苏打盐渍土化学参数间的换算关系

国际上通常用土壤溶液或浸提液的EC来表示或判断土壤盐害。这是因为，土壤盐分对作物生长的危害作用根本原因是由土壤溶液的盐分总浓度（TEC）升高引起的渗透胁迫。因此，只要测定土壤溶液的TEC即可判断土壤盐害程度。而溶液的TEC与EC间存在良好的线性关系（Rengasamy et al.，1984；USDA，1954），所以可以通过土壤溶液的EC来间接表示其TEC。然而，不同研究间，采用同一种方法测定的EC能否作为土壤盐害的判断指标进行比较，关键取决于其EC所间接代表的TEC是否可以进行比较，即，不同研究间EC推算TEC的转换系数是否相同。因此，土壤溶液或浸提液的TEC与EC间的换算关系是盐渍土研究中的一项重要内容（Sumner，1993；USDA，1954）。

土壤浸提液的电导率（EC）、钠吸附比（SAR）、可溶性阳离子总浓度（TCC）以及Na+、K+、Ca2+、Mg2+浓度是研究盐渍土化学性质的重要指标。制备土壤浸提液有多种方法，就制备时所用土水比例而言，常用的包括饱和（Rhoades et al.，1989；USDA，1954）、1∶1（Sparks，1996；Wagenet&Jurinak，1978）、1∶2（Mckenzie et al.，1983；Rugland，1972）、1∶5（Sumner，1993）、1∶10（Faulkner et al.，2001）等。由于水的稀释作用，浸提液的土水比越高，测定的土壤化学指标越低（Reitemeier，1946；Sonneveld&Van DenEnde，1971）。国外一般采用与田间实际水分状况最为接近的饱和浸提液的测定结果来描述盐渍土的化学性质（Longenecker&Lylerly，1964；USDA，1954；Vaughn etal.，1995）。然而，土壤饱和浸提液的制备存在着饱和标准不易掌握（Rhoades，1993），制备过程繁琐，溶液量偏少（Sumner& Naidu，1998；Zhang et al.，2005），实验设备昂贵（Franzen，2003；Shirokova et al.，2000）等缺点。其他土水比的浸提液尽管其水分状况与田间实际相距甚远，但是制备过程简单、省时省力、节省经费、溶液量充足（Franzen，2003；Sumner&Naidu，1998；Zhang et al.，2005），因而被广泛采用。为了便于比较不同方法测得的数据，一些学者对不同方法测得的数据进行研究，并建立起相应的经验方程（Hogg&Henry，1984；Slavich and Petterson，1993；Sonmez et al.，2008）。

国内盐渍土研究多数采用土水比1∶5的方法制备土壤浸提液。石元春（1986）和李东顺等（1996）分别建立了黄淮海平原盐渍土和华北黑龙港区盐渍土饱和浸提液和1∶5浸提液间电导率相互换算的经验公式。松嫩平原盐渍土化学性质分析绝大多数也采用土水比1∶5浸提液，但到目前为止，尚缺乏将土水比1∶5浸提液测定数据转换为饱和浸提液相对应数据的经验公式。

土壤ESP和SAR是两个非常重要的土壤盐渍化参数。然而，土壤交换性Na+和阳离子交换量（CEC）的测定过程十分繁琐，而且准确性较差。因此，准确而有效地获得土壤ESP是相当困难的。比较而言，土壤浸提液中可溶性Na+、Ca2+、Mg2+浓度的测定要容易得多，并且十分准确，因而SAR很容易获得。因此，一些学者建立了ESP与SAR间的经验关系公式（Franklin&Schmehl，1973；Ghafoor et al.，1988；Paliwal&Gandhi，1976；USDA，1954），通过SAR来推算ESP，以达到提高实验效率的目的。常用的经验公式有两类，一类是通过饱和浸提液SAR（SAR e）推算土壤ESP，代表性的经验方程为（USDA，1954）：

