鹽漬土溶液電導(dǎo)率與滲透勢(shì)換算關(guān)系及其在鹽度分級(jí)中的應(yīng)用

摘要：提出并驗(yàn)證了使用方程Ψs=50×EC作為土壤溶液滲透勢(shì)（Ψs）與電導(dǎo)率（EC）換算關(guān)系，統(tǒng)一通用方程的可行性。結(jié)果表明，50份土樣Ψs的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值間不存在顯著差異（P>0.05）。另外，使用該方程和其他已知經(jīng)驗(yàn)方程換算后發(fā)現(xiàn)，中國(guó)以Ψs為指標(biāo)的鹽漬土鹽度分級(jí)區(qū)間與國(guó)際上常用的以飽和浸提液電導(dǎo)率為指標(biāo)的土壤鹽度分級(jí)區(qū)間基本一致。

關(guān)鍵詞：飽和浸提液；電導(dǎo)率；滲透勢(shì)；土壤鹽度

中圖分類號(hào)：S156.4；S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）10-2481-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.009

Abstract： A equation of Ψs=50×EC was proposed for an universal equation to estimate osmotic potential（Ψs） from electrical conductivity（EC） in saturated pasted solution of salt-affect soils. The results showed that the prediction of Ψs of 50 soil samples based on this equation was not significantly（P>0.05） different from Ψs measurement. Additional，the salinity degrees of saline soil in China expressed as Ψs was basically consistent with those of saline soil expressed as EC of saturated paste extracts（ECe） in the international community when Ψs was converted into ECe.

Key words： saturation extract； electrical conductivity； osmotic potential； soil salinity

稀溶液條件下，土壤溶液滲透勢(shì)（Ψs）與溶液總濃度（TEC）存在如下的關(guān)系：

Ψs=-R×T×i×TEC （1）

式中，Ψs為土壤溶液或浸提液的滲透勢(shì)，單位為大氣壓atm；R為氣體常數(shù)，即0.083，單位為（L·atm）/（K·mol）；T為絕對(duì)溫度273+t ℃，單位為K；i為等滲系數(shù)；TEC為土壤溶液或浸提液濃度，單位為mol。

若將大氣壓轉(zhuǎn)換為-kPa，則乘以系數(shù)101.3，即

Ψs（-kPa）=101.3×R×T×i×TEC （2）

對(duì)于土壤溶液或浸提液而言，其TEC與電導(dǎo)率（EC）之間存在如下關(guān)系：

TEC≈10×EC （3）

式中，TEC的單位為mmolc/L，即meq/L。

將（3）式分別代入（2）式，則：

Ψs（kPa）=-101.3×R×T×i×10×EC/1 000 （4）

當(dāng)TEC以mmolc/L為單位時(shí)，將土壤溶液看作是強(qiáng)電解質(zhì)，作近似計(jì)算，則i=2。同時(shí)，由于土壤溶液或浸提液EC隨溫度的變化而變化[1]，因此通常采用25 ℃作為參考溫度，使用該溫度下的EC值作為表征參數(shù)。因此，在25 ℃，將R=0.083 L·atm/K·mol和i=2代入（4）式，計(jì)算得：

Ψs（kPa）≈-50×EC （5）

方程（5）可以看作是Ψs-EC關(guān)系的通用方程。本研究對(duì)該方程的準(zhǔn)確性與可行性進(jìn)行了分析，并應(yīng)用該方程對(duì)國(guó)內(nèi)學(xué)者提出的基于Ψs的土壤鹽度分級(jí)體系與國(guó)際上常用的飽和浸提液電導(dǎo)率（ECe）鹽度分級(jí)體系進(jìn)行了對(duì)比，以期為相關(guān)研究提供理論依據(jù)與借鑒。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

土壤取樣地點(diǎn)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師五團(tuán)、六團(tuán)、十團(tuán)、十二團(tuán)、新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇市沙雅縣，共五個(gè)剖面，每個(gè)剖面按20 cm間隔取樣，取樣深度200 cm，共50份土樣，代表南疆鹽漬土。取樣區(qū)內(nèi)，土壤質(zhì)地主要為沙土和沙壤土。土樣帶回室內(nèi)，自然風(fēng)干，粉碎，過(guò)2 mm篩。

1.2 土壤飽和浸提液制備

土壤飽和浸提液的制備參照美國(guó)鹽土實(shí)驗(yàn)室[2]的方法。取250 g土樣，放入500 mL的塑料杯中，緩慢加入無(wú)二氧化碳的去離子水，邊加水邊攪拌，同時(shí)不斷在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上振蕩塑料杯，直至土壤完全飽和。飽和泥漿的判斷標(biāo)準(zhǔn)：反射光線時(shí)，泥漿發(fā)亮；傾斜塑料杯時(shí)泥漿稍微流動(dòng)。飽和泥漿靜止16 h，然后用布氏漏斗抽濾，得到飽和浸提液。

1.3 測(cè)定方法

采用DDS-307型電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤飽和浸提液EC（ECe），F(xiàn)M-9J型冰點(diǎn)滲透壓計(jì)測(cè)其Ψs。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用SPSS12.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析?；貧w分析應(yīng)用Regression中的Nonlinear程序。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試土樣Ψs與ECe的統(tǒng)計(jì)分析

由表1可知，供試土樣ECe的最小值和最大值分別為0.75、34.31 mS/cm，變異系數(shù)為75.94%，供試土樣Ψs的變化區(qū)間為-35.00～-1 688.00 kPa，變異系數(shù)為76.17%。ECe和Ψs的變異系數(shù)均較大，說(shuō)明供試土樣的鹽度變化較大。

