土壤浸提液電導(dǎo)率與鹽分關(guān)系的通徑分析

鄧麗娟

(新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊830049)

土壤以及地下水中水溶性鹽類的定量化分析，是研究土壤鹽分動態(tài)、確定土壤鹽漬化程度以及進(jìn)行鹽漬土改良應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一［1－4］。在描述土壤鹽分狀況時，常用的指標(biāo)是全鹽量和土壤浸提液電導(dǎo)率。近年來土壤學(xué)的研究結(jié)果表明:由于土壤水分含量的不同，用全鹽含量表示土壤鹽漬狀況時，與田間土壤鹽分實(shí)際有效狀況之間差異很大，尤其是在研究土壤鹽漬程度與植物生長之間的關(guān)系時更是如此;土壤溶液電導(dǎo)率這一參數(shù)反映了在一定水分條件下土壤鹽分的實(shí)際狀況，并且包含了水分含量、土壤鹽分及離子組成等豐富信息，且該參數(shù)具有簡便、快捷、可比性強(qiáng)等特點(diǎn)［5］。當(dāng)今國際刊物大多直接用土壤浸提液電導(dǎo)率來表示土壤鹽漬化程度，國內(nèi)也有人提倡并積極應(yīng)用溫度在25℃時的土壤溶液電導(dǎo)率直接表示土壤鹽漬狀況。但由于樣品制備工藝不統(tǒng)一、土壤鹽分組成的差異以及習(xí)慣上所用水土質(zhì)量比的不同等因素，目前國際通用的土壤溶液電導(dǎo)率應(yīng)用指標(biāo)至今尚未確立?，F(xiàn)在我國學(xué)者仍然比較普遍采用土壤全鹽量表示土壤鹽漬度［6］。

電導(dǎo)法測定土壤鹽漬度比較簡潔、準(zhǔn)確，其測定原理是電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電作用。目前國內(nèi)外在測定土壤電導(dǎo)率時，普遍采用的是浸提法。制備土壤浸提液的土水比例有多種，例如1:1、1:2、1:5、1:10和飽和泥漿浸提液，其中最常用的土水比例是1:5［7］。浸提法具有一定的局限性:所用的土水比與田間土壤實(shí)際土水比不可避免地存在差異，且不同土水比下獲得的土壤浸提液電導(dǎo)率可比性較差，因而使用電導(dǎo)率法測定土壤鹽漬度時，浸提液土水比例、土壤鹽分離子組成、溶液鹽分濃度、離子遷移速率、溶液溫度和電導(dǎo)池常數(shù)等都會不同程度地影響土壤溶液電導(dǎo)率的大?。?］。在以上諸多影響因素中，許多文獻(xiàn)認(rèn)為土壤溶液的離子組成和濃度對電導(dǎo)率的影響明顯大于其余各因素［9］。本研究旨在通過對1:5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率與土壤全鹽量、土壤溶液濃度及鹽分離子組成之間相關(guān)性的系統(tǒng)分析，探究影響土壤浸提液電導(dǎo)率的主要土壤鹽分化學(xué)性質(zhì)，并確定其影響的相對強(qiáng)度。

1 材料與方法

1.1 供試土樣及制備

本研究所用土壤采自新疆恰甫其海水庫壩后周邊耕地。共采集28個典型剖面，每個剖面分別以0～30 cm、30～60 cm和60～100 cm分層采樣(共采集84個樣品)。采集的土樣帶回實(shí)驗室烘干，磨碎、過1 mm篩。準(zhǔn)確稱取18.0 g的土壤置于離心管中，加入90 ml蒸餾水，將離心管置于振蕩器上振蕩3 min后，將以4 500～5 000 r/min轉(zhuǎn)速離心后獲得的上清液倒入燒杯中，并立即測量其電導(dǎo)率、pH值和鹽分離子組成。

