濱海黏質(zhì)鹽漬土飽和泥漿與不同土水比土壤浸提液電導率的響應關系分析

關鍵詞：黏質(zhì)鹽漬土：土水比：飽和泥漿：土壤浸提液；電導率：全鹽含量

中圖分類號：S156.4+2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）06-0152-07

土壤含鹽量和電導率是表征土壤鹽堿化程度的重要指標，同時也是土壤養(yǎng)分管理及環(huán)境檢測等方面的重要指標。研究表明，土壤含鹽量在一定范圍內(nèi)，土壤電導率隨土壤水分的增加而呈線性降低，土壤含鹽量較高時，土壤水分的變化對電導率的影響更為顯著。但目前還沒有統(tǒng)一固定的用土水比土壤浸提液電導率來代替飽和泥漿電導率從而較為準確地顯示土壤鹽漬化程度的數(shù)學模型。

目前歐美專家學者多通過測定飽和泥漿浸提液的電導率來表示土壤鹽分狀況，雖然結果較為準確，但由于飽和泥漿制備方法的差異性，無法推廣普及。前蘇聯(lián)等國家按土水比1：5浸提液的含鹽量表示鹽漬化程度。國內(nèi)專家學者大多用25℃不同土水比土壤浸提液的電導率來表示土壤鹽分狀況，但不同區(qū)域的差異較大。李冬順等研究黃淮海平原壤土洼地鹽堿區(qū)時，利用土水比1：5土壤浸提液與飽和泥漿的電導率進行相互換算。郭新送等在黃河三角洲濱海砂土鹽堿區(qū)利用土水比為1：0.5、1：1、1：2.5、1：5土壤浸提液及飽和泥漿、飽和土壤溶液的電導率與含鹽量進行相互換算。何文壽等在寧夏西北內(nèi)陸鹽堿區(qū)利用土水比1：5土壤浸提液測定鹽離子濃度并與電導率之間建立了相關的換算方程。遲春明、劉旭等在松嫩平原東北黏土低洼鹽堿區(qū)利用土水比1：5土壤浸提液和飽和泥漿浸提液測定鹽離子含量、建立化學參數(shù)方程以及在南疆硫酸鹽一氯化物型鹽漬土區(qū)建立飽和泥漿與土水比1：5土壤浸提液的電導率換算模型。

綜上看出，前人對于土壤電導率、土壤含鹽量以及土壤含水率之間的關系進行了大量研究，并建立起相應的數(shù)學模型。然而，由于不同區(qū)域、不同氣候條件、不同土壤質(zhì)地、不同土壤鹽分組成土壤之間的差異性較大，各種方法所建立的數(shù)學模型相差較大，土壤電導率與含鹽量的換算公式無法通用，因而目前仍未確定可以通用的電導率指標。且濱海黏質(zhì)鹽漬土不同土水比土壤溶液的電導率代替飽和泥漿電導率來表示土壤含鹽量的研究尚處空白。為此，本研究將通過系統(tǒng)試驗研究黏質(zhì)土不同土水比、飽和泥漿及飽和土壤溶液的電導率及其全鹽含量之間的響應關系，為進一步統(tǒng)一和提高電導率表征耐鹽作物種植地塊的土壤鹽漬化程度的準確性與精確性提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1采樣區(qū)概況

土樣采集區(qū)位于山東省農(nóng)業(yè)科學院黃河三角洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗示范基地，土地面積147hm²。該地屬溫帶季風型大陸性氣候，四季分明，雨熱同期，年平均降水量551.6 mm，且70%分布在夏季，年均蒸發(fā)量750～2400mm。地下潛水埋深0.3～1.3 m，礦化度4～10g/L。土壤質(zhì)地黏重，直徑小于0.01mm的物理性黏粒含量為48.5%～53.4%。共采集土樣32份。樣品土壤基本物理性質(zhì)見表1。

1.2樣品采集與測定方法

1.2.1樣品采集與預處理 2021年3月1—2日選取耕地與荒地典型地塊，采樣前用鐵鍬鏟除樣點表土、秸稈和雜草，露出平整土壤表面，先用環(huán)刀取土，然后用土鉆取0～20 cm土壤，取樣重量2kg。土樣取回后立即稱取環(huán)刀加濕土重，并取出約20 g土樣置于鋁盒中烘干稱重，測定土壤容重、孔隙度和含水量。土樣自然風干后，去除雜質(zhì)，研磨過2 mm篩，裝袋備用。