另一类是通过土水比1∶5浸提液的SAR（SAR1∶5）推算土壤ESP，代表性的经验方程为（Rengasamy et al.，1984）：

由土壤浸提液SAR推算土壤ESP，其转换系数受土壤饱和含水量、黏粒含量、矿物质种类、土壤盐度等因素影响（Endo et al.，2002；Frenkel and Alperovitch，1983；Levy and Hillel，1968；Sumner et al.，1998）。因此，为了提高推算结果的准确性，不同盐渍土地区应建立起自己的经验推算公式。松嫩平原是我国盐渍土集中分布区域之一（俞仁培，陈德明，1999）。但是，迄今为止并未建立该区盐渍土ESP与SAR间换算关系方程。

本研究对该区121份盐渍土样品进行了测定分析，对土壤饱和浸提液与土水比1∶5浸提液的TEC与EC的换算关系进行了研究，并与国内外其他研究结果进行了比较，建立了松嫩平原苏打盐渍土土水比1∶5浸提液EC、SAR、TCC、Na+浓度和pH分别推算土壤饱和浸提液EC、SAR、TCC、Na+浓度和pH的经验公式，建立了由SAR e和SAR1∶5分别推算ESP的经验方程，旨在为该区盐渍土研究与国内外相关研究的学术交流提供方便。

一、材料与方法

（一）样品与数据

使用第二节中第一批土壤样品的数据。

（二）数据处理

实验所得数据采用SPSS12.0进行统计分析。显著性检验、方差分析应用AVOVA，回归分析应用Regression中的Linear程序。

（三）经验公式有效性检验

使用另外20份独立样品的数据对经验公式的有效性进行检验。将各参数的实测值与计算值进行成对样本T检验和线性回归分析（SPSS12.0），根据统计分析结果判断经验方程的有效性。

二、结果与分析

（一）土壤盐分总浓度与电导率的换算关系

1.饱和浸提液TEC与EC关系方程及验证

松嫩平原苏打盐渍土饱和浸提液盐分总浓度（TEC e）与其电导率（EC e）的关系如图3.5所示，TEC e随EC e的升高而升高。根据散点图形状，对TEC e与EC e进行线性拟合，其回归方程为：

方程（3.7）中，常数项为负数，由EC e推算TEC e时可能出现负值。因此，将常数项调整为0，其方程为：

在式（3.8）中，斜率10.22与10.00十分接近，简单起见，可将方程（3.8）写成：

图3.5　松嫩平原盐渍土TEC e与EC e的关系

将20份土样的EC e数据分别代人方程（3.7）、（3.8）和（3.9）。其中方程（3.7）的计算值中出现负值。因此，将实测值分别与式（3.8）和式（3.9）计算值进行比较。成对样本T检验表明，计算值与实测值间差异不显著（p＞0.05.）。方程（3.8）计算值（y）与实测值（x）间的回归方程为：y=0.91x+27.53（r2=0.90，p＜0.01）（见图3.6）；方程（3.9）计算值（y）与实测值（x）间的回归方程为：y=0.86x+26.84（r2=0.90，p＜0.01）（见图3.7）。

图3.6　土壤TEC e计算值TEC e=10.22EC e与实测值的关系

图3.7　土壤TEC1∶5计算值TEC e≈10.00EC e与实测值的关系

对比图3.6和图3.7中两方程的参数，决定系数（r2）均为0.93，斜率0.91较斜率0.86更接近于1.0，但常数项27.53较常数项26.84更远离于0。理论上，如果计算值与实测值相等，那么回归直线的斜率应该为1，常数项应该为0，决定系数（r2）应该为1。因此，很难判断式（3.8）和式（3.9）的预测结果哪个更好。既然两方程的预测结果十分接近，方便起见，实际工作中可以优先选择方程（3.9），即将土壤EC e直接乘以10，可得土壤TEC e。

