鹽堿土不同土壤浸提液電導(dǎo)率和pH值的換算

郭建忠，劉淑慧，李 森，盧垟杰

(太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原 030024)

土壤浸提液的電導(dǎo)率和pH值是反映土壤鹽漬化程度的重要指標(biāo)，是測定土壤含鹽狀況的首選方法[1]。歐美國家一般直接采用土壤飽和泥漿浸提液電導(dǎo)率來表示土壤的含鹽量水平；國內(nèi)在研究鹽漬土土壤含鹽量和pH值時(shí)所采用的土壤浸提液較多的為1 ∶1和1 ∶5的土水比例。國內(nèi)外不同土水比采用的測定方法不同，給測定數(shù)據(jù)之間的比較和交流造成了困難[2]。在測定電導(dǎo)率和pH值時(shí)使用較多的土水比例有飽和泥漿浸提液、1 ∶1土水比浸提液和1 ∶5土水比浸提液[3-5]。飽和泥漿法的土水比由于與田間的實(shí)際狀況非常接近，所測定的浸提液電導(dǎo)率能較好地反映田間土壤的實(shí)際含鹽水平，因此在歐美國家的應(yīng)用較為普遍，但是由于飽和泥漿的制備具有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性，并且飽和點(diǎn)判定的不確定性比較大，電導(dǎo)率測定的重現(xiàn)性也較差，因而無法推廣普及[6]，同時(shí)該方法存在樣本制備時(shí)間長、溶液量較少等問題。國內(nèi)多數(shù)學(xué)者提倡用25 ℃不同土水比的電導(dǎo)率和pH值來表示土壤含鹽量和土壤pH值的大小[7]，但是由于受土水比、鹽分組成類型、土壤質(zhì)地等多種因素的影響，不同水土比土壤浸提液的電導(dǎo)率和pH值有較大差別[8-10]。

目前學(xué)者對(duì)于不同水土比電導(dǎo)率的研究較多，而對(duì)于不同水土比pH值的研究較少。本試驗(yàn)通過系統(tǒng)性地研究不同土水比(1 ∶1、1 ∶5和飽和泥漿)的土壤浸提液電導(dǎo)率(EC1 ∶1、EC1 ∶5和ECe)和土壤浸提液pH值(pH1 ∶1，pH1 ∶5和pHe)來探討飽和泥漿電導(dǎo)率和pH值與不同土水比土壤浸提液電導(dǎo)率和pH值的相關(guān)關(guān)系，為進(jìn)一步統(tǒng)一和提高鹽漬土試驗(yàn)研究中用電導(dǎo)率和pH值來代表土壤鹽漬化程度的準(zhǔn)確性與精確性提供科學(xué)理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)試驗(yàn)概況

供試土壤樣品來自山西省大同盆地鹽漬土區(qū)，該區(qū)降水主要集中在7—9月，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，年平均降水量為398.9 mm，蒸發(fā)量為1 870 mm，年平均氣溫為 7 ℃，1月最低氣溫為-27.6 ℃，7月最高氣溫為33.2 ℃。試驗(yàn)地土壤的理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 樣品采集與測定方法

1.2.1 飽和泥漿的制備及其電導(dǎo)率和pH值的測定 飽和泥漿的制備參照理查提出的手工調(diào)制法[11-13]進(jìn)行。稱取 35 g 待測土樣放入小燒杯中一邊緩緩加入CO2蒸餾水，一邊用調(diào)土板將其調(diào)制成飽和泥漿(土樣處于一種半流動(dòng)，表面反光，同時(shí)有自由水析出的狀態(tài))。將制備好的飽和泥漿靜置 24 h，用離心機(jī)分離土水混懸液，取上層清液，用電導(dǎo)率儀(DDS-307A型)測定其電導(dǎo)率，記為ECe[2]，用pH計(jì)(pHS-3C型)測定其pH值。

1.2.2 固定土水比的土壤溶液制備及電導(dǎo)率和pH值的測定 土水比為1 ∶1、1 ∶5的土壤浸提液的制備：同一份土樣分別稱取2份10 g土樣放入離心管中，然后按照不同的土水比例量取相應(yīng)質(zhì)量的無CO2蒸餾水，擰緊管口，然后放在振蕩器上振蕩3 min，立即用離心機(jī)離心，離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為 5 000 r/min，清液存于試管中，作為待測液，然后分別測定其電導(dǎo)率值和pH值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、繪圖與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土水比的土壤浸提液和飽和泥漿電導(dǎo)率的比較

由表2可知，飽和泥漿和不同土水比之間的電導(dǎo)率具有差異，其中飽和泥漿浸提液電導(dǎo)率(ECe)的平均值是土水比為1 ∶1、1 ∶5浸提液電導(dǎo)率平均值的數(shù)倍。通過表3的相關(guān)性分析可知，飽和泥漿浸提液的電導(dǎo)率(ECe)與2種不同土水比土壤浸提液的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平，其中與經(jīng)過含水率校正后的EC1 ∶1的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.982，含水量校正即將EC1 ∶n除以相應(yīng)樣品的飽和泥漿含水量(即EC1 ∶n/sp)[2]。ECe與EC1 ∶1和EC1 ∶5均存在較密切的線性關(guān)系，且該飽和含水量對(duì)線性關(guān)系有一定的影響，其中進(jìn)行水分校正后的EC1 ∶1與ECe的線性關(guān)系最佳。通過不同土水比含水量校正后的EC值與ECe值的對(duì)比效果比較發(fā)現(xiàn)，校正后的效果并不特別明顯。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

