基于電磁感應(yīng)數(shù)據(jù)的南疆棉田土壤pH反演研究

王佳文， 彭 杰， 紀(jì)文君， 白建鐸， 馮春暉， 李洪義

（1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083；3.江西財(cái)經(jīng)大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院，江西 南昌 330052）

土壤pH 作為土壤的重要屬性，影響著發(fā)生在地球表面的所有化學(xué)、物理和有機(jī)過(guò)程［1］，其動(dòng)態(tài)變化也會(huì)影響植物生長(zhǎng)、土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和土壤養(yǎng)分積累等［2-6］。自然狀態(tài)下土壤pH 變化十分緩慢，但受人類(lèi)活動(dòng)影響，土壤pH 變化速率較自然狀態(tài)越來(lái)越快，土壤pH變化加速會(huì)改變動(dòng)植物、微生物等生存環(huán)境，終將影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)［7］。因此，研究土壤pH可變性及潛在的變化，對(duì)農(nóng)業(yè)用地、糧食安全、土地管理和環(huán)境科學(xué)等方面具有重要意義［8］。

大量研究表明，我國(guó)農(nóng)田土壤質(zhì)量正處于快速變化階段，郭治興等［9］指出，20 世紀(jì)80 年代至21 世紀(jì)初我國(guó)農(nóng)田土壤呈顯著酸化狀態(tài)；白樹(shù)彬等［10］分析了遼寧省1982 年、2012 年的耕地土壤pH 時(shí)空動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)2012 年較1982 年，有超過(guò)88%面積的耕地土壤發(fā)生了不同程度酸化；王寅等［11］分析了吉林省連續(xù)8 a 的農(nóng)田耕層土壤pH 空間變異，認(rèn)為土壤酸化的主要因素是化學(xué)肥料的大量投入；潘永敏等［12］對(duì)宜興地區(qū)土壤pH 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)表層土壤呈酸化趨勢(shì)。我國(guó)新疆地區(qū)，尤其以灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的南疆地區(qū)，受地理位置及氣候影響，土壤鹽漬化及次生鹽漬化問(wèn)題頻發(fā)。目前，因土壤鹽漬化造成的農(nóng)田土壤肥力衰退、生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題已十分嚴(yán)重。新疆鹽漬化土壤因鹽含量高，土壤堿性過(guò)高，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生鹽害，且堿性土壤易受外因條件如自身結(jié)構(gòu)、灌溉、降雨等影響較中性土壤更易板結(jié)，土壤板結(jié)會(huì)導(dǎo)致土壤環(huán)境中水氣傳導(dǎo)能力減弱，限制作物根系的生長(zhǎng)和離子交換［13］。因此，針對(duì)土壤鹽漬化嚴(yán)重地區(qū)，了解土壤pH空間變化趨勢(shì)，快速、簡(jiǎn)便、高效的獲取土壤pH數(shù)據(jù)，對(duì)改良土壤鹽漬化有重大意義。

電磁感應(yīng)技術(shù)具有快速、高效及非破壞性的優(yōu)勢(shì)被廣泛用于土壤屬性研究［14］。大地電導(dǎo)率儀是典型的基于電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的儀器，該儀器具有非接觸方式進(jìn)行土壤屬性測(cè)定的優(yōu)勢(shì)。趙長(zhǎng)巍［15］對(duì)吉林省土壤表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH展開(kāi)研究發(fā)現(xiàn)二者呈極顯著正相關(guān)，為本研究的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。本文以南疆阿拉爾墾區(qū)棉田土壤pH為核心指標(biāo)展開(kāi)研究，利用EM38-MK2大地電導(dǎo)率儀采集了9塊不同鹽漬化程度棉田土壤的表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)及0～0.375 m、0.375～0.75 m、0.75～1.00 m的土壤剖面樣品，分析探討利用電磁感應(yīng)技術(shù)監(jiān)測(cè)土壤pH 的可行性，以期為土壤pH 的快速無(wú)損測(cè)定提供思路及方法，為鹽漬化土壤的改良提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿拉爾墾區(qū)地處亞歐大陸腹地（圖1），地理位置為80°30′～81°58′E，40°22′～40°57′N(xiāo)，總面積約3.9×103km2，海拔990～1040 m，地勢(shì)北高南低、西高東低。墾區(qū)多年平均降水量不足50 mm，多年平均蒸發(fā)量超過(guò)1992 mm，蒸降比為40:1［16-17］，是我國(guó)典型的極端干旱區(qū)。墾區(qū)擁有豐富的光熱資源，適合棉花等經(jīng)濟(jì)作物的種植，是新疆最大的棉花生產(chǎn)基地之一。棉花種植方式為覆膜種植，灌溉模式為春、冬灌采用大水漫灌，棉花生育期內(nèi)為膜下滴灌，灌溉水源以塔里木河為主。墾區(qū)北部與荒漠區(qū)相鄰，土壤鹽漬化程度高。鹽漬化土壤的改良需消耗大量的淡水資源，加劇了生態(tài)用水與農(nóng)業(yè)用水的矛盾。特殊的地理位置、極端的氣候條件及不合理的灌溉，導(dǎo)致墾區(qū)土壤鹽漬化與次生鹽漬化現(xiàn)象頻發(fā)，是我國(guó)典型的鹽漬化區(qū)域之一。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Geographic position of study area

