寧夏地區(qū)不同類型鹽漬化土壤鹽分含量及其組成分析

寧夏地區(qū)不同類型鹽漬化土壤鹽分含量及其組成分析

根據(jù)1985年的第二次土壤調(diào)查，寧夏總面積為13.7萬(wàn)hm，堿土1.6萬(wàn)hm。另?yè)?jù)2005年寧夏農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室的調(diào)查結(jié)果,寧夏灌區(qū)鹽漬化耕地面積達(dá)14.8萬(wàn)hm2,占灌區(qū)耕地總面積的33.5%。針對(duì)于此,寧夏自治區(qū)政府近年提出百萬(wàn)畝鹽堿地改良和引黃灌區(qū)百萬(wàn)畝中低產(chǎn)田改造工程,以合理開發(fā)利用后備土地資源和提高土壤肥力。要做好此項(xiàng)工作,首要任務(wù)是要測(cè)定土壤鹽分含量及其組成,為制定有針對(duì)性的改良措施提供理論依據(jù)。土壤水溶鹽含量及其組成的測(cè)定以往雖做了大量工作,但還存在兩大問(wèn)題:一是土壤水溶鹽含量的測(cè)定方法不統(tǒng)一,各年度各地測(cè)定的結(jié)果互比性差。早期采用的是殘?jiān)娓煞?被認(rèn)為是比較準(zhǔn)確的方法,但測(cè)定過(guò)程煩瑣、費(fèi)時(shí),不適合批量樣品的快速測(cè)定。從第二次土壤普查開始多數(shù)采用了電導(dǎo)法,方法簡(jiǎn)便快速,且隨著電導(dǎo)儀改進(jìn)為電導(dǎo)率儀,溫度、電極常數(shù)的校正直接在儀器上補(bǔ)償,使電導(dǎo)法的應(yīng)用更為普遍,但在寧夏地區(qū)缺乏水溶鹽含量與其電導(dǎo)率之間相關(guān)性的研究,常采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)?yè)Q算,其結(jié)果存在較大誤差。因此,探究本地區(qū)不同類型鹽漬化土壤含鹽量與電導(dǎo)率之間的關(guān)系十分必要。二是不同類型鹽漬化土壤鹽分組成比例的分析不夠,使得制定的改良措施千篇一律。實(shí)際上,氯化物、硫酸鹽-氯化物、氯化物—硫酸鹽、硫酸鹽等不同組合對(duì)作物的危害程度不同,因此搞清不同類型鹽漬化土壤鹽分組成特點(diǎn),對(duì)于制定有針對(duì)性地改良方案具有重要意義。故本試驗(yàn)將系統(tǒng)研究寧夏不同類型鹽漬化土壤含鹽量與電導(dǎo)率之間的定量關(guān)系,為今后快速測(cè)定土壤鹽分含量提供可靠方法和理論依據(jù)。1土壤理化性質(zhì)的測(cè)定根據(jù)寧夏鹽土、堿土和鹽漬化土壤的分布區(qū)域,按照隨機(jī)抽樣方法,于2005年10月,在石嘴山市的惠農(nóng)區(qū)、平羅縣,銀川市的西夏區(qū)、興慶區(qū)、賀蘭縣、永寧縣、靈武市,吳忠市的利通區(qū)、青銅峽市、同心縣,中衛(wèi)市的中衛(wèi)、中寧縣,固原市的原州區(qū)等不同市縣,采集0～20cm土壤樣品141個(gè),其中包括鹽土45個(gè)、鹽漬化土壤62個(gè)、非鹽漬化土壤34個(gè)。采樣方法是每個(gè)采樣點(diǎn)采用9點(diǎn)取混合樣。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干,用木棒碾碎,通過(guò)1mm篩,盛于廣口瓶中備用。測(cè)試項(xiàng)目:pH、電導(dǎo)率、水溶性鹽總量及其8種鹽離子。待測(cè)液制備:采用5∶1水土比,稱取過(guò)1mm篩風(fēng)干土樣30.00g,放入振蕩瓶中,加無(wú)CO2蒸餾水150ml,蓋好瓶塞,在振蕩機(jī)上振蕩5min。然后,將布氏漏斗與抽氣系統(tǒng)相連,鋪上與漏斗直徑大小一致的濾紙兩張,緩緩抽氣,同時(shí)用少量水濕潤(rùn)濾紙,使濾紙與漏斗緊貼,將懸濁土漿緩緩倒入漏斗,直至抽濾完畢,濾液倒入三角瓶中備用。