Ｈｙｄｒａ土壤測試儀測定現(xiàn)代黃河三角洲的土壤水分與鹽分試驗

劉慶生　李集生　劉高煥　宋創(chuàng)業(yè)

摘要土壤水分、鹽分是鹽漬化土壤的2個重要屬性，是進(jìn)行土壤鹽漬化監(jiān)測和治理的重要參數(shù)。利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀在現(xiàn)代黃河三角洲進(jìn)行了土壤水分、鹽分測定試驗，結(jié)果表明：Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀土壤水分有效測量僅在中度鹽漬化程度以下土壤中適用，對于類似于現(xiàn)代黃河三角洲鹽漬化程度嚴(yán)重的地區(qū)，利用該儀器進(jìn)行土壤水分、鹽分監(jiān)測研究不太適合，其主要原因就是土壤鹽分過高引起土壤水分(WFV)測量出現(xiàn)溢出值。

關(guān)鍵詞Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀；土壤水分；土壤鹽分；現(xiàn)代黃河三角洲

中圖分類號S153.6+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號 1007-5739(2009)01-0161-02

土壤水分、鹽分是土壤鹽漬化監(jiān)測研究中的2個重要參數(shù)。傳統(tǒng)土壤水分、鹽分的測定主要通過野外采樣室內(nèi)分析的方法，需耗費(fèi)大量的人力、物力、財力和時間，該方法能夠準(zhǔn)確測定采樣點(diǎn)位置處土壤的理化參數(shù)，但由于表層土壤水分、鹽分時空變異很大，該方法難以揭示土壤的時空異質(zhì)性，且測定結(jié)果不具有實(shí)時性，難以滿足土壤鹽漬化遙感監(jiān)測準(zhǔn)同步測量以及農(nóng)業(yè)對土壤水分、鹽分時空變異狀況的要求。為此，各種便攜式土壤水分、鹽分、電導(dǎo)率快速測定儀迅速發(fā)展起來，通過測量土壤電導(dǎo)和電容特性來反演土壤水分和鹽分。Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀就是這樣一種儀器。

黃河三角洲區(qū)域總的氣候特點(diǎn)是光照充足，熱量豐富，四季分明，氣溫適中，雨熱同期，風(fēng)能資源豐富，但降水年內(nèi)分配不均，且蒸發(fā)量大。由于現(xiàn)代黃河三角洲地區(qū)成陸時間短，潛水位高，礦化度大，蒸發(fā)強(qiáng)烈，加之黃河和平原水庫水側(cè)滲、海水頂托和海潮侵襲等，現(xiàn)代黃河三角洲地區(qū)的土壤鹽分含量高，不僅原生鹽堿，而且次生鹽漬化日趨加劇。據(jù)統(tǒng)計，有近50％以上的土地為不同程度的鹽漬化土，這大大地制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)尤其是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。筆者利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀在黃河三角洲進(jìn)行土壤水分、鹽分測定試驗，評價其適用性，并揭示其測定值與實(shí)驗室水土比5∶1測定的土壤總含鹽量之間的關(guān)系。

1材料與方法

供試儀器為Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀，購置于北京澳作生態(tài)儀器有限公司，由澳大利亞生產(chǎn)。該儀器可以方便地同時測量出土壤含水量、土壤鹽分、土壤溫度等3個參數(shù)。

筆者對2005年4月7日至11月23日期間獲得的布設(shè)于現(xiàn)代黃河三角洲的18個長期野外水鹽觀測井的30cm土層的土壤電導(dǎo)率和土壤水吸力數(shù)據(jù)的研究表明：植物生長末期(9月30日至11月23日)是現(xiàn)代黃河三角洲研究野外實(shí)測土壤電導(dǎo)率與土壤水吸力的最佳時期。為此，筆者將本次試驗定在2007年10月15～20日間進(jìn)行土壤水分、土壤鹽分、土壤電導(dǎo)率測量，共測土壤樣點(diǎn)44個。

測量步驟：每到一點(diǎn)，先利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量0～10cm土層的土壤電導(dǎo)率、土壤水分和鹽分，并記錄在筆記本中，以備回室內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時查證，然后用荷蘭鉆將該0～10cm土層取樣帶回實(shí)驗室測量其土壤鹽分(水土比5∶1)、pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、磷、鉀。

