電導(dǎo)法測定水和土壤總鹽含量的研究與運(yùn)用

蔡利華，陳 玲，張玉萍

（兵團(tuán)第一師農(nóng)科所，新疆 阿拉爾 843300）

電導(dǎo)法測定水和土壤總鹽含量的研究與運(yùn)用

蔡利華，陳 玲*，張玉萍

（兵團(tuán)第一師農(nóng)科所，新疆 阿拉爾 843300）

本文通過多年多點(diǎn)試驗(yàn)，研究電導(dǎo)法測定水和土壤水溶性鹽分總量的具體方法。結(jié)果表明，利用電導(dǎo)率建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法誤差小于校正系數(shù)法。阿拉爾墾區(qū)主要地區(qū)電導(dǎo)法計(jì)算水中含鹽量的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：Y=0.736 7 L-0.047 9。不同單位電導(dǎo)法測定土壤中總鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線不相同，即使同一單位也受取樣地點(diǎn)、時(shí)期等影響較大，需根據(jù)不同區(qū)域建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

總鹽含量；電導(dǎo)法；標(biāo)準(zhǔn)曲線；校正系數(shù)

在現(xiàn)行的森林土壤標(biāo)準(zhǔn)[1]中，給出了質(zhì)量法和電導(dǎo)法兩種測定水中鹽分總量和土壤中全鹽量（以下統(tǒng)一簡稱總鹽量）的方法。在傳統(tǒng)的運(yùn)用中，質(zhì)量法因測得的數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確反映水和土壤中總鹽含量，已為人們廣泛運(yùn)用。但是質(zhì)量法測定成本高，時(shí)間長，工作量大，誤差來源多；而用電導(dǎo)法簡單，快速，誤差來源少，有很大的利用潛力。實(shí)際生產(chǎn)中，若無特殊需要，可用電導(dǎo)率值簡便計(jì)算出水和土壤中含鹽量的多少。針對這個問題，本研究通過幾年的試驗(yàn)，得出阿拉爾墾區(qū)天然水中電導(dǎo)率和總鹽量換算的校正系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)曲線，供廣大農(nóng)化分析工作者參考，以滿足農(nóng)戶快速準(zhǔn)確地檢測水和土壤總鹽量的需求。

1 試驗(yàn)方法

1.1 儀器設(shè)備

DDS-11D電導(dǎo)率儀、電子天平、干燥箱、吸量管及常用玻璃器皿。

1.2 電導(dǎo)法測水樣方法

將水樣直接倒入小燒杯，測定其水溫后將電導(dǎo)率儀溫度校正旋鈕調(diào)到相應(yīng)的溫度，測定電導(dǎo)率值。如無溫度校正功能，測得的電導(dǎo)率值可按以下公式校正成25℃時(shí)的電導(dǎo)率值（L）。

（1）式中，t為待測液的液溫。

電導(dǎo)率值超過電導(dǎo)率儀量程的水樣根據(jù)濃度大小稀釋幾倍至幾十倍，使結(jié)果在有效量程范圍以內(nèi)，計(jì)算時(shí)將讀數(shù)乘以稀釋倍數(shù)。

1.3 電導(dǎo)法測土樣的方法

準(zhǔn)確稱取一定量過2 mm篩風(fēng)干土樣置于試管或其它玻璃器皿中，加蒸餾水使液土比為5∶1，振蕩3 min，放置2～4 h，直接測定上清液的電導(dǎo)率。

反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加脫氣蒸餾水和蒸餾水測定結(jié)果一樣，放置2 h和放置4 h測定的結(jié)果一樣。但上清液混濁會使測定結(jié)果略微偏低；由于土壤質(zhì)地不同，有的樣品4 h也達(dá)不到完全澄清，但其測定值是穩(wěn)定的。