1.2 EM38-MK2結(jié)構(gòu)

EM38-MK2大地電導(dǎo)率儀（圖2）是獲取土壤屬性數(shù)據(jù)的主要儀器，該儀器包含1 個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和2個(gè)接收線(xiàn)圈，有垂直與水平2 種測(cè)定模式。儀器處于水平模式可測(cè)定0～0.375 m，0～0.75 m的土壤表觀(guān)電導(dǎo)率（ECh0.375, ECh0.75）；垂直模式時(shí)可測(cè)定0～0.75 m，0～1.0 m的土壤表觀(guān)電導(dǎo)率（ECv0.75,ECv1.0）。

圖2 EM38-MK2大地電導(dǎo)率儀Fig.2 Conductivity meter EM38-MK2

1.3 數(shù)據(jù)獲取與處理

研究區(qū)土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)獲取過(guò)程如下：在樣地選取100 m×100 m 樣方，將EM38-MK2 設(shè)置為手動(dòng)測(cè)定模式，表觀(guān)電導(dǎo)率采集頻率為1 個(gè)·s-1，以20 m 為行距，分別采集樣地水平和垂直2 種模式的表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，具體過(guò)程如圖3a所示。

采集時(shí)間為2019 年3 月中旬至3 月末，根據(jù)EM38-MK2 大地電導(dǎo)率儀掌機(jī)端獲取的土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，按梯度分別于測(cè)量點(diǎn)選取18個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行土壤剖面管柱樣品的采集，并同步記錄樣點(diǎn)的土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)及經(jīng)緯度坐標(biāo)。土壤管柱樣品的采集采用美國(guó)Rhino S1土壤樣品采集器（圖3b），鉆機(jī)管柱內(nèi)配套長(zhǎng)度為1 m 的PVC 管（圖3c），將采集的管柱樣品密封帶回實(shí)驗(yàn)室，按比例分別在管柱0.375 m、0.75 m 處切割土壤管柱，共獲得0～0.375 m、0.375～0.75 m、0.75～1.00 m土壤剖面樣品486個(gè)。

圖3 樣點(diǎn)分布示意圖Fig.3 Samples point distribution

土壤pH 的測(cè)定為土水比1:2.5，土壤電導(dǎo)率的測(cè)定為土水比1:5。采用SPSS 26.0軟件對(duì)土壤表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH 數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，Microsoft Excel 2019 對(duì)土壤表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH 數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，利用地統(tǒng)計(jì)軟件ArcGIS 10.7 對(duì)土壤pH進(jìn)行空間分析。

1.4 模型構(gòu)建及精度驗(yàn)證

采用全區(qū)與分區(qū)2種思路構(gòu)建模型。全區(qū)建模是將486 個(gè)土壤剖面數(shù)據(jù)按0～0.375 m、0.375～0.75 m、0.75～1.00 m土層分別進(jìn)行匯總，構(gòu)建不同土壤剖面的反演模型；分區(qū)建模將9 塊樣地土壤樣品分別按不同土壤剖面建立單獨(dú)的反演模型。