2.土水比1∶5浸提液TEC与EC关系方程及验证

由图3.8可见，松嫩平原苏打盐渍土土水比1∶5浸提液的TEC（TEC1∶5）随EC（EC1∶5）的增加而升高，二者间存在显著的线性关系。其拟合方程为：

方程（3.10）中，常数项为负数，由EC1∶5推算TEC1∶5时可能出现负值。因此，将常数项调整为0，其方程为：

方程（3.11）中，斜率9.79与10.00十分接近，简单起见，可将方程（3.11）写成：

将20份土样1∶5浸提液的EC数据分别代人方程（3.10）、（3.11）和（3.12），其中式（3.10）的计算值中有负值出现。因此，将实测值分别与式（3.11）和式（3.12）求得的计算值进行比较。成对样本T检验表明，计算值与实测值间差异不显著（p＞0.05.）。方程（3.11）计算值（y）与实测值（x）间的回归方程为：y= 1.06x+1.36（r2=0.97，p＜0.01）（图3.9）；方程（3.12）计算值（y）与实测值（y）间的回归方程为：y=1.03x+1.33（r2=0.97，p＜0.01）（图3.10）。图3.9和图3.10中两回归方程的决定系数相同，斜率1.03小于斜率1.06，常数项1.33小于1.36。由此可见，式（3.12）的预测结果略好于式（3.11）。因此，实际工作中可以使用方程（3.12）来推算土壤的TEC1∶5，即将土壤EC1∶5直接乘以10，可得土壤TEC1∶5。

图3.8　松嫩平原盐渍土TEC1∶5与EC1∶5的关系

图3.9　土壤TEC1∶5计算值TEC1∶5=9.79EC1∶5与实测值的关系

图3.10　土壤TEC1∶5计算值TEC1∶5≈10.00EC1∶5与实测值的关系

（二）饱和浸提液与1∶5浸提液间化学参数换算关系

1.饱和与1∶5浸提液间电导率关系方程及验证

苏打盐渍土饱和浸提液电导率（EC e）与土水比1∶5浸提液电导率（EC1∶5）相互关系如图3.11所示。由图可知，EC e随EC1∶5的升高而升高。

应用SPSS12.0对饱和浸提液和1∶5浸提液的电导率进行线性回归分析，发现两者存在极显著关系。其拟合方程为：

由于方程常数项为负数，当1∶5浸提液的电导率小于0.49 dS·m-1时，由式（3.13）计算得到的EC e将为负值。因此，将常数项调整为零，则方程变为：

简单起见，可记为饱和浸提液电导率11倍于1∶5浸提液电导率，即

为了验证方程（3.13）、（3.14）、（3.15）的准确性，对另外20份独立样品的化学参数进行了测定计算，将其饱和浸提液电导率的实测值与根据方程（3.13）、（3.14）、（3.15）获得的计算值进行了比较分析。其中（3.13）的计算值中有负值出现，因此该方程的准确性较差，在实际工作中不建议使用该方程。将EC e的实测值分别与方程（3.14）、（3.15）的计算值进行比较分析。成对样本T检验表明，实测值与两方程的计算值之间均不存在显著差异（p＞0.05），即，可以认为实测值与计算值来源于同一样本。

图3.11　松嫩平原盐渍土EC e与EC1∶5的关系

将实测值分别与式（3.14）和式（3.15）的计算值进行回归分析。结果表明：方程（3.14）的计算值（y）与实测值（x）间存在极显著的线性递增关系，其方程为：y=1.12x+0.33（r2=0.95，p＜0.01）（见图3.12）；方程（3.15）的（y）与实测值（x）间也存在极显著的线性递增关系，其方程为：y=1.13x+0.33（r2= 0.95，p＜0.01）（见图3.13）。

比较图3.12和图3.13，两回归方程的决定系数（r2）同为0.95，斜率1.12与1.13几乎相等，常数项都为0.33。因此，方程（3.14）的预测效果与方程（3.15）的预测效果可以认为是相同的。因此，方程（3.14）和（3.15）都可以用于饱和浸提液与1∶5浸提液间电导率的换算。

