壤溶液浓度（C）及饱和土壤溶液电导率（ECe）的关系，力求找到一种在野外快速简便确定土壤水溶液浓度的方法。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于新疆自治区巴州国家重点灌溉试验站进行。试验区属干旱内陆地区，降水稀少，蒸发强烈，年均降水量53.3～62.7mm，蒸发量为2273 ～2788 mm。当地年平均气温11.48℃，最低气温－30.9℃，最高42.2℃。试验地土质以壤质砂土和砂质壤土为主，0—50cm主要为壤质砂土，50—120cm为砂质壤土，容重为1.43～1.74g／cm3。

1.2 试验设计

在8个试验小区分别以不同灌水定额进行微咸水灌溉，灌水过程中共取样品9次，取样深度为120 cm，间距为10cm，共864组样品。并在其中2个小区的0—120cm深度安装负压计和土壤水提取器。为防止灌溉水浓度引起误差，在灌溉结束1d后，土壤某深度达到饱和含水率时，立即提取土壤水溶液，共得到45组水样可供测定浓度和电导率。

1.3 数据处理

采用1∶5土水浸提液测定土样电导率。将测得含水量后的烘干土样磨碎过1mm筛后，称取18g土加90ml纯净水配成溶液，静置12h后采用DDS－307电导仪测量溶液电导率EC1∶5。饱和土壤水溶液电导率（ECe）通过电导率仪直接测定。

土壤总盐含量（TS）以8大离子含量之和代替［11］，根据国标5273—2000和相关测定方法［12］对8大离子进行测定，其中Ca和Mg离子采用EDTA滴定，K和Na离子利用火焰光度计测定，碳酸根和重碳酸根采用双指示剂（酚酞和甲基橙）法测定，Cl离子采用硝酸银滴定，硫酸根利用EDTA间接滴定。饱和土壤水溶液浓度C也通过测定8大离子含量之和来确定。

测定过程中损失和无效样品土样21组，余843组土样结果（包括EC1∶5和TS）可供分析。45组水样测定结果（包括ECe和C）全部可供分析。

2 结果与讨论

2.1 土壤电导率EC1∶5与土壤总盐含量TS的相关关系

图1为土壤EC1∶5与土壤总盐含量的关系曲线。由图1可以看出，电导率EC1∶5值在0～10000 μS／cm范围内，土壤电导率EC1∶5及总盐含量之间存在线性关系。

利用SPSS 17.0进行线性回归分析。运用直接进入法进行线性回归，并在95%的置信区间内进行F检验，同时进行变量显著性T检验。回归模型运算结果表明，曲线线性拟合的优度系数0.979，设定F检验统计量的值为19013 .398，显著性水平的p值趋于0，说明EC1∶5与TS之间具有高度显著的线性关系，同时变量显著性T检验值为137.889，显著性水平趋于0。

试验分析结果表明，在南疆砂壤土条件下，土壤总盐含量直接影响土壤1∶5浸提液电导率EC1∶5，EC1:5值在0～10000 μS／cm范围内，土水比为1∶5条件下土壤可溶性离子能完全被浸提，EC1∶5能很大程度的表征土壤总盐含量。因此试图用EC1∶5表征土壤饱和时的土壤溶液浓度（C）。

图1 土壤电导率EC1∶5与土壤总盐含量TS的关系

2.2 土壤电导率EC1∶5与饱和土壤电导率ECe的相关关系

对比分析45组水样ECe和相应深度处土样EC1∶5的相关关系。图2为利土壤EC1:5与ECe的关系曲线。由图2可知，在土壤达到饱和，EC1:5在0～1000 μS／cm时，饱和土壤溶液电导率远远大于EC1∶5值，且随 EC1∶5呈线性增长；电导率 EC1∶5值在0～2500 μS／cm 范围内，土壤电导率 EC1∶5与 ECe存在线性关系。

利用SPSS 17.0进行线性回归分析。运用直接进入法进行线性回归，并在95%的置信区间内进行F检验，同时进行变量显著性T检验，得到回归模型运算结果。曲线线性拟合的优度系数0.862，决定系数为0.742，修正后为0.736。方差分析结果显示，设定F检验统计量的值为19013 .398，显著性水平的p值趋于0，说明EC1:5与TS之间具有高度显著的线性关系，同时变量显著性T检验值为123.792，显著性水平趋于0，于是模型通过了设定检验，也就是说，EC1∶5与ECe之间的线性关系明显。

西方一些学者偏向应用ECe表征土壤盐分情况，Slavich和Petterson［7］研究了二者的关系及数学计算方法，并利用饱和重量含水量θsp计算二者之间的关系系数f，计算公式为:

根据该方法，本试验地饱和重量含水量为0.27 kg／kg，则f为13.682，与实测数据拟合的非标准化系数13.354仅相差0.328，且只比实际拟合系数高2.458%。因此，在南疆砂壤土条件下，土壤ECe可以应用土壤EC1∶5来推算，二者关系系数可以根据饱和重量含水量确定。

图2 土壤电导率EC1∶5与饱和饱和土壤电导率ECe的关系

2.3 土壤电导率EC1∶5与土壤溶液浓度C的相关分析

图3表明，在土壤达到饱和，EC1∶5在0～3000 μS／cm时，土壤溶液浓度随EC1∶5呈线性增长，土壤电导率EC1∶5与C存在线性关系。

图3 土壤电导率EC1:5与土壤溶液浓度C的关系曲线

利用SPSS 17.0进行线性回归分析。运用直接进入法进行线性回归，并在95%的置信区间内进行F检验，同时进行变量显著性T检验，得到回归模型运算结果。曲线线性拟合的优度系数0.839，决定系数为0.704，修正后为0.697。方差分析表显示，设定F检验统计量的值为102.031，显著性水平的p值趋于0，说明EC1∶5与TS之间具有高度显著的线性关系，由回归系数表和变量显著性检验得到:ECe的T值为11.126，显著性水平趋于0，于是模型通过了设定检验，也就是说，EC1∶5与C之间的线性关系明显。相关关系分析结果表明，在土壤达到饱和，EC1∶5在0～3000 μS／cm时，土壤可溶性盐分离子能较大程度溶于土壤水，该条件下，可以应用EC1∶5转换为土壤水溶液浓度来评价土壤盐分。

3 结论

通过对南疆地区砂壤土水盐分和电导率的野外试验，以及数据的线性回归检验。结果表明，EC1∶5值在0～10000 μS／cm范围内，土水比为1∶5条件下土壤可溶性离子能完全被浸提，EC1∶5能够表征土壤总盐含量和ECe，关系系数可以根据饱和重量含水量确定；在土壤达到饱和，EC1∶5在0～3000 μS／cm时，土壤可溶性盐分离子能较大程度溶于土壤水，EC1∶5能够表征土壤水溶液浓度。因此，利用EC1∶5推算饱和土壤溶液电导率ECe和土壤水溶液浓度C，是一种快速有效的野外测定方法。

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