1.2 測試方法

1.3 通徑分析的方法與原理［10］

通徑分析(Path Analysis)是遺傳學(xué)家Swell Wright在解決遺傳學(xué)中的因果關(guān)系時于1918～1921年首先提出來的一種分析方法。通徑分析不僅能測定兩變量間的相互關(guān)系，而且還能給出因素對結(jié)果的重要性，并可將相關(guān)系數(shù)分解為直接作用和間接作用，揭示各個因素對結(jié)果的相對重要性。

對于一個相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，有一個因變量y與n個自變量 xi( i=1，2，3，…n)間存在線性關(guān)系，回歸方程為:

將實(shí)際觀測值代入(1)式，并用最小二乘法原理解方程組，即可得通徑系數(shù)Pyxi。通徑系數(shù)是變量的標(biāo)

準(zhǔn)化偏回歸系數(shù)，表示各因素對結(jié)果的相對重要性。

式(1)通過數(shù)學(xué)變換，可建立正規(guī)矩陣方程:

式(2)中:rxixj為xi和xj的簡單相關(guān)關(guān)系，rxiy為xi和 y的簡單相關(guān)關(guān)系。解方程(2)即可求得通徑系數(shù)Pyxi。Pyxi即為:

式(3)中，bi為y對xi的偏回歸系數(shù)，δxi、δy分別為 xi、y 的標(biāo)準(zhǔn)差。Pyxi表示xi對y的直接通徑系數(shù)，用rxixjPyxi表示xi通過xj對y的間接通徑系數(shù)。而剩余項的通徑系數(shù)Pye表示為:

若Pye數(shù)值較大，則表明誤差較大或者還有另外更重要的因素未考慮在內(nèi)。

2 結(jié)果與討論

2.1 EC1∶5和土壤浸提液鹽分濃度SSC的相關(guān)性

將土壤浸提液鹽分濃度和25℃的1:5土壤浸提液電導(dǎo)率作相關(guān)性分析，從圖1可以看出，EC1:5和土壤浸提液鹽分濃度SSC具有極顯著的相關(guān)性，其相關(guān)方程為:

圖1 電導(dǎo)率與土壤全鹽量相關(guān)圖

其中:SSC為土壤浸提液鹽分濃度(g/kg);EC1:5為1:5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率(ms/cm)。

由(5)式可見，隨著EC1:5值增加，可溶性全鹽含量呈非線性增加，達(dá)到極顯著水平，這與毛任釗等［11］、劉廣明等［12］研究結(jié)果相一致。

應(yīng)用該相關(guān)方程，可采用1:5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率快速確定土壤全鹽量，也可根據(jù)土壤全鹽量推導(dǎo)1:5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率以供同行交流。

2.2 土壤浸提液化學(xué)性質(zhì)對EC1∶5的通徑系數(shù)

以84個土樣為總體，以各土樣25℃的1:5土水比浸提液電導(dǎo)率EC1:5作為依變量，以土壤浸提液鹽分濃度(SSC，g/kg)、pH及各離子濃度(g/kg)作為自變量進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)如表1所示。

將表1的數(shù)據(jù)代入方程(2)，解方程可得直接通徑系數(shù)，然后計算間接通徑系數(shù)。通徑系數(shù)計算結(jié)果如表2，剩余項的通徑系數(shù)為0.410，表明有其它重要因素未考慮在內(nèi)。

表1 土壤浸提液化學(xué)性質(zhì)與EC1∶5相關(guān)系數(shù)(n=84)

表2 土壤浸提液化學(xué)性質(zhì)對EC1∶5的通徑系數(shù)