图3.12　土壤EC e计算值（EC e=10.88EC1∶5）与实测值的关系

图3.13　EC e计算值（EC e≈11.00EC1∶5）与实测值间关系

2.饱和浸提液与1∶5浸提液间钠吸附比关系方程及验证

由图3.14可知，饱和浸提液钠吸附比与土水比1∶5浸提液钠吸附比间存在极显著线性递增关系，二者的拟合方程为：

同样，由于公式（3.16）常数项为负数，当1∶5浸提液的钠吸附比小于7.24（mmolc·L-1）1/2时，计算得到的饱和浸提液钠吸附比将为负值。因此，将常数项调整为零，方程变为：

在方程（3.17）中，斜率13.19与13.00十分接近，因此，简单起见，可以将方程（3.17）写成：

图3.14　松嫩平原盐渍土SAR e和SAR1∶5的关系

将20份独立土样的1∶5浸提液钠吸附比测定值分别代人方程（3.16）、（3.17）、（3.18），得到SAR e的计算值。将SAR e的实测值与这些计算值进行比较分析。其中（3.16）的计算值中有负值出现，因此该方程的准确性较差，在实际工作中不建议使用该方程。将SAR e的实测值分别与方程（3.17）、（3.18）的计算值进行比较分析。成对样本T检验表明，实测值与两方程的计算值之间均不存在显著差异（p＞0.05），即可以认为实测值与计算值来源于同一样本。同样，回归分析发现：方程（3.17）的计算值与实测值间存在极显著的线性递增关系，其方程为：y=1.07x+14.20（r2=0.96，p＜0.001）（见图3.15）；方程（3.18）的计算值与实测值间也存在极显著的线性递增关系，其方程为：y=1.06x+14.00（r2=0.96，p＜0.001）（见图3.16）。由图3.15和3.16可知，两回归方程的决定系数（r2）均为0.96，但1.06和14.00分别略小于1.07和14.20，因此，方程（3.18）的预测结果略好于方程（3.17）。因此，在实际工作中可以测定土壤土水比1∶5浸提液SAR后，直接用方程（3.18），即SAR e≈13.00SAR1∶5来推算土壤饱和浸提液的SAR。

图3.15　SAR e计算值（SAR e=13.19SAR1∶5）与实测值的关系

图3.16　SAR e计算值（SAR e≈13.00SAR1∶5）与实测值的关系

3.饱和浸提液与1∶5浸提液间阳离子浓度回归分析

饱和浸提液阳离子总浓度（TCC e）和1∶5浸提液阳离子总浓度（TCC1∶5）的关系如图3.17所示。由图3.17可知，TCC e随TCC1∶5的升高而升高。

图3.17　土壤TCC e与TCC1∶5的关系

根据散点图形状，TCC e与TCC1∶5间可进行直线拟合，即

在方程（3.20）中，斜率11.02与11.00十分接近，因此，简单起见，可将方程（3.20）写成：

将20份土样1∶5浸提液的阳离子总浓度数据分别代人方程（3.19）、（3.20）和（3.21），其中式（3.19）的计算值中有负值出现。因此，将实测值分别与式（3.20）和式（3.21）求得的计算值进行比较。成对样本T检验表明，计算值与实测值间差异不显著（p＞0.05.）。方程（3.20）计算值（y）与实测值（x）间的回归方程为：y=0.97x+17.00（r2=0.97，p＜0.01）（见图3.18）；方程（3.21）计算值（y）与实测值（x）间的回归方程为：y=0.97x+ 16.95（r2=0.97，p＜0.01）（见图3.19）。由此可见，式（3.21）的预测结果略好于式（3.20）。所以，实际工作中可以应用式（3.21）来推算土壤的TCC e。

