滨海黏质盐渍土饱和泥浆与不同土水比土壤浸提液电导率的响应关系分析

关键词：黏质盐渍土：土水比：饱和泥浆：土壤浸提液；电导率：全盐含量

中图分类号：S156.4+2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024）06-0152-07

土壤含盐量和电导率是表征土壤盐碱化程度的重要指标，同时也是土壤养分管理及环境检测等方面的重要指标。研究表明，土壤含盐量在一定范围内，土壤电导率随土壤水分的增加而呈线性降低，土壤含盐量较高时，土壤水分的变化对电导率的影响更为显著。但目前还没有统一固定的用土水比土壤浸提液电导率来代替饱和泥浆电导率从而较为准确地显示土壤盐渍化程度的数学模型。

目前欧美专家学者多通过测定饱和泥浆浸提液的电导率来表示土壤盐分状况，虽然结果较为准确，但由于饱和泥浆制备方法的差异性，无法推广普及。前苏联等国家按土水比1：5浸提液的含盐量表示盐渍化程度。国内专家学者大多用25℃不同土水比土壤浸提液的电导率来表示土壤盐分状况，但不同区域的差异较大。李冬顺等研究黄淮海平原壤土洼地盐碱区时，利用土水比1：5土壤浸提液与饱和泥浆的电导率进行相互换算。郭新送等在黄河三角洲滨海砂土盐碱区利用土水比为1：0.5、1：1、1：2.5、1：5土壤浸提液及饱和泥浆、饱和土壤溶液的电导率与含盐量进行相互换算。何文寿等在宁夏西北内陆盐碱区利用土水比1：5土壤浸提液测定盐离子浓度并与电导率之间建立了相关的换算方程。迟春明、刘旭等在松嫩平原东北黏土低洼盐碱区利用土水比1：5土壤浸提液和饱和泥浆浸提液测定盐离子含量、建立化学参数方程以及在南疆硫酸盐一氯化物型盐渍土区建立饱和泥浆与土水比1：5土壤浸提液的电导率换算模型。

综上看出，前人对于土壤电导率、土壤含盐量以及土壤含水率之间的关系进行了大量研究，并建立起相应的数学模型。然而，由于不同区域、不同气候条件、不同土壤质地、不同土壤盐分组成土壤之间的差异性较大，各种方法所建立的数学模型相差较大，土壤电导率与含盐量的换算公式无法通用，因而目前仍未确定可以通用的电导率指标。且滨海黏质盐渍土不同土水比土壤溶液的电导率代替饱和泥浆电导率来表示土壤含盐量的研究尚处空白。为此，本研究将通过系统试验研究黏质土不同土水比、饱和泥浆及饱和土壤溶液的电导率及其全盐含量之间的响应关系，为进一步统一和提高电导率表征耐盐作物种植地块的土壤盐渍化程度的准确性与精确性提供理论依据。

1材料与方法

1.1采样区概况

土样采集区位于山东省农业科学院黄河三角洲现代农业试验示范基地，土地面积147hm²。该地属温带季风型大陆性气候，四季分明，雨热同期，年平均降水量551.6 mm，且70%分布在夏季，年均蒸发量750～2400mm。地下潜水埋深0.3～1.3 m，矿化度4～10g/L。土壤质地黏重，直径小于0.01mm的物理性黏粒含量为48.5%～53.4%。共采集土样32份。样品土壤基本物理性质见表1。

1.2样品采集与测定方法

1.2.1样品采集与预处理 2021年3月1—2日选取耕地与荒地典型地块，采样前用铁锹铲除样点表土、秸秆和杂草，露出平整土壤表面，先用环刀取土，然后用土钻取0～20 cm土壤，取样重量2kg。土样取回后立即称取环刀加湿土重，并取出约20 g土样置于铝盒中烘干称重，测定土壤容重、孔隙度和含水量。土样自然风干后，去除杂质，研磨过2 mm筛，装袋备用。

1.2.2不同土水比土壤溶液的制备及其电导率测定

土壤溶液制备按照土水重量比分别为1：0.5、1：1、1：2.5、1：3.5、1：5进行制备。取10 g土分别置于塑料广口瓶中，按以上设计比例分别加入无CO，蒸馏水。放于恒温振荡机中反复振荡3 min后吸取土水混合液进行离心。取上清液用电导率仪（型号：FE38-S）测量，所测电导率分别用EC1：_1：0.5、EC_1：1、EC_1：2.5、EC_1：3.5EC_1：5表示。