2.2 Ψs與EC的關(guān)系方程

供試土樣Ψs與EC間的散點(diǎn)圖如圖1所示。從圖1可見(jiàn)，Ψs與EC間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。回歸分析表明，Ψs與EC間可進(jìn)行線性擬合，其擬合方程分別為：

Ψs（kPa）≈-49.59×EC（r2=0.95，n=50） （6）

式中，Ψs為土壤浸提液滲透勢(shì)，EC為土壤浸提液電導(dǎo)率，經(jīng)檢驗(yàn)均具有極顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P< 0.01）。方程（5）與方程（6）的系數(shù)十分接近，說(shuō)明前述的推導(dǎo)過(guò)程是正確的。

2.3 Ψs與EC關(guān)系方程的檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證方程（5）和（6）的準(zhǔn)確性，將50份土樣的Ψs的實(shí)測(cè)值分別與計(jì)算值進(jìn)行了比較分析（圖2A）。由圖2A可以看出，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值間相差較小。50個(gè)土壤浸提液滲透勢(shì)的實(shí)測(cè)值與方程（5）和（6）計(jì)算值相對(duì)誤差在5%以內(nèi)的分別占76%和64%。T檢驗(yàn)表明，50份土樣Ψs的實(shí)測(cè)平均值為-688.16 kPa，（5）式計(jì)算值的平均值為-694.20 kPa，（6）式計(jì)算值的平均值為-688.48 kPa，差異不顯著（P>0.05），即實(shí)測(cè)值與計(jì)算值來(lái)源于同一樣本。另外，將實(shí)測(cè)值與（5）式的計(jì)算值進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明，存在極顯著的相關(guān)性（r2=0.996，P<0.01）（圖2B）；方程（6）的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值間也存在極顯著的相關(guān)性（r2=0.996，P<0.01）（圖2C）。理論上，如果計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相等，那么回歸直線的斜率應(yīng)該為1，常數(shù)項(xiàng)應(yīng)該為0，決定系數(shù)（r2）應(yīng)該為1。比較圖2B和圖2C，兩者的決定系數(shù)（r2）同為0.996，斜率1.003比0.995更接近1，但常數(shù)項(xiàng)3.799比3.830更接近0。這表明（5）式與（6）式的推算結(jié)果十分接近，因此，可以應(yīng)用方程（5）推算南疆鹽漬化土壤的Ψs。

2.4 Ψs-EC關(guān)系方程在土壤鹽度分級(jí)中的應(yīng)用

曾憲修等[3，4]提出使用土壤溶液Ψs作為土壤鹽度分級(jí)的指標(biāo)（表2）。根據(jù)方程（5）將Ψs換算為EC即可得到基于土壤溶液EC的鹽度分級(jí)體系（表2）。

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，南疆地區(qū)可以使用方程Ψs=50×EC進(jìn)行土壤溶液Ψs的計(jì)算。曾憲修等[3，4]研究江蘇濱海地區(qū)采用方程Ψs=48×EC-25（N=61，r2=0.990），研究黃淮海平原地區(qū)采用方程Ψs=56×EC+1（N=350，r2=0.990），研究寧夏地區(qū)采用方程Ψs=54×EC-47（N=46，r2=0.990）。付華等[5]研究河西走廊采用方程Ψs=51×EC+122（N=17，r2=0.990）。Jurinak等[6]研究河西走廊采用方程Ψs=51×EC+122（N=22）。以上研究均表明由EC推算Ψs的計(jì)算均為50左右。將本研究的EC值依次代入以上各方程，將其計(jì)算結(jié)果與方程（5）的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。方程（5）計(jì)算值的平均數(shù)為-694.20 kPa，各方程計(jì)算值的平均數(shù)依次分別為-641.40、-778.47、-702.70、 -830.05、-555.34 kPa。T檢驗(yàn)分析結(jié)果表明，這些平均值與-694.20 kPa之間無(wú)顯著差異（P>0.05）。因此，使用Ψs=50×EC方程作為Ψs-EC關(guān)系的統(tǒng)一通用方程是可行的。

土壤溶液Ψs與EC換算關(guān)系研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，因?yàn)棣穝的測(cè)定需要較為昂貴的儀器設(shè)備，而EC測(cè)定分析儀器價(jià)格較低，普通實(shí)驗(yàn)室均可配備。因此，國(guó)際上通常采用土壤飽和浸提液電導(dǎo)率（ECe）作為土壤鹽度分級(jí)指標(biāo)[2]，美國(guó)鹽漬土鹽度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)亦同國(guó)際通用指標(biāo)，即輕度鹽土4 mS/cm≤ECe<8 mS/cm；中度鹽土，8 mS/cm≤ECe<16 mS/cm；重度鹽土，ECe≥16 mS/cm。。而且，土壤飽和含水量一般接近土壤田間水分含量的2倍，因此，ECe與土壤溶液EC（ECs）的關(guān)系為[7]：

ECs≈2×ECe （7）

按方程（7）將ECe換算為ECs后，比較國(guó)內(nèi)和國(guó)際分級(jí)指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，二者土壤鹽度分級(jí)的土壤溶液電導(dǎo)率區(qū)間基本一致。這表明，采用方程Ψs=50×EC進(jìn)行國(guó)內(nèi)外鹽漬土相關(guān)研究的比較與分析是可行的。因此，Ψs=50×EC可以作為Ψs-EC關(guān)系的統(tǒng)一通用方程。從該方程可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)使用的基于土壤溶液Ψs的土壤鹽度分級(jí)區(qū)間與國(guó)際上常用的基于ECe的土壤鹽度分級(jí)區(qū)間基本一致。

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