图3.18　土壤TCC e计算值（TCC e=11.02TCC1∶5）与实测值的关系

图3.19　土壤TCC e计算值（TCC e≈11.00TCC1∶5）与实测值的关系

饱和浸提液Na+离子浓度（y）和1∶5浸提液的Na+浓度（x）间存在极显著的线性递增关系（见图3.20），其拟合的直线回归方程为：

在方程（3.23）中，斜率11.73与12.00十分接近，因此，简单起见，可将方程（3.23）写成：

图3.20　饱和浸提液Na+浓度与1∶5浸提液Na+浓度的关系

将20份土样1∶5浸提液的Na+浓度数据分别代人方程（3.22）、（3.23）和（3.24），其中式（3.22）的计算值中有负值出现。因此，将实测值分别与式（3.23）和式（3.24）求得的计算值进行比较。成对样本T检验表明，计算值与实测值间差异不显著（p＞0.05）。方程（3.23）计算值（y）与实测值（x）间的回归方程为：y=x+ 8.13（r2=0.97，p＜0.01）（见图3.21）；方程（3.24）计算值（y）与实测值（x）间的回归方程为：y=1.03x+8.32（r2=0.97，p＜0.01）（见图3.22）。由此可见，式（3.23）的预测结果略好于式（3.24）。同时，尽管式（3.24）的计算值较式（3.23）的计算值略大，但二者十分接近，所以实际工作中可以应用方程（3.24）代替方程（3.23），用于土壤饱和浸提液Na+浓度的推算。

图3.21　土壤饱和浸提液Na+浓度计算值（y=11.73x）与实测值的关系

图3.22　土壤饱和浸提液Na+浓度计算值y≈12.00x与实测值的关系

苏打盐渍土饱和浸提液K+、Ca2+、Mg2+浓度与土水比1∶5浸提液的K+、Ca2+、Mg2+浓度之间的关系分别见图3.23、图3.24和图3.25。通过散点图发现，饱和浸提液K+、Ca2+、Mg2+浓度和土水比1∶5浸提液的K+、Ca2+、Mg2+浓度间不存在相关关系。因此，无法通过测定土壤1∶5浸提液的K+、Ca2+、Mg2+浓度来推算饱和浸提液的K+、Ca2+、Mg2+浓度。这与其他人的研究结果不同（Ozcan et al.，2006；Sonmez et al.，2008）。Ozcan等（2006）的研究结果表明，土壤饱和浸提液Ca2++Mg2+总浓度与土水比1∶5浸提液Ca2++ Mg2+总浓度间存在良好的线性关系，可以通过后者来推算前者；Sonmez等（2008）建立了由土水比1∶5浸提液Ca2+浓度和Mg2+浓度分别推算饱和浸提液Ca2+浓度和Mg2+浓度的经验方程。

图3.23　饱和浸提液K+浓度与土水比1∶5浸提液K+浓度的关系

图3.24　饱和浸提液Ca2+浓度与土水比1∶5浸提液Ca2+浓度的关系

图3.25　饱和浸提液Mg2+浓度与土水比1∶5浸提液Mg2+浓度的关系

Ozcan等和Sonmez等的研究均采用NaCl型盐渍土，因此，土水比1∶5浸提液离子浓度与饱和浸提液离子浓度的差异主要是由稀释作用引起的。而对本研究的苏打盐渍土而言，除稀释作用外，还存在CaCO3和MgCO3的溶解问题。这是本研究结果与Ozcan等和Sonmez等研究结果不相一致的主要原因。

4.饱和浸提液pH与1∶5浸提液pH的关系

土壤饱和浸提液pH（pH s）与土水比1∶5浸提液pH（pH 1∶5）的相互关系如图3.26所示。pH s（y）随pH 1∶5（x）的升高而升高，二者呈线性递增关系，其拟合方程为：

由于7.02＜pH 1∶5＜10.80，故121份土样pH s的计算值变化范围为7.53～10.70，这与pH s实测值的变化幅度7.30～10.79十分接近。这说明该方程的预测准确性较高。

进一步分析发现，pH 1∶5的测定值和pH s的测定值十分接近。将121份土壤样品pH 1∶5的测定值和pH s的测定值进行成对样本T检验，其相伴概率为0.61。因此，在统计学意义上可以将pH 1∶5的测定值与pH s的测定值看作是同一样本，即pH 1∶5的测定值与pH s的测定值间无显著性差异（p＞0.05）。所以，在实际工作中可以用pH 1∶5代替pH s来表示土壤酸碱度。