2.3 EC1∶5與土壤浸提液化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系

從表 2 可以看出，Cl－、K+與 Na+、HCO3－對溶液電導(dǎo)率影響的直接通徑系數(shù)較大，而且它們通過其他化學(xué)性質(zhì)要素對溶液電導(dǎo)率影響的間接通徑系數(shù)之和也比較大，說明它們對土壤浸提液電導(dǎo)率的影響除了直接效應(yīng)外，還具有顯著的通過其他化學(xué)性質(zhì)要素的間接效應(yīng)，從表觀上表現(xiàn)為與土壤浸提液電導(dǎo)率呈顯著相關(guān)，說明它們是影響土壤溶液電導(dǎo)率的最重要的因素。此外，Cl－、K+與 Na+、HCO3－三者通過彼此之間對溶液電導(dǎo)率的間接通徑系數(shù)比通過其他因素的間接通徑系數(shù)要大，說明它們彼此之間的相互作用對土壤溶液電導(dǎo)率也有較大的影響。

鑒于 Cl－、K+與 Na+、HCO3－是影響土壤浸提液電導(dǎo)率的最主要因素，進(jìn)一步得出1:5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率與Cl－、K+與 Na+、HCO3－的多元回歸方程:

式中:ECl:5為1:5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率(ms/cm);C1－為氯離子濃度(g/kg);H為土壤浸提液K+與Na+濃度和(g/kg)，HCO3－為鈣離子濃度(g/kg)。

由以上線性方程可知，只要有Cl－、K+與Na+、HCO3－濃度即可推算出此土壤溶液的電導(dǎo)率，進(jìn)而推算出土壤浸提液鹽分濃度，因此方程(6)具有良好的實(shí)用性。

3 結(jié)論

本試驗所用的鹽土，其1∶5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率(EC1∶5)和土壤浸提液鹽分濃度(SSC)呈顯著線性相關(guān)，相關(guān)函數(shù)為:SSC=1.781EC1∶5+1.722。

影響土壤浸提液電導(dǎo)率的因素有許多，本項研究表明影響土壤浸提液電導(dǎo)率的主導(dǎo)鹽分化學(xué)性質(zhì)是 Cl－、K+與Na+、HCO3－濃度;建立了1∶5土水比土壤浸提液電導(dǎo)率Ec1∶5與 Cl－、K+與 Na+、HCO3－濃度的相關(guān)方程:ECl:5=－1.493Cl－+7.429H － 9.627HCO3－+4.769，此方程具有良好的精度并在該區(qū)域具有一定的應(yīng)用價值。

［1］中國土壤學(xué)會鹽漬土專業(yè)委員會.中國鹽漬土分類分級文集［C］.南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1989.

［2］王遵親，等著.中國鹽漬土［M］.北京:科學(xué)出版社，1993:130～211.

［3］毛創(chuàng)釗，田魁祥，松本聰，等.鹽漬土鹽分指標(biāo)及其與化學(xué)組成的關(guān)系［J］.土壤，1997，(6):326 ～330.

［4］陳陽，王賀，張福鎖，等.鹽漬生境下野生琵琶柴鹽分分布及泌鹽特點(diǎn)［J］.土壤學(xué)報，20O4，41(5):774 ～779.

［5］孫宇瑞.土壤含水率和鹽分對土壤電導(dǎo)率的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，5(4):39 －41.

［6］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 －46.

［7］賀錦喜，牛穎.哲盟宜林地土壤電導(dǎo)率和可溶性總鹽回歸方程的推導(dǎo).內(nèi)蒙古林業(yè)科技，1997，(2):40 －44.

［8］蔡阿興，陳章英，蔣正琦，等.我國不同鹽漬地區(qū)鹽分含量與電導(dǎo)率的關(guān)系［J］.土壤，1997，(1):54 －57.

［9］Bhoades J D，Chanduvi F，Leseh S.Soil Salinity Assessment.FAO Irrigation an d Drainage Papers，1999，57:3 － 7.

［10］明道緒.通徑分析［M］.雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1990.

［11］毛任釗，松本聰.鹽漬土鹽分指標(biāo)及其與化學(xué)組成的關(guān)系［J］.土壤，1997，29(6):326 －330.

［12］劉廣明，楊勁松，姚榮江.影響土壤浸提液電導(dǎo)率的鹽分化學(xué)性質(zhì)要素及其強(qiáng)度研究［J］.土壤學(xué)報，2005，42(2):247－252.