1.2.3饱和泥浆和饱和土壤溶液制备及其电导率测定 饱和泥浆制备按理查德提出的手工调制法进行。具体方法为：取20g土样于塑料培养皿中，缓慢加入无CO，蒸馏水，用粗玻璃棒反复搅拌研磨直至泥浆表面光滑平整，且全部泥浆呈现半流动状态，同时表面有少量的自由水析出，记录所加水量。之后盖上盖子防止蒸发，静置约6～8h。取土水混悬液进行离心，取上清液测其电导率，记为ECe（多次重复直到数值稳定为止）。

饱和土壤溶液是利用土壤孔隙度计算加水量制备的，方法为：将20 g土加入250 mL锥形瓶中，按折算的无CO，蒸馏水量徐徐注入，并用玻璃棒搅拌，使土壤溶液混合均匀，之后置于振荡机（型号：HZQ-F160A）上振荡3 min，再在离心机上离心10 min，取上清液测其电导率，记为ECs。

1.2.4全盐含量测定 不同土水比溶液的全盐含量使用残渣烘干法测定。首先将100 g土壤样品置于1000 mL锥形瓶中，按照不同土水比依次加入不同体积的无CO₂蒸馏水后用玻璃棒搅拌，使土壤溶液混合均匀。用封口膜封闭瓶口后置于恒温振荡机（型号：HZQ-F160A）上振荡3min，振荡后取土水混合液立即用真空抽滤装置进行过滤，过滤完成后将滤液置于瓶中并密封好待测。

取50 mL待测液倒人烘干的125 mL蒸发皿中，置于水浴加热装置上85℃加热直至完全蒸干，之后擦拭蒸发皿外部水珠，再转移至烘箱中烘干4h。取出冷却至室温后，用万分之一精度天平称重，多次操作直至蒸发皿及残渣恒重。土壤含盐量（g/kg）=烘干残渣重量／吸取待测液体积相当于土样的重量×1000。分别用TS_1：0.5、TS_1：1、TS_1：2.5、TS_1：3.5、TS_1：5来表示不同土水比土壤的全盐含量，饱和泥浆的全盐含量用TSe表示。

1.3数据处理与分析

采用Microsoft Excel、SPSS、GraphPad Prism 8软件进行数据统计分析以及图表制作。

2结果与分析

2.1饱和泥浆与饱和土壤溶液的响应关系

由于饱和泥浆制备的不确定性，利用饱和土壤溶液和饱和泥浆的含水量、电导率等数值来探究饱和土壤溶液能否代替饱和泥浆并建立相应的数学模型。饱和泥浆含水量直接用制备时的加水量计算，用百分数表示。饱和土壤溶液含水量则用土壤孔隙度来表示。所取79%的土壤样品其孔隙度分布在30%～40%之间，特别是在33%附近尤为集中。由于部分土样孔隙度过小，分布在18%～22%之间，制作出的饱和土壤溶液无法提取上清液用于测量电导率，因此在32个土样中选取28个具有代表性的样品进行分析比较饱和土壤溶液与饱和泥浆的响应关系。饱和土壤溶液和饱和泥浆的含水量经数学建模后可以发现，二者的响应关系达到极显著水平。其关系式可用y=0.7073x+44.3338（R²=0.4862，Plt;0.01）来表示（图1）。

饱和土壤溶液电导率（ECs）与饱和泥浆电导率（ECe）的响应关系同样达到极显著水平，关系式为y=0.2938x+0.5199（R²=0.6327，Plt;0.01），见图2。

饱和土壤溶液和饱和泥浆的含水量、电导率间的响应关系虽均达极显著水平，但二者数据差异较大，前者的平均含水量比后者减少一半，平均电导率则高出34.3%。因此，利用计算土壤孔隙度制得的饱和土壤溶液无法直接替代饱和泥浆。

2.2不同土水比下土壤浸提液的电导率与全盐含量分析

分别对1：5、1：3.5、1：2.5、1：1、1：0.5土水比土壤浸提液电导率与土壤全盐含量结果进行分析得出，不同土水比对土壤电导率和全盐含量的影响不同（图3、图4）。