1.2.2不同土水比土壤溶液的制備及其電導率測定

土壤溶液制備按照土水重量比分別為1：0.5、1：1、1：2.5、1：3.5、1：5進行制備。取10 g土分別置于塑料廣口瓶中，按以上設計比例分別加入無CO，蒸餾水。放于恒溫振蕩機中反復振蕩3 min后吸取土水混合液進行離心。取上清液用電導率儀（型號：FE38-S）測量，所測電導率分別用EC1：_1：0.5、EC_1：1、EC_1：2.5、EC_1：3.5EC_1：5表示。

1.2.3飽和泥漿和飽和土壤溶液制備及其電導率測定 飽和泥漿制備按理查德提出的手工調(diào)制法進行。具體方法為：取20g土樣于塑料培養(yǎng)皿中，緩慢加入無CO，蒸餾水，用粗玻璃棒反復攪拌研磨直至泥漿表面光滑平整，且全部泥漿呈現(xiàn)半流動狀態(tài)，同時表面有少量的自由水析出，記錄所加水量。之后蓋上蓋子防止蒸發(fā)，靜置約6～8h。取土水混懸液進行離心，取上清液測其電導率，記為ECe（多次重復直到數(shù)值穩(wěn)定為止）。

飽和土壤溶液是利用土壤孔隙度計算加水量制備的，方法為：將20 g土加入250 mL錐形瓶中，按折算的無CO，蒸餾水量徐徐注入，并用玻璃棒攪拌，使土壤溶液混合均勻，之后置于振蕩機（型號：HZQ-F160A）上振蕩3 min，再在離心機上離心10 min，取上清液測其電導率，記為ECs。

1.2.4全鹽含量測定 不同土水比溶液的全鹽含量使用殘渣烘干法測定。首先將100 g土壤樣品置于1000 mL錐形瓶中，按照不同土水比依次加入不同體積的無CO₂蒸餾水后用玻璃棒攪拌，使土壤溶液混合均勻。用封口膜封閉瓶口后置于恒溫振蕩機（型號：HZQ-F160A）上振蕩3min，振蕩后取土水混合液立即用真空抽濾裝置進行過濾，過濾完成后將濾液置于瓶中并密封好待測。

取50 mL待測液倒人烘干的125 mL蒸發(fā)皿中，置于水浴加熱裝置上85℃加熱直至完全蒸干，之后擦拭蒸發(fā)皿外部水珠，再轉(zhuǎn)移至烘箱中烘干4h。取出冷卻至室溫后，用萬分之一精度天平稱重，多次操作直至蒸發(fā)皿及殘渣恒重。土壤含鹽量（g/kg）=烘干殘渣重量／吸取待測液體積相當于土樣的重量×1000。分別用TS_1：0.5、TS_1：1、TS_1：2.5、TS_1：3.5、TS_1：5來表示不同土水比土壤的全鹽含量，飽和泥漿的全鹽含量用TSe表示。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel、SPSS、GraphPad Prism 8軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及圖表制作。

2結果與分析

2.1飽和泥漿與飽和土壤溶液的響應關系

由于飽和泥漿制備的不確定性，利用飽和土壤溶液和飽和泥漿的含水量、電導率等數(shù)值來探究飽和土壤溶液能否代替飽和泥漿并建立相應的數(shù)學模型。飽和泥漿含水量直接用制備時的加水量計算，用百分數(shù)表示。飽和土壤溶液含水量則用土壤孔隙度來表示。所取79%的土壤樣品其孔隙度分布在30%～40%之間，特別是在33%附近尤為集中。由于部分土樣孔隙度過小，分布在18%～22%之間，制作出的飽和土壤溶液無法提取上清液用于測量電導率，因此在32個土樣中選取28個具有代表性的樣品進行分析比較飽和土壤溶液與飽和泥漿的響應關系。飽和土壤溶液和飽和泥漿的含水量經(jīng)數(shù)學建模后可以發(fā)現(xiàn)，二者的響應關系達到極顯著水平。其關系式可用y=0.7073x+44.3338（R²=0.4862，Plt;0.01）來表示（圖1）。

飽和土壤溶液電導率（ECs）與飽和泥漿電導率（ECe）的響應關系同樣達到極顯著水平，關系式為y=0.2938x+0.5199（R²=0.6327，Plt;0.01），見圖2。

飽和土壤溶液和飽和泥漿的含水量、電導率間的響應關系雖均達極顯著水平，但二者數(shù)據(jù)差異較大，前者的平均含水量比后者減少一半，平均電導率則高出34.3%。因此，利用計算土壤孔隙度制得的飽和土壤溶液無法直接替代飽和泥漿。

2.2不同土水比下土壤浸提液的電導率與全鹽含量分析

分別對1：5、1：3.5、1：2.5、1：1、1：0.5土水比土壤浸提液電導率與土壤全鹽含量結果進行分析得出，不同土水比對土壤電導率和全鹽含量的影響不同（圖3、圖4）。