本研究建模方法為多元線(xiàn)性回歸（Multiple Linear Regression，MLR），采用決定系數(shù)R2、均方根誤差RMSE、相對(duì)分析誤差RPD 來(lái)評(píng)價(jià)模型精度。模型精度評(píng)價(jià)見(jiàn)文獻(xiàn)［18］。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣本土壤pH描述性統(tǒng)計(jì)分析

6.5≤pH＜7.5 為中性土壤，pH≥7.5 為堿性土壤［19］。研究區(qū)土壤剖面pH 描述性統(tǒng)計(jì)特征見(jiàn)表1。由表1 可知，在0～1.00 m 剖面，隨土層深度的增加，土壤pH逐漸增大且研究區(qū)土壤多為堿性。對(duì)3個(gè)土層土壤pH 分別進(jìn)行分析，土壤pH 最大值為9.09，主要分布于0.375～0.75 m土層；最小值為7.46，分布于0～0.375 m 土層，極值相差1.63 個(gè)單位。標(biāo)準(zhǔn)差是反映1個(gè)數(shù)據(jù)集離散程度的變量。表1還表明，0.75～1.00 m 土層土壤pH 離散程度最低，0～0.375 m、0.375～0.75 m 土層土壤pH 較0.75～1.00 m土層離散程度高，表明0～0.375 m、0.375～0.75 m 土層土壤pH存在較大差異。

表1 土壤樣品pH統(tǒng)計(jì)特征(n=486)Tab.1 Statistical characteristics of soil pH of the soil samples (n=486)

綜合所有樣本分析，土壤pH 標(biāo)準(zhǔn)差最大，表明0～1.00 m剖面土壤pH變化較大；不同土層及所有樣本變異系數(shù)均小于10%，表明其變異程度均為低程度變異。對(duì)9 塊樣地0～1.00 m 土層分別進(jìn)行分析（表2），土壤pH最大值為9號(hào)樣地，最小值為3號(hào)樣地；就離散程度而言，2 號(hào)樣地最低，9 號(hào)樣地最高；其中，9號(hào)樣地土壤pH變異性最強(qiáng)，2號(hào)樣地變異最弱；經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)3 個(gè)樣地分別位于棉田高產(chǎn)區(qū)（2號(hào)）、濕地區(qū)（3號(hào)）及排堿渠環(huán)繞區(qū)（9號(hào)）。

表2 各樣地土壤樣品pH統(tǒng)計(jì)特征(n=486)Tab.2 Statistical characteristics of soil pH of the soil samples from each sample area (n=486)

2.2 土壤pH與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率的相關(guān)性分析

對(duì)土壤pH與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)時(shí)，需先對(duì)土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行可信度分析［20-21］，其可信度結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可知，在P＜0.01 條件下，表觀(guān)電導(dǎo)率ECh0.375和ECh0.75、ECv0.75和ECv1.0相關(guān)系數(shù)分別為0.96、0.92，表明表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)可信度較高，可用來(lái)構(gòu)建反演模型。

對(duì)土壤pH 數(shù)據(jù)與多模式土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，全區(qū)、分區(qū)相關(guān)系數(shù)分別見(jiàn)表3、圖4。表3 數(shù)據(jù)表明，3 個(gè)土層土壤pH 均與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率間存在極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），其中0～0.375 m土層土壤pH與ECh0.75相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)為0.34，表明0～0.375 m 土層土壤pH 與EM38-MK2水平模式存在強(qiáng)相關(guān)性；而0.375～0.75 m、0.75～1.00 m 土層土壤pH 與ECv0.75相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)分別為0.46、0.43，表明0.375～0.75 m、0.75～1.00 m土層土壤pH與EM38-MK2垂直模式存在強(qiáng)相關(guān)性。

圖4 各樣地不同土層土壤pH與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率間的Pearson相關(guān)系數(shù)Fig.4 Pearson correlation coefficients between soil pH and soil apparent conductivity in different soil layers in each sample area

表3 不同土層土壤pH與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率間的Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.3 Pearson correlation coefficients between soil pH and soil apparent conductivity in different soil layers