電導(dǎo)率測(cè)定:取土壤浸提液50ml,放入100ml小燒杯中,用電導(dǎo)率儀(DDS-12A型)測(cè)定。土壤水溶性鹽總量測(cè)定:采用殘?jiān)娓煞?取土壤浸提液30ml放入100ml已知烘干質(zhì)量的瓷蒸發(fā)皿內(nèi),在水浴上蒸干,用滴管沿皿周圍加150g/LH2O2,使殘?jiān)鼭駶?rùn),繼續(xù)蒸干,如此反復(fù)用H2O2處理,使有機(jī)質(zhì)完全氧化為止,此時(shí)干殘?jiān)珵榘咨?蒸干后殘?jiān)兔蠓旁?05℃～110℃烘箱中烘干1～2h,至恒重,冷卻后稱重,計(jì)算土壤水溶性鹽總量。鹽離子測(cè)定:土壤浸提液中8種陰陽(yáng)離子含量的測(cè)定方法分別為:鉀、鈉離子采用火焰光度法(FP640型),鈣、鎂離子采用EDTA絡(luò)合滴定法,碳酸根、重碳酸根離子采用雙指示劑-中和滴定法,氯離子采用硝酸銀滴定法,硫酸根離子采用EDTA間接滴定法。2結(jié)果與分析2.1表層土壤水溶性鹽離子含量測(cè)試結(jié)果(表1)表明,供試土壤(0～20cm)pH值變化在7.26～10.45之間,平均為8.71。采用殘?jiān)娓煞y(cè)得的表層土壤水溶性鹽含量變化在0.22～37.35g/kg之間,平均為9.24g/kg,變異系數(shù)為106.24%。從表層土壤水溶性鹽離子含量來(lái)看,供試土壤陽(yáng)離子組成中以鈉離子含量最高,約占陽(yáng)離子的41.4%;其次為鎂、鈣離子,分別占28.5%、25.2%;陰離子組成中以氯離子最高,約占陰離子的51.8%,其次為硫酸根離子,占39.2%,碳酸根、重碳酸根僅占9.0%。2.2土壤鹽分組成為了研究寧夏不同類型鹽漬化土壤水溶性鹽含量與其電導(dǎo)率之間的關(guān)系,首先需對(duì)供試土壤樣品鹽分組成類型進(jìn)行劃分。關(guān)于鹽分組成類型劃分的依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn),前人已進(jìn)行了大量研究,綜合來(lái)看劃分依據(jù)基本一致,是根據(jù)易溶鹽對(duì)植物危害程度的不同,按照鹽分組成中陰陽(yáng)離子厘摩爾比來(lái)劃分,但劃分標(biāo)準(zhǔn)的研究結(jié)果不盡一致。本文根據(jù)前人的研究結(jié)果和寧夏實(shí)際,對(duì)供試土壤樣品鹽分組成類型進(jìn)行了劃分研究(表2、3)。從陰離子厘摩爾比來(lái)看(表2),供試土壤鹽分組成以硫酸鹽-氯化物型、氯化物-硫酸鹽型和硫酸鹽型為主,占88.7%;氯化物型僅占11.35%。從陽(yáng)離子厘摩爾比來(lái)看(表3),供試土壤鹽分組成以鎂鈣鹽型、鈣鎂鹽型和鈉鹽型為主,占85.8%,鎂鈉鹽型和鈣鈉鹽型僅占14.2%。其中鎂鈣鹽型所占比例最大,且劃分標(biāo)準(zhǔn)是本研究根據(jù)寧夏實(shí)際新提出的。2.3鹽漬化土壤性質(zhì)的數(shù)據(jù)分析首先,以土壤浸提液電導(dǎo)率(水土比=5∶1)為橫坐標(biāo)(x),殘?jiān)娓煞ㄍ寥浪茺}含量為縱坐標(biāo)(y),對(duì)所有土樣(141個(gè))測(cè)試結(jié)果作散點(diǎn)圖(圖1)。然后,進(jìn)行函數(shù)模型選擇和統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)散點(diǎn)圖形狀,選擇了形似的5種函數(shù)模式,即直線式(y=a+bx)、二次式(y=ax2+bx+c)、冪函數(shù)(y=axb)、指數(shù)式(y=aebx)和對(duì)數(shù)式(y=aLnx+b),進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析,配置方程,并進(jìn)行了方程擬合性檢驗(yàn)(表4)。