盐碱土不同土壤浸提液电导率和pH值的换算

郭建忠，刘淑慧，李 森，卢垟杰

(太原理工大学水利科学与工程学院，山西太原 030024)

土壤浸提液的电导率和pH值是反映土壤盐渍化程度的重要指标，是测定土壤含盐状况的首选方法[1]。欧美国家一般直接采用土壤饱和泥浆浸提液电导率来表示土壤的含盐量水平；国内在研究盐渍土土壤含盐量和pH值时所采用的土壤浸提液较多的为1 ∶1和1 ∶5的土水比例。国内外不同土水比采用的测定方法不同，给测定数据之间的比较和交流造成了困难[2]。在测定电导率和pH值时使用较多的土水比例有饱和泥浆浸提液、1 ∶1土水比浸提液和1 ∶5土水比浸提液[3-5]。饱和泥浆法的土水比由于与田间的实际状况非常接近，所测定的浸提液电导率能较好地反映田间土壤的实际含盐水平，因此在欧美国家的应用较为普遍，但是由于饱和泥浆的制备具有较强的经验性，并且饱和点判定的不确定性比较大，电导率测定的重现性也较差，因而无法推广普及[6]，同时该方法存在样本制备时间长、溶液量较少等问题。国内多数学者提倡用25 ℃不同土水比的电导率和pH值来表示土壤含盐量和土壤pH值的大小[7]，但是由于受土水比、盐分组成类型、土壤质地等多种因素的影响，不同水土比土壤浸提液的电导率和pH值有较大差别[8-10]。

目前学者对于不同水土比电导率的研究较多，而对于不同水土比pH值的研究较少。本试验通过系统性地研究不同土水比(1 ∶1、1 ∶5和饱和泥浆)的土壤浸提液电导率(EC1 ∶1、EC1 ∶5和ECe)和土壤浸提液pH值(pH1 ∶1，pH1 ∶5和pHe)来探讨饱和泥浆电导率和pH值与不同土水比土壤浸提液电导率和pH值的相关关系，为进一步统一和提高盐渍土试验研究中用电导率和pH值来代表土壤盐渍化程度的准确性与精确性提供科学理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 研究区试验概况

供试土壤样品来自山西省大同盆地盐渍土区，该区降水主要集中在7—9月，地表蒸发强烈，空气干燥，年平均降水量为398.9 mm，蒸发量为1 870 mm，年平均气温为 7 ℃，1月最低气温为-27.6 ℃，7月最高气温为33.2 ℃。试验地土壤的理化性质如表1所示。

1.2 样品采集与测定方法

1.2.1 饱和泥浆的制备及其电导率和pH值的测定 饱和泥浆的制备参照理查提出的手工调制法[11-13]进行。称取 35 g 待测土样放入小烧杯中一边缓缓加入CO2蒸馏水，一边用调土板将其调制成饱和泥浆(土样处于一种半流动，表面反光，同时有自由水析出的状态)。将制备好的饱和泥浆静置 24 h，用离心机分离土水混悬液，取上层清液，用电导率仪(DDS-307A型)测定其电导率，记为ECe[2]，用pH计(pHS-3C型)测定其pH值。

1.2.2 固定土水比的土壤溶液制备及电导率和pH值的测定 土水比为1 ∶1、1 ∶5的土壤浸提液的制备：同一份土样分别称取2份10 g土样放入离心管中，然后按照不同的土水比例量取相应质量的无CO2蒸馏水，拧紧管口，然后放在振荡器上振荡3 min，立即用离心机离心，离心机转速设定为 5 000 r/min，清液存于试管中，作为待测液，然后分别测定其电导率值和pH值。

1.3 数据处理与分析

采用Excel、SPSS软件进行数据计算、绘图与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同土水比的土壤浸提液和饱和泥浆电导率的比较

由表2可知，饱和泥浆和不同土水比之间的电导率具有差异，其中饱和泥浆浸提液电导率(ECe)的平均值是土水比为1 ∶1、1 ∶5浸提液电导率平均值的数倍。通过表3的相关性分析可知，饱和泥浆浸提液的电导率(ECe)与2种不同土水比土壤浸提液的相关性均达到极显著水平，其中与经过含水率校正后的EC1 ∶1的相关性最高，相关系数达到0.982，含水量校正即将EC1 ∶n除以相应样品的饱和泥浆含水量(即EC1 ∶n/sp)[2]。ECe与EC1 ∶1和EC1 ∶5均存在较密切的线性关系，且该饱和含水量对线性关系有一定的影响，其中进行水分校正后的EC1 ∶1与ECe的线性关系最佳。通过不同土水比含水量校正后的EC值与ECe值的对比效果比较发现，校正后的效果并不特别明显。