从图3中可以看出，随着土水比增大，土壤浸提液的电导率逐渐升高，且变化梯度逐渐增大。显然，随着浸提水量减少，土壤盐分离子浸提量随之减少，土壤溶液浓度却不断增大，从而导致电导率数值升高，但浸提水量的减小倍数与土壤电导率变化的梯度差没有直接的线性响应关系。饱和泥浆的电导率介于1：1和1：0.5土水比之间，与1：1土水比更为接近。

从图4中可以看出，随着土水比增大，土壤全盐含量逐渐降低。饱和泥浆的全盐含量与土水比1：0.5的含盐量接近，但均低于土水比1：5N1：0.5间各处理土壤浸提液的全盐含量。这说明土水比1：5～1：0.5间各处理土壤浸提液所溶解的全盐含量均大于饱和泥浆。

2.3电导率和全盐含量的响应关系分析

不同土水比土壤浸提液、饱和泥浆的电导率和含盐量会随着浸提水量的变化而变化，水量增加，盐分溶解增多从而含盐量增大，而电导率则随着水量增加而使水中盐离子浓度下降，电导率逐渐下降。

从表2中可知，饱和泥浆的电导率ECe与不同土水比土壤溶液的电导率间都达到极显著的响应关系，并且响应系数均超过0.99**，其中ECe与EC_1：3.5、EC_1：5的响应关系最大，响应系数达到0.9988**。饱和泥浆的电导率ECe和不同土水比土壤溶液含盐量的响应关系都达到极显著水平，响应关系最大的是TSe，响应系数为0.9933**。

饱和泥浆全盐含量TSe与不同土水比土壤溶液TS_1：0.5～TS_1：5的响应系数都超过0.9**，同样都达到极显著水平，与其响应关系最强的为土水比1：3.5，响应系数为0.9931。饱和泥浆全盐含量TSe与不同土水比土壤浸提液电导率的响应关系也达到极显著水平，二者最为显著的是TSe与EC_1：0.5，响应系数为0.9946**。

2.4不同土水比土壤浸提液电导率与饱和泥浆电导率间的拟合模型

不同土水比土壤浸提液EC_1：0.5～_1：5与饱和泥浆ECe的差值是由于加水比例不同引起的，加水量的不同导致土壤盐分在水中的溶解度不同，土壤浸提液的盐离子浓度也不同，因此，测得的电导率数值也有所差异。由于受盐分类型、离子组成及盐分溶解度差异性的影响，电导率的变化比值并不是单纯的加水量的比值。通过对饱和泥浆电导率ECe与不同土水比土壤浸提液EC_1：0.5～_1：5的测定值分别进行一元一次和一元二次函数数学模型拟合，优选出一元一次函数为其换算关系式。

由表3可知，饱和泥浆电导率ECe与不同土水比土壤浸提液电导率的响应关系均达到显著水平，其中ECe与EC_1：5的R²值最高达到0.9977，饱和泥浆电导率与土水比1：5土壤浸提液电导率的函数拟合效果最佳。因此在滨海黏质盐渍土区的土壤饱和泥浆电导率（mS/cm）可用ECe=5.406EC_1：5-0.284 4来表示。用土水比1：5土壤浸提液的电导率换算出饱和泥浆的电导率解决了饱和泥浆制备复杂问题，该过程简便且所得结果具有较高的可靠性。

2.5不同土水比土壤浸提液全盐含量与饱和泥浆全盐含量的拟合模型

由于所取土壤样品盐分含量高低不一，离子组成差别较大，其随土壤水分变化所溶解的盐分量也有所不同，但土水比1：5～1：0.5各处理土壤浸提液的全盐含量与饱和泥浆的全盐含量具有一定的响应关系。将TS_1：5、TS_1：2.5、TS_1：1、TS_1：0.5与TSe的测定值进行拟合回归，可得到拟合回归函数关系模型。

将饱和泥浆全盐含量与不同土水比土壤浸提液全盐含量间建立拟合回归模型，结果（表4）可知，饱和泥浆全盐含量TSe与不同土水比土壤浸提液全盐含量间均有极显著相关性，其中TSe与TS_1：1的函数拟合效果最佳，R²为0.9970。因此，可直接测定土水比为1：1土壤浸提液的全盐含量，然后换算得到饱和泥浆的全盐含量TSe。其换算公式为：TSe=0.8364TS_1：1-0.1359。