2結(jié)果與分析

2.1Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量土壤水分溢出現(xiàn)象分析

從Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量讀數(shù)表可直接獲得土壤溫度(TC)、水分(WFV)、鹽分(NaCl)和電導(dǎo)率(Soil C)。在野外利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度計測量土壤水分、鹽分、電導(dǎo)率過程中，發(fā)現(xiàn)在鹽漬化程度重的土壤中土壤水分出現(xiàn)溢出值，即儀器失效。后經(jīng)詢問北京澳作生態(tài)儀器有限公司技術(shù)工程師及生產(chǎn)商得知是因為土壤鹽分過高所致。通過對44個測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：只要讀數(shù)表NaCl值小于Soil C，所測WFV就會溢出。另外，發(fā)現(xiàn)本次所測WFV在正常范圍內(nèi)的值，其Soil C都小于4dS/m，據(jù)此，土壤鹽漬化水平只能是輕度鹽堿化(0～2dS/m，非鹽漬化土；2～4dS/m，鹽漬化土；4～8dS/m，中度鹽土；8～16dS/m，重鹽土；＞16dS/m，極重鹽土)。這表明利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀在鹽漬化程度比較重的地區(qū)進(jìn)行土壤水分、鹽分監(jiān)測研究并不可行。

2.2Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量數(shù)據(jù)與實(shí)驗室水土比5∶1土壤總含鹽量關(guān)系分析

(1)直接對比WFV與實(shí)驗室水土比5∶1土壤總含鹽量(簡稱土壤總含鹽量，以SSC表示)發(fā)現(xiàn)：19個位于正常值范圍內(nèi)的WFV測量值，其中17個的土壤總含鹽量位于0.44～4.87g/kg，另外2個的土壤總含鹽量分別為11.47g/kg和12.47g/kg；21個溢出的WFV測量值，其土壤總含鹽量位于8.49～25.49g/kg。按照土壤總含鹽量劃分土壤鹽漬化的標(biāo)準(zhǔn)(＜1g/kg，非鹽漬化土；1～2g/kg，輕度鹽漬化土；2～4g/kg，中度鹽漬化土；4～8g/kg，重度鹽漬化土；8～15g/kg，輕度鹽土；15～30g/kg，中度鹽土；>30g/kg，重度鹽土)，Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀土壤水分有效測量僅在中度鹽漬化程度以下土壤中適用，這對于現(xiàn)代黃河三角洲鹽漬化程度嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行土壤水分、鹽分監(jiān)測研究顯然不太適合。

(2)從17個土壤總含鹽量位于0.44～4.87g/kg的WFV測量值正常的樣品中剔除2個測量值波動較大的樣品，研究剩余的15個樣品土壤鹽分(NaCl)與土壤總含鹽量關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間呈正相關(guān)關(guān)系：土壤總含鹽量= -0.366+4.309×土壤鹽分(NaCl)，R²=0.762(見圖1)。

(3)由圖2可知，土壤水分相同時(3條粗斜箭頭線分別代表WFV等于0.355、0.370、0.430)，隨著土壤電導(dǎo)率的增加土壤總含鹽量增加，其呈明顯正相關(guān)關(guān)系；土壤水分增加如圖2中粗斜向下箭頭線所示時，隨著土壤電導(dǎo)率增加土壤總含鹽量逐漸減小，其呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系；土壤水分增加如圖2中粗斜向上線所示時，隨著土壤電導(dǎo)率增加土壤總含鹽量逐漸增加；而土壤水分增加如圖2中細(xì)橫箭頭線所示時，盡管土壤電導(dǎo)率大幅增加但土壤總含鹽量幾乎保持不變；圖2中細(xì)豎線表征了土壤電導(dǎo)率保持不變時，隨著土壤水分減少，土壤總含鹽量逐漸變大。

3結(jié)論與討論

通過2007年10月15～20日間利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測定現(xiàn)代黃河三角洲土壤水分、鹽分、電導(dǎo)率試驗研究發(fā)現(xiàn)：Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀土壤水分有效測量僅在中度鹽漬化程度以下土壤中適用，對于類似于現(xiàn)代黃河三角洲鹽漬化程度嚴(yán)重的地區(qū)利用該儀器進(jìn)行土壤水鹽監(jiān)測研究不太適合，其主要原因就是土壤鹽分過高導(dǎo)致土壤水分(WFV)測量出現(xiàn)溢出值。對于中度鹽漬化程度以下土壤，該儀器所測土壤鹽分與實(shí)驗室水土比5∶1所測土壤總含鹽量呈線性正相關(guān)關(guān)系，可根據(jù)它們之間的關(guān)系式將所測土壤鹽分換算成土壤總含鹽量。