從圖3中可以看出，隨著土水比增大，土壤浸提液的電導率逐漸升高，且變化梯度逐漸增大。顯然，隨著浸提水量減少，土壤鹽分離子浸提量隨之減少，土壤溶液濃度卻不斷增大，從而導致電導率數(shù)值升高，但浸提水量的減小倍數(shù)與土壤電導率變化的梯度差沒有直接的線性響應關系。飽和泥漿的電導率介于1：1和1：0.5土水比之間，與1：1土水比更為接近。

從圖4中可以看出，隨著土水比增大，土壤全鹽含量逐漸降低。飽和泥漿的全鹽含量與土水比1：0.5的含鹽量接近，但均低于土水比1：5N1：0.5間各處理土壤浸提液的全鹽含量。這說明土水比1：5～1：0.5間各處理土壤浸提液所溶解的全鹽含量均大于飽和泥漿。

2.3電導率和全鹽含量的響應關系分析

不同土水比土壤浸提液、飽和泥漿的電導率和含鹽量會隨著浸提水量的變化而變化，水量增加，鹽分溶解增多從而含鹽量增大，而電導率則隨著水量增加而使水中鹽離子濃度下降，電導率逐漸下降。

從表2中可知，飽和泥漿的電導率ECe與不同土水比土壤溶液的電導率間都達到極顯著的響應關系，并且響應系數(shù)均超過0.99**，其中ECe與EC_1：3.5、EC_1：5的響應關系最大，響應系數(shù)達到0.9988**。飽和泥漿的電導率ECe和不同土水比土壤溶液含鹽量的響應關系都達到極顯著水平，響應關系最大的是TSe，響應系數(shù)為0.9933**。

飽和泥漿全鹽含量TSe與不同土水比土壤溶液TS_1：0.5～TS_1：5的響應系數(shù)都超過0.9**，同樣都達到極顯著水平，與其響應關系最強的為土水比1：3.5，響應系數(shù)為0.9931。飽和泥漿全鹽含量TSe與不同土水比土壤浸提液電導率的響應關系也達到極顯著水平，二者最為顯著的是TSe與EC_1：0.5，響應系數(shù)為0.9946**。

2.4不同土水比土壤浸提液電導率與飽和泥漿電導率間的擬合模型

不同土水比土壤浸提液EC_1：0.5～_1：5與飽和泥漿ECe的差值是由于加水比例不同引起的，加水量的不同導致土壤鹽分在水中的溶解度不同，土壤浸提液的鹽離子濃度也不同，因此，測得的電導率數(shù)值也有所差異。由于受鹽分類型、離子組成及鹽分溶解度差異性的影響，電導率的變化比值并不是單純的加水量的比值。通過對飽和泥漿電導率ECe與不同土水比土壤浸提液EC_1：0.5～_1：5的測定值分別進行一元一次和一元二次函數(shù)數(shù)學模型擬合，優(yōu)選出一元一次函數(shù)為其換算關系式。

由表3可知，飽和泥漿電導率ECe與不同土水比土壤浸提液電導率的響應關系均達到顯著水平，其中ECe與EC_1：5的R²值最高達到0.9977，飽和泥漿電導率與土水比1：5土壤浸提液電導率的函數(shù)擬合效果最佳。因此在濱海黏質(zhì)鹽漬土區(qū)的土壤飽和泥漿電導率（mS/cm）可用ECe=5.406EC_1：5-0.284 4來表示。用土水比1：5土壤浸提液的電導率換算出飽和泥漿的電導率解決了飽和泥漿制備復雜問題，該過程簡便且所得結果具有較高的可靠性。

2.5不同土水比土壤浸提液全鹽含量與飽和泥漿全鹽含量的擬合模型

由于所取土壤樣品鹽分含量高低不一，離子組成差別較大，其隨土壤水分變化所溶解的鹽分量也有所不同，但土水比1：5～1：0.5各處理土壤浸提液的全鹽含量與飽和泥漿的全鹽含量具有一定的響應關系。將TS_1：5、TS_1：2.5、TS_1：1、TS_1：0.5與TSe的測定值進行擬合回歸，可得到擬合回歸函數(shù)關系模型。

將飽和泥漿全鹽含量與不同土水比土壤浸提液全鹽含量間建立擬合回歸模型，結果（表4）可知，飽和泥漿全鹽含量TSe與不同土水比土壤浸提液全鹽含量間均有極顯著相關性，其中TSe與TS_1：1的函數(shù)擬合效果最佳，R²為0.9970。因此，可直接測定土水比為1：1土壤浸提液的全鹽含量，然后換算得到飽和泥漿的全鹽含量TSe。其換算公式為：TSe=0.8364TS_1：1-0.1359。