1.4 質(zhì)量法測水樣的方法

吸取10 mL清亮水樣至蒸發(fā)皿中，置沙浴上蒸干，放入烘箱中烘干稱重，計(jì)算出水樣中的含鹽量。

1.5 質(zhì)量法測土樣的方法

準(zhǔn)確稱一定量過 2 mm篩風(fēng)干土樣到廣口瓶中，加脫氣蒸餾水使液土比為5∶1，振蕩3 min，過濾，吸取10 mL清亮濾液至蒸發(fā)皿中，至沙浴上蒸干，放入烘箱中烘干稱重，計(jì)算出土壤中的含鹽量。

1.6 換算公式的建立

在EXCEL中，將水（土）樣的電導(dǎo)率值L當(dāng)X值（左列），質(zhì)量法測得的值當(dāng)Y值（右列），做散點(diǎn)圖，添加趨勢線，在選項(xiàng)里將“顯示公式”和“顯示R平方值”打鉤，即可得到回歸方程。當(dāng)土壤全鹽量變幅較大時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算它們的回歸方程，這樣可明顯提高計(jì)算精度。此回歸方程即為用電導(dǎo)率值計(jì)算總鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線，X值（或L值）的單位是mS/cm，Y值的單位是g/L或g/kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 電導(dǎo)法測定水總鹽含量結(jié)果分析

表1 不同團(tuán)場水樣的電導(dǎo)率和總鹽的測定值

根據(jù)陳素平[2]的研究，對于一個特定的地區(qū)，在相對較小的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)?shù)貙訋r性、巖相與水文地質(zhì)條件（地下水的類型與補(bǔ)給）相同、地球物理?xiàng)l件相近時(shí)，可以用水的電導(dǎo)率來反映度的變化，即它們之間存在著相關(guān)關(guān)系，利用這一關(guān)系得出的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)就可以推算出需要經(jīng)過繁瑣操作才能得到的礦化度。對此，在工作中連續(xù)4年開展相關(guān)試驗(yàn)，得到以下結(jié)果。

2.1.1 水樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對兵團(tuán)第一師區(qū)域內(nèi)有代表性水樣采用電導(dǎo)法和質(zhì)量法測定鹽分總量，建立電導(dǎo)法測定水量的校正系數(shù)和回歸方程。參與試驗(yàn)水樣數(shù)據(jù)共有36個。表1中列出了有代表性的幾組數(shù)據(jù)。

從表1可見，取樣單位涉及第一師11個單位，水樣包括飲用自來水、排堿渠水和灌溉水。電導(dǎo)率值范圍在0.8～18.0 mS/cm范圍內(nèi)，包括了鹽分含量低、中、高的水樣。

2.1.2 建立電導(dǎo)率值計(jì)算鹽分總量的標(biāo)準(zhǔn)曲線或校正系數(shù)

2.1.2.1 建立標(biāo)準(zhǔn)曲線

應(yīng)用表1數(shù)據(jù)，有2種方法將測得的電導(dǎo)率值換算為鹽分總量，一是將實(shí)測鹽分總量值除以電導(dǎo)率值，平均值即為校正系數(shù)。表1得出的校正系數(shù)是0.711 9，測水樣時(shí)用校正系數(shù)乘以測得的電導(dǎo)率值就得到相對應(yīng)的鹽分總量（g/L）。二是對電導(dǎo)率和總鹽的2組數(shù)據(jù)（如表1中2列數(shù)據(jù)）在EXCEL中做散點(diǎn)圖得到線性標(biāo)準(zhǔn)曲線Y=0.731 4 L-0.037 6，相關(guān)系數(shù)R=0.992 0。 在實(shí)際工作中，經(jīng)多年多點(diǎn)積累和校準(zhǔn)建立了阿拉爾墾區(qū)的水樣電導(dǎo)率值換算為總鹽值的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y=0.736 7 L-0.047 9，相關(guān)系數(shù)R=0.992 8。