該儀器所測土壤電導(dǎo)率、土壤水分與實(shí)驗室所測土壤總含鹽量之間的關(guān)系符合土壤水鹽的一般規(guī)律，即土壤水分相同時，隨著土壤電導(dǎo)率增加土壤總含鹽量增加；土壤電導(dǎo)率相同時，隨著土壤水分增加，土壤總含鹽量逐漸減??；土壤水分和土壤電導(dǎo)率同時增加，當(dāng)其符合圖2中粗斜向上線所示時(土壤水分增加幅度小于土壤電導(dǎo)率增加幅度)，土壤總含鹽量變大，是由于土壤可溶性離子增加較多使土壤可溶性離子濃度升高，因而土壤總含鹽量變大；土壤水分和土壤電導(dǎo)率同時增加，當(dāng)其符合圖2中粗斜向下箭頭線所示時(土壤水分增加幅度遠(yuǎn)大于土壤電導(dǎo)率增加幅度)，土壤總含鹽量減少，是由于土壤可溶性離子增加有限，其濃度降低更快，因而土壤總含鹽量減小，其實(shí)這也是鹽堿地治理中大水壓鹽的原理；土壤水分和土壤電導(dǎo)率同時增加，當(dāng)其符合圖2中細(xì)橫箭頭線所示時(土壤水分增加幅度與土壤電導(dǎo)率增加幅度相當(dāng))，盡管土壤電導(dǎo)率增加但土壤總含鹽量幾乎保持不變，這是由于土壤可溶性離子緩慢增加不會使土壤可溶性離子濃度降低，因而土壤總含鹽量幾乎保持不變。其定量關(guān)系可由圖2中右上三角推算，土壤水分和土壤電導(dǎo)率增加，當(dāng)土壤水分增加量與土壤電導(dǎo)率增加量的比值約為0.794時土壤總含鹽量基本保持不變，當(dāng)該比值大于0.794時，土壤總含鹽量下降，當(dāng)該比值小于0.794時，土壤總含鹽量不降反升。上述分析表明，土壤水鹽存在著動態(tài)平衡，土壤水分的增加有可能使土壤總含鹽量降低、保持不變，也有可能使其不降反升，這與土壤水分增加和土壤電導(dǎo)率增加之間的相互平衡制約有關(guān)。

當(dāng)然，以上結(jié)論僅是基于對Hydra土壤水分/鹽分/溫度計和實(shí)驗室水土比5∶1時所測數(shù)據(jù)所做，更為詳細(xì)精確的結(jié)果和解釋還有待增加統(tǒng)計數(shù)據(jù)量和進(jìn)一步深入研究給出。

4參考文獻(xiàn)

[1] 劉高煥，漢斯·德羅斯特.黃河三角洲可持續(xù)發(fā)展圖集 [M]. 北京：測繪出版社，1997.

[2] 劉慶生，劉高煥，蘇海濱.現(xiàn)代黃河三角洲30cm土壤電導(dǎo)率與土壤水吸力關(guān)系特征初探[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23(9)：526-531.

[3] 周文佐.黃河三角洲水鹽運(yùn)動和生態(tài)效應(yīng)研究[D].北京：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，2006.

[4] 劉淑瑤，謝逸民.近代黃河三角洲農(nóng)業(yè)資源及開發(fā)利用[M].濟(jì)南：山東省地圖出版社，1995.

[5] 劉慶生，劉高煥.現(xiàn)代黃河三角洲潮土水鹽與野外光譜特征淺析[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2008(3)：253-257.

[6] 姚榮江，楊勁松.黃河三角洲地區(qū)土壤鹽漬化特征及其剖面類型分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007(11)：106-112.

[7] 楊勁松，姚榮江.黃河三角洲地區(qū)土壤水鹽空間變異特征研究[J].地理科學(xué)，2007(3)：348-353.

[8] 翁永玲，宮鵬.黃河三角洲鹽漬土鹽分特征研究[J].南京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006(6)：602-610.

[9] 姚榮江，楊勁松，姜龍.黃河三角洲土壤鹽分空間變異性與合理采樣數(shù)研究[J].水土保持學(xué)報，2006(6)：89-94.

[10] 張高生，王仁卿.現(xiàn)代黃河三角洲生態(tài)環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測[J].中國環(huán)境科學(xué)，2008(4)：380.