注：根據(jù)美國農(nóng)部土壤質(zhì)地三角形分類。

表2 試驗(yàn)地土壤樣品統(tǒng)計(jì)

注：sp表示飽和泥漿含水量，表中數(shù)據(jù)為81個(gè)土壤樣品的測定結(jié)果。下表同。

ECe與EC1 ∶5的一元一次函數(shù)關(guān)系(圖1)與李冬順等建立的黃淮海平原鹽漬土ECe與EC1 ∶5相互換算的經(jīng)驗(yàn)公式(ECe=8.24×EC1 ∶5-0.724；ECe= 3.79×EC1 ∶5/sp-0.501 校正后試驗(yàn)式)[2]相差不大；與遲春明等在松嫩平原鹽堿土建立的經(jīng)驗(yàn)公式(ECe=10.82×EC1 ∶5-0.59)有較大差別[14]；與郭新送等在山東省東營市黃河三角洲鹽堿土區(qū)ECe與EC1 ∶5和EC1 ∶1相互換算的經(jīng)驗(yàn)公式(ECe=2.042EC1 ∶5+0.089 5；ECe=0.433 3EC1 ∶1+0.381 6 )也有較大差別[15]。因此，本試驗(yàn)建立的經(jīng)驗(yàn)公式還僅適用于供試土壤，即大同盆地地區(qū)的土壤。

表3 不同土水比土壤浸提液與飽和泥漿電導(dǎo)率相關(guān)性

注：*表示相關(guān)性達(dá)到0.05顯著水平，**表示相關(guān)性達(dá)到0.01顯著水平。

2.2 不同土水比的土壤浸提液和飽和泥漿pH值的比較

土壤的pH值為土壤中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值[16]，通過對(duì)pH值所代表的含義進(jìn)行研究，用pH值所代表的H+和OH-濃度來進(jìn)行模型回歸。由于試驗(yàn)地所研究的土壤為堿性土壤，因此本試驗(yàn)中采用OH-濃度來進(jìn)行模型回歸。pH值與氫氧根離子濃度[c(OH-)]的換算公式如下：

pOH=14-pH；

(1)

c(OH-)=10-pOH。

(2)

經(jīng)過換算，土水比為1 ∶1的OH-濃度[c(OH-)1 ∶1]、土水比為1 ∶5的OH-濃度[c(OH-)1 ∶5]與飽和泥漿的OH-濃度[c(OH-)e]的關(guān)系如圖2、圖3所示。

通過對(duì)c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e進(jìn)行線性回歸發(fā)現(xiàn)，二者線性關(guān)系明顯；對(duì)c(OH-)1 ∶5和c(OH-)e進(jìn)行線性回歸，通過R2進(jìn)行判定可知，其函數(shù)模型的擬合效果低于c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e的線性模型擬合效果。出現(xiàn)這種情況的原因是影響土壤pH值的主要因素為土壤中所含有的弱電解質(zhì)CO32-和HCO3-，使得土壤pH值升高，土水比為1 ∶1的c(OH-)1 ∶1和c(OH-)e的含水量狀況差距不大，水分對(duì)弱電解質(zhì)的稀釋作用并不明顯[17]，所以其呈現(xiàn)出比較明顯的線性關(guān)系；隨著土水比中水量的增大，水分對(duì)弱電解質(zhì)CO32-和HCO3-溶解度的稀釋作用體現(xiàn)出來[17]，所以不再呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。

通過進(jìn)行公式代換，pH1 ∶1與pHe可以用以下公式表示：

pHe=lg(0.244 8×10pH1 ∶1+107)。

土水比為1 ∶5的pH與pHe的一次函數(shù)公式為

pHe=lg(0.235 3×10pH1 ∶5-108)。

3 討論與結(jié)論

含水量的校正并不能有效地減小不同土水比的EC和飽和泥漿ECe的誤差，在進(jìn)行校正換算時(shí)仍須進(jìn)一步地考慮。

飽和泥漿土壤浸提液電導(dǎo)率與土水比1 ∶5、 1 ∶1 的土壤浸提液電導(dǎo)率之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，可分別利用一元線性函數(shù)模型ECe=8.245 7EC1 ∶5-0.266 9和ECe=2.193 7EC1 ∶1-0.002 3進(jìn)行擬合回歸換算。

在pH值測定中，pH1 ∶1與pHe回歸方程通過c(OH-)濃度換算后，r2明顯高于pH1 ∶5與pHe的回歸方程，其關(guān)系為pHe=lg(0.244 8×10pH1 ∶1+107)。

在試驗(yàn)樣品測定中，可以用土水比為1 ∶1測定的電導(dǎo)率和pH值通過回歸關(guān)系式計(jì)算得到飽和泥漿的電導(dǎo)率和pH值，但由于試驗(yàn)樣品的取樣數(shù)量和取樣點(diǎn)存在一定局限性，因此對(duì)于其他土壤類型的應(yīng)用還需進(jìn)一步的論證。

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