2.1.2.2 準(zhǔn)確性檢測

求校正系數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法的反算值與實(shí)測值的相對偏差，結(jié)果都在允差范圍[1]之內(nèi)，說明本試驗(yàn)所得的校正系數(shù)和計(jì)算公式準(zhǔn)確可靠，可以做為阿拉爾墾區(qū)水樣速測的換算公式。將電導(dǎo)率值帶入公式反算的總鹽值分別與實(shí)測的總鹽值相減，差的絕對值求標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)，校正系數(shù)反算值差的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.358，變異系數(shù)為133.9%，標(biāo)準(zhǔn)曲線反算值差的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.250，變異系數(shù)為95.5%，比前者小，可見標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算出的結(jié)果與質(zhì)量法實(shí)測結(jié)果更接近。因此，建立電導(dǎo)率和總鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線（即標(biāo)準(zhǔn)曲線）準(zhǔn)確度更高。

2.2 電導(dǎo)法測土壤總鹽含量結(jié)果分析

農(nóng)業(yè)土壤水溶性總鹽含量主要包括8大離子，即陰離子（Cl-、SO42-、CO32-、HCO3-）和陽離子 （Na+、K+、Ca2+、Mg2+），并常以離子組成作為鹽堿土分類和利用改良的依據(jù)。土壤溶液中各種溶解鹽類是以離子狀態(tài)存在的，它們都具有導(dǎo)電能力。溶解的鹽類越多，離子也越多，溶液的導(dǎo)電能力就越大，所以就能夠根據(jù)溶液導(dǎo)電能力的大小，間接地測量土壤溶液中的溶解固體量[3]。 國內(nèi)有人提倡用25℃的電導(dǎo)率直接表示，但由于水土比和鹽分組成等因素的影響，應(yīng)用指標(biāo)一直未能確定。因此，目前仍然應(yīng)用g/kg表示鹽分含量[4]。

本研究對第兵團(tuán)一師13個團(tuán)場的土壤總鹽開展研究，樣本基數(shù)為每個團(tuán)場50～150個土樣，測定電導(dǎo)率后從中選出有代表性的土樣30～50個用質(zhì)量法測定總鹽，建立電導(dǎo)率和總鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

從表2可見，每個方程的相關(guān)系數(shù)R都達(dá)到0.95以上，相關(guān)性極顯著，說明此標(biāo)準(zhǔn)曲線可以作為電導(dǎo)率和總鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線用。與阿拉爾墾區(qū)可通用一個水樣標(biāo)準(zhǔn)曲線不同，不同區(qū)域土壤的標(biāo)準(zhǔn)曲線不同，說明由于土壤鹽分組成不同，相同的電導(dǎo)率值代表著不同的總鹽量。阿拉爾農(nóng)場和十一團(tuán)2012年和2014年的方程變化不大，每年只需驗(yàn)證微調(diào)；但七團(tuán)和十二團(tuán)的曲線已發(fā)生很大變化，可能和取樣地點(diǎn)設(shè)置、取樣時(shí)期及人為耕作如取消春灌水等有關(guān)。在《FHZDZTR0071土壤、水溶性鹽分全鹽量的測定—電導(dǎo)法》[5]中指出：電導(dǎo)法比質(zhì)量法簡便快速，測定結(jié)果直接以電導(dǎo)率（mS/cm）表示，不必?fù)Q算成全鹽量（g/kg）。第一師也有專業(yè)人士持相同觀點(diǎn)，甚至認(rèn)為在測土配方施肥的大批土壤分析工作中，一個師通用一個換算方程即可。從表2的數(shù)據(jù)可見，不同的電導(dǎo)率值在不同的區(qū)域，會因?yàn)辂}分的組成不同而代表不同的全鹽量，而鹽分的組成會和取樣的時(shí)期和溫度、地域、種植年限、人為耕作因素影響等有密切的聯(lián)系，直接用電導(dǎo)率值來判斷鹽分高低會產(chǎn)生很大誤差。因此用電導(dǎo)法測定土壤總鹽，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的數(shù)據(jù)要多并且有代表性，必須對標(biāo)準(zhǔn)曲線多校準(zhǔn)、多驗(yàn)證，當(dāng)校正數(shù)據(jù)發(fā)生較大偏差時(shí)，則需重新同上步驟建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。一般來說，小區(qū)域建立的方程準(zhǔn)確度高于大區(qū)域。武得禮、王夏仙[6]對甘肅省景泰灌區(qū)土樣的研究也得出相似的結(jié)果。