結(jié)果表明,供試鹽漬化土壤浸提液電導(dǎo)率與其殘?jiān)娓煞ㄍ寥浪茺}含量之間的關(guān)系可用5種函數(shù)模式擬合,其相關(guān)系數(shù)均達(dá)極顯著水平(r>r0.01)。但從決定系數(shù)、剩余平方和、理論值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)綜合來(lái)看,一元二次式擬合性最好,對(duì)數(shù)式擬合性最差。同理,針對(duì)不同類型鹽漬化土壤分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出擬合性最優(yōu)的回歸方程(表5)。除氯化物鹽漬化土壤采用冪函數(shù)擬合性最優(yōu)外,其余各類鹽漬化土壤均采用一元二次式擬合性最佳。應(yīng)用最優(yōu)函數(shù)模型,可制定土壤鹽化程度的分級(jí)指標(biāo)。如當(dāng)采用水土比為5∶1,電導(dǎo)率法測(cè)定土壤浸提液,根據(jù)回歸式y(tǒng)=0.1609x2+2.9176x-0.0141,可求出寧夏鹽漬化土壤水溶性鹽不同含量與其電導(dǎo)率值的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表6),用以判斷土壤鹽漬化程度。如已測(cè)得土壤浸提液電導(dǎo)率(水∶土=5∶1),可應(yīng)用最優(yōu)函數(shù)模型計(jì)算土壤水溶性鹽含量,這樣可大大提高批量樣品的測(cè)試速度和準(zhǔn)確度。2.4電導(dǎo)率法、離子地震法水溶鹽含量的相關(guān)性針對(duì)供試土樣,分別采用殘?jiān)娓煞ā㈦妼?dǎo)率法和離子求和法測(cè)定了水溶鹽含量(表7)。結(jié)果表明,電導(dǎo)率法、離子求和法測(cè)定的土壤水溶鹽含量較殘?jiān)娓煞ǖ?分別低10.95%、18.52%。相關(guān)分析結(jié)果表明,電導(dǎo)率法、離子求和法水溶鹽含量與殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量之間均達(dá)極顯著正相關(guān)(r=0.9037**,0.9325**),而電導(dǎo)率法水溶鹽含量與離子求和法水溶鹽含量之間的相關(guān)系數(shù)雖較低,但也達(dá)極顯著正相關(guān)(r=0.8838**)。故欲達(dá)快速測(cè)定之目的,采用電導(dǎo)率法測(cè)定土壤水溶鹽含量較為理想,但其數(shù)值尚需校正。2.5土壤理化性質(zhì)的回歸分析由前述相關(guān)分析可知,雖然電導(dǎo)率法土壤水溶鹽含量、離子求和法水溶鹽含量與殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量之間呈極顯著正相關(guān),但前兩種方法測(cè)定的土壤水溶鹽含量較殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量低,故需對(duì)前兩種方法測(cè)定的土壤水溶鹽含量進(jìn)行校正。通過(guò)進(jìn)一步回歸分析表明,電導(dǎo)率法土壤水溶鹽含量、離子求和法水溶鹽含量與殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量之間呈拋物線形變化,符合一元二次式(圖2)。