松嫩平原苏打盐渍土的土壤盐分以NaHCO3和Na2 CO3为主，土壤浸提液的缓冲性很强，以致于土壤浸提液水分状况发生很大变化时其pH变化不大，因此，pH 1∶5的测定值与pH s的测定值相差很小。

图3.26　饱和浸提液pH与1∶5浸提液pH的关系

（三）土壤碱化度（ESP）与SAR的换算关系

1.土壤ESP与SAR e的换算关系方程与验证

由图3.27可见，松嫩平原苏打盐渍土ESP随SAR e的增加而升高，二者间存在显著的线性关系。其拟合方程为：

将20份土样的SAR e代人方程（3.26），得到ESP的计算值。将计算值与实测值进行比较。成对样本T检验表明，实测值与计算值之间无显著差异（p＞0.05），即可以认为实测值与计算值来源于同一样本。尽管如此，但是方程（3.26）中的常数项为-15.36，当SAR e＜4.19时，ESP的推算结果为负数。因此，方程（3.26）仍然存在一定的局限性。

图3.27　松嫩平原盐渍土ESP与SAR e的关系

2.土壤ESP与SAR1∶5的换算关系方程与验证

供试土样的ESP与SAR1∶5的关系如图3.28所示，二者间呈现良好对数关系，其回归方程为：

将20份土样的SAR1∶5代人方程（3.27），得到ESP的计算值。将计算值与实测值进行比较。成对样本T检验表明，实测值与计算值之间无显著性差异（p＞0.05），即可以认为实测值与计算值来源于同一样本。这说明，可以使用式（3.27）进行ESP的推算。

图3.28　土壤ESP与SAR1∶5的关系

三、结论与讨论

本研究中，饱和浸提液与土水比1∶5浸提液的TEC均约为其EC的10倍。这与国内外其他研究结果相一致（USDA，1954；McNeal，1970；Rengasamy，1984；石元春等，1986）。本研究结果表明：在松嫩平原苏打盐渍土地区，可以采用土壤浸提液EC判断土壤盐害程度，国际上通用的以EC e作为判断指标的土壤盐害分级标准及盐渍土分类系统可以在松嫩平原苏打盐渍土上直接应用。

松嫩平原盐渍土饱和浸提液与土水比1∶5浸提液的电导率、Na+浓度间存在极显著线性关系，应用本研究建立的经验方程，可以由土水比1∶5浸提液的测定值估算饱和浸提液的相应数值。同时，作为土壤钠质化（碱化）的重要指标，钠吸附比在两种浸提液间也存在极显著相关关系，饱和浸提液的钠吸附比也可以用土水比1∶5浸提液的钠吸附比进行估算。此结论以往未见报道。事实上，本研究中饱和浸提液Ca2+、Mg2+浓度与土水比1∶5浸提液Ca2+、Mg2+浓度间不存在相关性，因此无法先推求饱和浸提液Ca2+、Mg2+浓度，然后再计算求得饱和浸提液的钠吸附比。虽然土壤饱和浸提液和1∶5浸提液测定结果的差异是由土水比例不同引起的，但两种方法所得参数的比值并非简单的土水比值，饱和浸提液和1∶5浸提液化学参数相关关系还受土壤质地、盐分种类及溶解性等因素影响。

松嫩平原苏打盐渍土的ESP与SAR间呈现对数增长关系。但使用饱和浸提液SAR推算ESP时可能会出现负值，而且土壤饱和浸提液的制备过程比1∶5浸提液的制备过程更加繁琐，因此，在实际工作中应使用SAR1∶5来推算土壤ESP。

松嫩平原盐渍化土壤分布广泛，土壤质地和盐渍化程度空间差异显著。本文实验所用土壤为黏土，所得经验方程在壤质和砂质盐渍土上应用将存在一定误差。在今后的研究中，有必要进一步扩大土壤样品采集范围，增加土壤类型，建立不同质地、不同盐渍化程度的土壤饱和浸提液和1∶5浸提液化学参数换算的经验方程以及SAR推算ESP的经验公式。