3 電導(dǎo)法測水和土壤中鹽分總量的運(yùn)用

3.1 電導(dǎo)法測水中總鹽的方法

連續(xù)2～3年對本區(qū)域不同年份、不同地點(diǎn)和深度、不同質(zhì)量的天然水樣本同時(shí)測定電導(dǎo)率值（mS/cm）和用質(zhì)量法測總鹽（g/L），然后用總鹽值除以電導(dǎo)率值即得校正系數(shù)；或電導(dǎo)率為X值，總鹽為Y值，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)R達(dá)0.99以上，此標(biāo)準(zhǔn)曲線可用，運(yùn)用時(shí)將測得的電導(dǎo)率值代入方程，即可計(jì)算出對應(yīng)的總鹽值。在使用過程中經(jīng)常選有代表性的水樣驗(yàn)證和完善標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3.2 電導(dǎo)法測土壤中總鹽的方法

對相同地區(qū)（如同一團(tuán)場、同一連隊(duì)）送來的大批量土壤樣品先測電導(dǎo)率，然后根據(jù)電導(dǎo)率值從小到大每個梯度上根據(jù)該梯度數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻率低或高選1～3個樣品用質(zhì)量法測總鹽。如前所述將電導(dǎo)率和總鹽值建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)R要達(dá)到0.95以上。方程確定后，運(yùn)用時(shí)將測得的電導(dǎo)率值代入公式，即可計(jì)算出對應(yīng)的總鹽值。以后每年同區(qū)域同季節(jié)的樣品僅抽取幾個有代表性的樣驗(yàn)證和校正方程，當(dāng)校正數(shù)據(jù)發(fā)生較大偏差時(shí)，則需重新按上述步驟建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

不同區(qū)域的鹽分組成有很大差異，一定要一個地區(qū)建立一條本地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。區(qū)域劃分越小準(zhǔn)確度越高，但為提高工作效率，劃分區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際區(qū)域的基礎(chǔ)上，以電導(dǎo)率值數(shù)據(jù)和總鹽值的相關(guān)性達(dá)到0.95以上為標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 保持建立方程的操作方法和分析樣品的方法一致

建立的方程是用來當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算總鹽量的，所以在運(yùn)用過程中，測樣品時(shí)的方法一定要和建立方程時(shí)的方法一致，才能保證準(zhǔn)確度高。

4 小結(jié)

鹽堿是制約植物生長的重要因素，快速準(zhǔn)確檢測土壤總鹽含量對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。本文總結(jié)了測土配方土壤農(nóng)化分析工作中開展的相關(guān)研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，供廣大分析測試工作者參考，希望能有所幫助。

[1]LY/T1251-1999.森林土壤水溶性鹽分分析[S].

[2]陳素平.天然水中電導(dǎo)率與礦化度的關(guān)系探討 [J].山西水利科技.2011（2）：78-80.

[3]胡誕康.溶液電導(dǎo)率測量的新進(jìn)展 [J].機(jī)電一體化，1995（2）：42.

[4]謝森祥.關(guān)于統(tǒng)一鹽堿土化學(xué)分析方法和鑒定指標(biāo)的幾點(diǎn)建議[J].土壤肥料，1989（2）：24-26

[5]FHZDZTR0071.土壤、水溶性鹽分全鹽量的測定——電導(dǎo)法[S].

[6]武得禮，王夏仙.電導(dǎo)法測定土壤全鹽量應(yīng)用條件的探討[J].上壤肥料，1997（4）：37-40.

2015—02—09

*

：陳玲，女，農(nóng)藝師。長期從事土壤農(nóng)化分析及土肥研究工作。E-mail：chengling@126.com。