圖4表明，各樣地土壤pH與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率相關(guān)系數(shù)存在顯著差異且分區(qū)思路相關(guān)系數(shù)均高于全區(qū)。各樣地相關(guān)系數(shù)表明，0～0.375 m 土層土壤pH 主要貢獻(xiàn)來(lái)自于ECh0.375、ECh0.75，其中ECh0.375貢獻(xiàn)最高；0.375～0.75 m 土層土壤pH 主要貢獻(xiàn)來(lái)自于ECh0.75、ECv0.75；0.75～1.00 m 土層土壤pH 主要貢獻(xiàn)來(lái)自于ECv0.75、ECv1.0，這符合EM38-MK2非線(xiàn)性響應(yīng)函數(shù)［16,21-22］。但2、3、9 號(hào)樣地EM38-MK2 貢獻(xiàn)率與非線(xiàn)性響應(yīng)函數(shù)存在差異，為探究原因，本研究后續(xù)以2、3、9 號(hào)樣地作為典型樣地對(duì)土壤pH 進(jìn)行研究分析。

2.3 建模因子的確定

由表3可知，土壤pH與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率間存在極顯著相關(guān)關(guān)系。以EM38-MK2 兩種測(cè)定模式的土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)與土壤pH數(shù)據(jù)建立線(xiàn)性回歸模型，建模因子的確定充分考慮EM38-MK2兩種測(cè)定模式獲取的表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。根據(jù)EM38-MK2非線(xiàn)性響應(yīng)函數(shù)，不同測(cè)量模式對(duì)土壤深度響應(yīng)的強(qiáng)烈程度存在差異。本研究建模過(guò)程綜合EM38-MK2儀器對(duì)土層的響應(yīng)范圍，以EM38-MK2獲取的4組數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，具體模型精度見(jiàn)表4。

由表4 可知，模型R2隨土層深度增加均表現(xiàn)為先減小后增大。不同土層深度范圍，以ECh0.375+（ECh0.75+ECv0.75）/2+ECv1.0為建模因子，模型R2最高。EM38-MK2 非線(xiàn)性響應(yīng)函數(shù)表明，ECh0.37585%的信號(hào)來(lái)自60 cm 土層以上［22］，本研究反演模型R2最小值均出現(xiàn)在0.375～0.75 m 土層，結(jié)果符合EM38-MK2的非線(xiàn)性響應(yīng)函數(shù)。

表4 不同建模因子下各土層的決定系數(shù)Tab.4 Determination coefficients of the model for a soil layers relative to soil depth and modeling factors

2.4 全區(qū)模型與分區(qū)模型精度對(duì)比

全區(qū)模型以9塊樣地162個(gè)土壤剖面數(shù)據(jù)為總體，按2:1 比例劃分為建模集與驗(yàn)證集，利用108 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，54個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驗(yàn)證。分區(qū)模型以每個(gè)樣地18 個(gè)土壤剖面數(shù)據(jù)為總體，以2:1 比例劃分，每個(gè)樣地取12個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，6個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。模型精度分別見(jiàn)表5、表6。由表5 可知，全區(qū)模型建模集與驗(yàn)證集R2、RPD 均較低，以本文選取的模型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，全區(qū)模型不具備預(yù)測(cè)能力。

表5 全區(qū)模型pH反演模型精度Tab.5 Global model pH inversion model accuracy

由表6 可知，分區(qū)模型0.74≤R2≤0.93、2.00≤RPD≤3.50，0.01≤RMSE≤0.12，均優(yōu)于全區(qū)模型對(duì)應(yīng)值，表明分區(qū)模型有較優(yōu)的預(yù)測(cè)能力。

表6 不同樣地pH反演模型精度Tab.6 Different samples pH inversion model accuracy

綜上所述，分區(qū)模型精度均優(yōu)于全區(qū)模型，下文對(duì)土壤pH 預(yù)測(cè)及插值均在分區(qū)模型基礎(chǔ)上完成。

2.5 不同剖面土壤pH空間分布特征

魏孝榮等［23］對(duì)土壤pH 的空間分布進(jìn)行模擬，研究表明克里格插值可用于土壤pH空間分析。以ArcGIS 10.7 對(duì)9 塊樣地土壤pH 進(jìn)行空間分布模擬。為進(jìn)一步分析研究區(qū)內(nèi)土壤pH 的變化，分別選取研究區(qū)內(nèi)具代表性2號(hào)（棉田高產(chǎn)區(qū)）、3號(hào)（濕地區(qū)）、9號(hào)（排堿渠環(huán)繞區(qū)）3塊樣地對(duì)土壤pH進(jìn)行插值分析，插值結(jié)果見(jiàn)圖5。圖5 表明，典型樣地土壤pH在水平及垂直尺度變化均較大，且3個(gè)土層間土壤pH均表現(xiàn)出隨深度增加而變大的趨勢(shì)。