3讨论与结论

目前国外普遍用饱和泥浆浸出液的电导率（ECe）来表示土壤盐分状况，该方法测定的盐分状况比较接近于田间实际。Wang等认为，理论上饱和土壤溶液含水量并不等同于饱和泥浆含水量，但两者数值很接近。Wang等在唐山市南部沿海盐碱荒地的研究表明，饱和土壤溶液含水量的2.2倍与饱和泥浆含水量最为接近，其70%研究样本为黏质土壤。郭新送、伍丹华、刘旭等分别在黄河三角洲盐碱土（氯化物类型）区、苏北滨海盐碱地、新疆盐碱地的研究中表明，以饱和土壤溶液电导率代替饱和泥浆电导率是完全可行的，其含水量与电导率均近似相等；伍丹华、刘旭等的研究中，饱和土壤溶液与饱和泥浆电导率的误差在20%以内的土壤样本分别占75%和80%，其土壤样本均为砂土。本研究结果则表明，尽管饱和土壤溶液含水量、电导率与饱和泥浆含水量、电导率之间响应关系均达到极显著水平，但二者的含水量和电导率差异较大，前者的土壤质量含水量平均比后者减少一半，前者的电导率平均比后者高34.3%，这显然与Wang、郭新送、伍丹华、刘旭等的研究结论有很大出入。究其原因可能是，本研究的土壤样品均为黏质土，孔隙度较小、保水能力较强，制作饱和泥浆所需水量要大于采用土壤孔隙度计算的饱和土壤溶液所需水量。郭新送、伍丹华等研究中土壤样品均为砂质土壤，孔隙度大且保水能力差，制作饱和泥浆与饱和土壤溶液所需水量基本相等，继而盐分溶解浓度大小接近，电导率值近似。因此，在滨海黏质盐渍土区，以采用土壤孔隙度计算得到的饱和土壤溶液含水量和电导率不能直接代替饱和泥浆的含水量和电导率。

本研究中，饱和泥浆电导率值介于土水比1：0.5和1：1土壤浸提液之间，与土水比1：1的数值最为接近，饱和泥浆全盐含量与土水比1：0.5的最为接近。饱和泥浆电导率、含盐量与土水比1：0.5～1：5各处理土壤浸提液电导率、含盐量均呈极显著的响应关系。饱和泥浆电导率与土水比1：5土壤浸提液的电导率响应关系最高，其含盐量与土水比1：3.5的含盐量响应关系也最高。郭新送等研究指出，饱和泥浆电导率接近于土水比1：2.5的电导率数值，但饱和泥浆电导率与土水比1：5的电导率响应关系最高，此结论与本研究一致：郭新送等的研究结果显示，饱和泥浆全盐含量接近于土水比1：0.5土壤浸提液的数值，本研究结论与其一致，但前者的饱和泥浆全盐含量却与土水比1：1全盐含量的响应关系最高。

本研究结果显示，滨海黏质盐渍土饱和泥浆的电导率、全盐含量均可通过其与土水比1：0.5～1：5各处理土壤浸提液电导率、全盐含量的函数模型进行换算，其中饱和泥浆电导率和土水比1：5的电导率相关性最高，可用函数ECe（mS/cm）=5.406EC_1：5-0.2844进行换算，饱和泥浆全盐含量与土水比1：1的全盐含量相关性最高，可用TSe（g/kg）=0.8364TS_1：1-0.1359进行换算。本拟合模型分别与李冬顺等研究得出的黄淮海平原盐渍土经验公式（ECe=8.24EC_1：5-0.724）、迟春明等研究得出的松内平原盐碱土经验公式（ECe=10.82EC_1：5-0.59）和郭新送等研究得出的黄河三角洲盐碱土经验公式（ECe=2.0428EC_1：5+0.0895）进行对比测算看出，较原始数据其平均误差依次为19.4%、60.6%和81.2%，而本拟合模型误差仅为11.1%。显然，由于不同地区土壤盐分组成、土壤质地等物理化学性质的差异，土壤电导率及全盐含量换算模型不可以照搬套用。