在寧夏地區(qū),當(dāng)采用電導(dǎo)率法測(cè)定了土壤水溶鹽含量后,可采用電導(dǎo)率法土壤水溶鹽含量與殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量之間的關(guān)系方程(y=-0.0138x2+1.3629x+0.1802,r=0.919**)對(duì)其進(jìn)行校正;當(dāng)采用離子求和法測(cè)定土壤水溶鹽含量后,可采用離子求和法土壤水溶鹽含量與殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量之間的關(guān)系方程(y=-0.0138x2+1.7322x-2.4397,r=0.936**)對(duì)其進(jìn)行校正。這樣,經(jīng)過(guò)校正后的土壤水溶鹽含量接近于殘?jiān)娓煞ㄍ寥浪茺}含量。3土壤鹽分的組成類型寧夏地處西北內(nèi)陸,屬溫帶大陸性氣候,境內(nèi)分布有大面積的鹽漬化土壤和鹽土,其改良利用和防治需經(jīng)常測(cè)試土壤含鹽量,故簡(jiǎn)便快速而又準(zhǔn)確的測(cè)試方法的確定十分重要。標(biāo)準(zhǔn)方法是殘?jiān)娓煞?但測(cè)定過(guò)程復(fù)雜費(fèi)時(shí),遇到批量樣品時(shí)效性較差。電導(dǎo)率法雖簡(jiǎn)單快速,但受土壤鹽分組成影響。因此,搞清寧夏不同類型鹽漬化土壤殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量與其一定水土比下電導(dǎo)率之間的關(guān)系,即可直接采用電導(dǎo)率法測(cè)定土壤水溶鹽含量,大大提高工作效率。通過(guò)采樣測(cè)定寧夏不同類型鹽漬化土壤鹽分含量、組成及電導(dǎo)率,并進(jìn)行了回歸分析和相關(guān)分析,初步結(jié)果如下。1)得出供試土壤鹽堿化類型及鹽分組成特點(diǎn)。供試土壤包涵非鹽化土壤、鹽化土壤、鹽土和非堿化土壤、堿化土壤、堿土類型,總體來(lái)看,其水溶性鹽組成中陽(yáng)離子以鈉離子含量最高,鎂、鈣離子含量次之;其陰離子以氯離子含量最高,硫酸根離子含量次之。2)得出供試土壤鹽分組成類型。修改完善了寧夏鹽漬化土壤鹽分組成類型劃分標(biāo)準(zhǔn),采用此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)供試土壤鹽分組成類型進(jìn)行了劃分,得出了供試土壤鹽分組成類型。從陰離子厘摩爾比來(lái)看,供試土壤鹽分組成以硫酸鹽-氯化物型、氯化物-硫酸鹽型和硫酸鹽型為主;從陽(yáng)離子厘摩爾比來(lái)看,供試土壤鹽分組成以鎂鈣鹽型、鈣鎂鹽型和鈉鹽型為主。3)得出了寧夏不同類型鹽漬化土壤水溶鹽含量與其電導(dǎo)率之間的回歸關(guān)系。采用殘?jiān)娓煞y(cè)定了供試土壤水溶鹽含量,同時(shí)采用電導(dǎo)率法測(cè)定了土壤浸提液(水土比5∶1)電導(dǎo)率,通過(guò)回歸分析,從5種函數(shù)模式中篩選出土壤浸提液電導(dǎo)率與其殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量之間的最優(yōu)函數(shù)模型。對(duì)于寧夏地區(qū)土壤而言,采樣測(cè)定土壤浸提液電導(dǎo)率(水土比=5∶1)后,當(dāng)不區(qū)分土壤鹽分類型時(shí),可采用二次式(通式)y=0.1609x2+2.9176x-0.0141求解土壤含鹽量;當(dāng)已知土壤鹽分類型時(shí),有針對(duì)性地選用不同鹽分類型最優(yōu)回歸式計(jì)算。4)提出了電導(dǎo)率法水溶鹽含量校正為殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量的關(guān)系式。相關(guān)分析表明,雖然電導(dǎo)率法水溶鹽含量、離子求和法水溶鹽含量與殘?jiān)娓煞ㄋ茺}含量之間呈極顯著