表1 试验地土壤理化性质

注：根据美国农部土壤质地三角形分类。

表2 试验地土壤样品统计

注：sp表示饱和泥浆含水量，表中数据为81个土壤样品的测定结果。下表同。

ECe与EC1 ∶5的一元一次函数关系(图1)与李冬顺等建立的黄淮海平原盐渍土ECe与EC1 ∶5相互换算的经验公式(ECe=8.24×EC1 ∶5-0.724；ECe= 3.79×EC1 ∶5/sp-0.501 校正后试验式)[2]相差不大；与迟春明等在松嫩平原盐碱土建立的经验公式(ECe=10.82×EC1 ∶5-0.59)有较大差别[14]；与郭新送等在山东省东营市黄河三角洲盐碱土区ECe与EC1 ∶5和EC1 ∶1相互换算的经验公式(ECe=2.042EC1 ∶5+0.089 5；ECe=0.433 3EC1 ∶1+0.381 6 )也有较大差别[15]。因此，本试验建立的经验公式还仅适用于供试土壤，即大同盆地地区的土壤。

表3 不同土水比土壤浸提液与饱和泥浆电导率相关性

注：*表示相关性达到0.05显著水平，**表示相关性达到0.01显著水平。

2.2 不同土水比的土壤浸提液和饱和泥浆pH值的比较

土壤的pH值为土壤中氢离子浓度的负对数值[16]，通过对pH值所代表的含义进行研究，用pH值所代表的H+和OH-浓度来进行模型回归。由于试验地所研究的土壤为碱性土壤，因此本试验中采用OH-浓度来进行模型回归。pH值与氢氧根离子浓度[c(OH-)]的换算公式如下：

pOH=14-pH；

(1)

c(OH-)=10-pOH。

(2)

经过换算，土水比为1 ∶1的OH-浓度[c(OH-)1 ∶1]、土水比为1 ∶5的OH-浓度[c(OH-)1 ∶5]与饱和泥浆的OH-浓度[c(OH-)e]的关系如图2、图3所示。

通过对c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e进行线性回归发现，二者线性关系明显；对c(OH-)1 ∶5和c(OH-)e进行线性回归，通过R2进行判定可知，其函数模型的拟合效果低于c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e的线性模型拟合效果。出现这种情况的原因是影响土壤pH值的主要因素为土壤中所含有的弱电解质CO32-和HCO3-，使得土壤pH值升高，土水比为1 ∶1的c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e的含水量状况差距不大，水分对弱电解质的稀释作用并不明显[17]，所以其呈现出比较明显的线性关系；随着土水比中水量的增大，水分对弱电解质CO32-和HCO3-溶解度的稀释作用体现出来[17]，所以不再呈现明显的线性关系。

通过进行公式代换，pH1 ∶1与pHe可以用以下公式表示：

pHe=lg(0.244 8×10pH1 ∶1+107)。

土水比为1 ∶5的pH与pHe的一次函数公式为

pHe=lg(0.235 3×10pH1 ∶5-108)。

3 讨论与结论

含水量的校正并不能有效地减小不同土水比的EC和饱和泥浆ECe的误差，在进行校正换算时仍须进一步地考虑。

饱和泥浆土壤浸提液电导率与土水比1 ∶5、 1 ∶1 的土壤浸提液电导率之间存在显著的相关关系，可分别利用一元线性函数模型ECe=8.245 7EC1 ∶5-0.266 9和ECe=2.193 7EC1 ∶1-0.002 3进行拟合回归换算。

在pH值测定中，pH1 ∶1与pHe回归方程通过c(OH-)浓度换算后，r2明显高于pH1 ∶5与pHe的回归方程，其关系为pHe=lg(0.244 8×10pH1 ∶1+107)。

在试验样品测定中，可以用土水比为1 ∶1测定的电导率和pH值通过回归关系式计算得到饱和泥浆的电导率和pH值，但由于试验样品的取样数量和取样点存在一定局限性，因此对于其他土壤类型的应用还需进一步的论证。

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