3討論與結論

目前國外普遍用飽和泥漿浸出液的電導率（ECe）來表示土壤鹽分狀況，該方法測定的鹽分狀況比較接近于田間實際。Wang等認為，理論上飽和土壤溶液含水量并不等同于飽和泥漿含水量，但兩者數(shù)值很接近。Wang等在唐山市南部沿海鹽堿荒地的研究表明，飽和土壤溶液含水量的2.2倍與飽和泥漿含水量最為接近，其70%研究樣本為黏質(zhì)土壤。郭新送、伍丹華、劉旭等分別在黃河三角洲鹽堿土（氯化物類型）區(qū)、蘇北濱海鹽堿地、新疆鹽堿地的研究中表明，以飽和土壤溶液電導率代替飽和泥漿電導率是完全可行的，其含水量與電導率均近似相等；伍丹華、劉旭等的研究中，飽和土壤溶液與飽和泥漿電導率的誤差在20%以內(nèi)的土壤樣本分別占75%和80%，其土壤樣本均為砂土。本研究結果則表明，盡管飽和土壤溶液含水量、電導率與飽和泥漿含水量、電導率之間響應關系均達到極顯著水平，但二者的含水量和電導率差異較大，前者的土壤質(zhì)量含水量平均比后者減少一半，前者的電導率平均比后者高34.3%，這顯然與Wang、郭新送、伍丹華、劉旭等的研究結論有很大出入。究其原因可能是，本研究的土壤樣品均為黏質(zhì)土，孔隙度較小、保水能力較強，制作飽和泥漿所需水量要大于采用土壤孔隙度計算的飽和土壤溶液所需水量。郭新送、伍丹華等研究中土壤樣品均為砂質(zhì)土壤，孔隙度大且保水能力差，制作飽和泥漿與飽和土壤溶液所需水量基本相等，繼而鹽分溶解濃度大小接近，電導率值近似。因此，在濱海黏質(zhì)鹽漬土區(qū)，以采用土壤孔隙度計算得到的飽和土壤溶液含水量和電導率不能直接代替飽和泥漿的含水量和電導率。

本研究中，飽和泥漿電導率值介于土水比1：0.5和1：1土壤浸提液之間，與土水比1：1的數(shù)值最為接近，飽和泥漿全鹽含量與土水比1：0.5的最為接近。飽和泥漿電導率、含鹽量與土水比1：0.5～1：5各處理土壤浸提液電導率、含鹽量均呈極顯著的響應關系。飽和泥漿電導率與土水比1：5土壤浸提液的電導率響應關系最高，其含鹽量與土水比1：3.5的含鹽量響應關系也最高。郭新送等研究指出，飽和泥漿電導率接近于土水比1：2.5的電導率數(shù)值，但飽和泥漿電導率與土水比1：5的電導率響應關系最高，此結論與本研究一致：郭新送等的研究結果顯示，飽和泥漿全鹽含量接近于土水比1：0.5土壤浸提液的數(shù)值，本研究結論與其一致，但前者的飽和泥漿全鹽含量卻與土水比1：1全鹽含量的響應關系最高。

本研究結果顯示，濱海黏質(zhì)鹽漬土飽和泥漿的電導率、全鹽含量均可通過其與土水比1：0.5～1：5各處理土壤浸提液電導率、全鹽含量的函數(shù)模型進行換算，其中飽和泥漿電導率和土水比1：5的電導率相關性最高，可用函數(shù)ECe（mS/cm）=5.406EC_1：5-0.2844進行換算，飽和泥漿全鹽含量與土水比1：1的全鹽含量相關性最高，可用TSe（g/kg）=0.8364TS_1：1-0.1359進行換算。本擬合模型分別與李冬順等研究得出的黃淮海平原鹽漬土經(jīng)驗公式（ECe=8.24EC_1：5-0.724）、遲春明等研究得出的松內(nèi)平原鹽堿土經(jīng)驗公式（ECe=10.82EC_1：5-0.59）和郭新送等研究得出的黃河三角洲鹽堿土經(jīng)驗公式（ECe=2.0428EC_1：5+0.0895）進行對比測算看出，較原始數(shù)據(jù)其平均誤差依次為19.4%、60.6%和81.2%，而本擬合模型誤差僅為11.1%。顯然，由于不同地區(qū)土壤鹽分組成、土壤質(zhì)地等物理化學性質(zhì)的差異，土壤電導率及全鹽含量換算模型不可以照搬套用。