圖5 還表明，不同區(qū)域棉田土壤pH 也具有差異，高產(chǎn)棉田區(qū)（2號(hào)樣地）0～1.00 m剖面土壤pH極差相差0.97 個(gè)單位，為3 個(gè)樣地中最低；高pH 區(qū)域主要集中在該樣地的東部、北部區(qū)域。被排堿渠環(huán)繞（9號(hào)樣地）的棉田土壤pH極差最大，相差1.37個(gè)單位。造成該現(xiàn)象的原因可能與排堿渠內(nèi)鹽分的積累與滲透有關(guān)，排堿渠為西北-東南走向，渠內(nèi)積累的鹽分通過(guò)滲透作用進(jìn)入土壤，由點(diǎn)向面擴(kuò)散，使該地塊西南部鹽漬化程度明顯高于東北部。

圖5 代表性樣地土壤剖面pH分布Fig.5 Distribution of typical samples of soil pH in different areas

濕地區(qū)（3 號(hào)樣地）表層土壤pH 均小于7.80，受冬灌影響，土壤鹽分大部分積聚在耕作層（40 cm）以下，但水庫(kù)附近較其他區(qū)域地下徑流量大，水量豐富，地下水對(duì)土壤反復(fù)進(jìn)行淋洗，固相與液相進(jìn)行質(zhì)子交換，雖有大量可溶性鹽溶于地下水，但深層土壤鹽含量還是呈下降趨勢(shì)。

綜合3塊典型樣地可以發(fā)現(xiàn)，0.375～0.75 m土層較0～0.375 m、0.75～1.00 m 土層，極值相差最大，原因可能與研究區(qū)的冬灌有關(guān)。土壤鹽分經(jīng)冬灌后，集中分布于40 cm 土層以下，3 月氣溫較低，土壤蒸發(fā)微弱，鹽分向表層遷移的動(dòng)力不足，導(dǎo)致大部分鹽分仍累積在土壤40 cm土層及以下。弋鵬飛等［24］研究發(fā)現(xiàn)，使用膜下滴灌技術(shù)種植作物，隨著種植年限的增加，土壤鹽分會(huì)持續(xù)累積，且累積的鹽分易向地表遷移形成鹽分表聚。多年累積的土壤鹽分表聚改變了表層土壤pH，冬灌后鹽分雖淋洗至耕作層以下，但鹽分表聚造成表層土壤pH 不會(huì)隨灌溉在短期內(nèi)發(fā)生改變。其次，在0～40 cm耕作層，作物根系分泌物也會(huì)直接影響土壤pH。

3 討論

通過(guò)電磁感應(yīng)技術(shù)快速獲取了阿拉爾墾區(qū)不同區(qū)域棉田土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，對(duì)典型樣地土壤剖面pH 進(jìn)行分析。綜合模型精度，分區(qū)模型表現(xiàn)出更高精度，其原因可能與土壤質(zhì)地、施肥及棉花枯枝落葉的腐爛分解等因素有關(guān)。首先，EM38-MK2 測(cè)量值反映的是土壤空間范圍內(nèi)游離態(tài)電解質(zhì)的含量［16］，單個(gè)樣地內(nèi)，土壤各屬性指標(biāo)變化較穩(wěn)定，獲取的表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)間差異較小，分區(qū)模型預(yù)測(cè)能力高，模型穩(wěn)定性強(qiáng)；而全區(qū)模型為所有樣地的組合，受田間管理措施影響，各樣地在施肥、灌溉等方面可能存在差異，導(dǎo)致土壤屬性變化劇烈，降低了全區(qū)模型精度。其次，在進(jìn)行表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)獲取時(shí)，耕地處于未翻耕狀態(tài)，棉花枯枝落葉覆蓋于地表且根系尚存，根系的分泌物質(zhì)及枯枝落葉腐爛分解在一定程度上影響了土壤pH的變化。

為探究EM38-MK2 測(cè)定土壤pH 的機(jī)理，對(duì)土壤實(shí)測(cè)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，結(jié)果表明土壤實(shí)測(cè)電導(dǎo)率與土壤表觀(guān)電導(dǎo)率間相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.98，且RMSE 均低于0.16，RPD為2.01～7.86。進(jìn)一步對(duì)土壤pH與土壤實(shí)測(cè)電導(dǎo)率進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，0～0.375 m、0.375～0.75 m、0.75～1.00 m 土層深度，土壤pH 與土壤電導(dǎo)率在P＜0.01條件下均呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)介于0.66～0.95。同時(shí)土壤表觀(guān)電導(dǎo)率、土壤電導(dǎo)率與土壤pH間相關(guān)系數(shù)變化表現(xiàn)一致。通過(guò)建模發(fā)現(xiàn)，靠近水庫(kù)及棉田產(chǎn)量較高的區(qū)域，相關(guān)系數(shù)均表現(xiàn)為較低的值；而土壤鹽堿現(xiàn)象較嚴(yán)重及位于墾區(qū)北部的棉田土壤，相關(guān)系數(shù)則表現(xiàn)為高度相關(guān)，表明土壤鹽堿是影響土壤pH的重要因素之一。

“鹽效應(yīng)零點(diǎn)”觀(guān)點(diǎn)解釋了土壤鹽分會(huì)影響土壤pH變化［25］，該觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為對(duì)于可變電荷土壤而言，存在一個(gè)凈電荷零點(diǎn)，當(dāng)土壤處于凈電荷零點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，土壤pH不受溶液中鹽濃度的影響，為鹽效應(yīng)零點(diǎn)。土壤pH越靠近鹽效應(yīng)零點(diǎn)，受鹽分影響越小，而一般可變電荷的鹽效應(yīng)零點(diǎn)在pH 3.5～5.0，當(dāng)pH小于5.0時(shí)土壤pH受鹽分的影響較小，而墾區(qū)土壤pH均在7.5及以上，根據(jù)鹽效應(yīng)零點(diǎn)觀(guān)點(diǎn)，土壤鹽分對(duì)土壤pH存在很大影響。Miller等［26-27］通過(guò)大量調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對(duì)一特定土壤而言，鹽濃度越高，pH受鹽分濃度的影響越大。此外，本研究還表明，土壤表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH 間為極顯著負(fù)相關(guān)，而趙長(zhǎng)?。?5］在吉林省的研究表明，土壤表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH為極顯著正相關(guān)，出現(xiàn)此差異的原因可能與土壤質(zhì)地及土壤離子類(lèi)型有關(guān)。

本研究以土壤電導(dǎo)率為媒介，構(gòu)建了土壤表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH 間的線(xiàn)性回歸模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤pH的測(cè)定。此外，如何有效提高全區(qū)模型精度，對(duì)EM38-MK2大范圍測(cè)定土壤pH具有重要意義。

4 結(jié)論

以阿拉爾墾區(qū)9塊棉田土壤pH為研究目標(biāo)，利用EM38-MK2大地電導(dǎo)率儀水平與垂直2種測(cè)量模式獲取了土壤的表觀(guān)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，采用全區(qū)與分區(qū)2 種建模方法構(gòu)建了表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH 的線(xiàn)性回歸模型，所得結(jié)論如下：

（1）雙尾檢驗(yàn)結(jié)果表明表觀(guān)電導(dǎo)率與土壤pH在P＜0.01 條件下分區(qū)思路相關(guān)系數(shù)為0.60～0.95；全區(qū)思路相關(guān)系數(shù)為0.28～0.46，均呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明EM38-MK2可用于土壤pH的測(cè)定。

（2）綜合EM38-MK2水平和垂直模式獲得的數(shù)據(jù)作為建模因子，可顯著提高模型精度。

（3）分區(qū)模型0.74≤R2≤0.93，2.00≤RPD≤3.50，RMSE均較小，精度更高，表明分區(qū)模型精度優(yōu)于全區(qū)模型；同時(shí)土壤鹽分含量較高的樣地，模型精度也較高。

（4）空間分析結(jié)果表明，受冬灌、棉花根系及枯枝落葉的影響，各樣地土壤pH 經(jīng)冬灌后均表現(xiàn)為深層高于表層。