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hm，堿土1.6萬hm。另據(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14.8萬hm2,占灌區(qū)耕地總面積的33.5%。針對于此,寧夏自治區(qū)政府近年提出百萬畝鹽堿地改良和引黃灌區(qū)百萬畝中低產(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。要做好此項工作,首要任務是要測定土壤鹽分含量及其組成,為制定有針對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定以往雖做了大量工作,但還存在兩大問題:一是土壤水溶鹽含量的測定方法不統(tǒng)一,各年度各地測定的結(jié)果互比性差。早期采用的是殘渣烘干法,被認為是比較準確的方法,但測定過程煩瑣、費時,不適合批量樣品的快速測定。從第二次土壤普查開始多數(shù)采用了電導法,方法簡便快速,且隨著電導儀改進為電導率儀,溫度、電極常數(shù)的校正直接在儀器上補償,使電導法的應用更為普遍,但在寧夏地區(qū)缺乏水溶鹽含量與其電導率之間相關(guān)性的研究,常采用經(jīng)驗公式來換算,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,對于制定有針對性地改良方案具有重要意義。故本試驗將系統(tǒng)研究寧夏不同類型鹽漬化土壤含鹽量與電導率之間的定量關(guān)系,為今后快速測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,其中包括鹽土45個、鹽漬化土壤62個、非鹽漬化土壤34個。采樣方法是每個采樣點采用9點取混合樣。樣品帶回實驗室自然風干,用木棒碾碎,通過1mm篩,盛于廣口瓶中備用。測試項目:pH、電導率、水溶性鹽總量及其8種鹽離子。待測液制備:采用5∶1水土比,稱取過1mm篩風干土樣30.00g,放入振蕩瓶中,加無CO2蒸餾水150ml,蓋好瓶塞,在振蕩機上振蕩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,同時用少量水濕潤濾紙,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。電導率測定:取土壤浸提液50ml,放入100ml小燒杯中,用電導率儀(DDS-12A型)測定。土壤水溶性鹽總量測定:采用殘渣烘干法,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,使殘渣濕潤,繼續(xù)蒸干,如此反復用H2O2處理,使有機質(zhì)完全氧化為止,此時干殘渣全為白色,蒸干后殘渣和皿放在105℃～110℃烘箱中烘干1～2h,至恒重,冷卻后稱重,計算土壤水溶性鹽總量。鹽離子測定:土壤浸提液中8種陰陽離子含量的測定方法分別為: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。采用殘渣烘干法測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看,供試土壤陽離子組成中以鈉離子含量最高,約占陽離子的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率之間的關(guān)系,首先需對供試土壤樣品鹽分組成類型進行劃分。關(guān)于鹽分組成類型劃分的依據(jù)與標準,前人已進行了大量研究,綜合來看劃分依據(jù)基本一致,是根據(jù)易溶鹽對植物危害程度的不同,按照鹽分組成中陰陽離子厘摩爾比來劃分,但劃分標準的研究結(jié)果不盡一致。本文根據(jù)前人的研究結(jié)果和寧夏實際,對供試土壤樣品鹽分組成類型進行了劃分研究(表2、3)。從陰離子厘摩爾比來看(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%。從陽離子厘摩爾比來看(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,且劃分標準是本研究根據(jù)寧夏實際新提出的。2.3鹽漬化土壤性質(zhì)的數(shù)據(jù)分析首先,以土壤浸提液電導率(水土比=5∶1)為橫坐標(x),殘渣烘干法土壤水溶鹽含量為縱坐標(y),對所有土樣(141個)測試結(jié)果作散點圖(圖1)。然后,進行函數(shù)模型選擇和統(tǒng)計分析。根據(jù)散點圖形狀,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)和對數(shù)式(y=aLnx+b),進行回歸統(tǒng)計分析,配置方程,并進行了方程擬合性檢驗(表4)。結(jié)果表明,供試鹽漬化土壤浸提液電導率與其殘渣烘干法土壤水溶鹽含量之間的關(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、理論值與實測值的相關(guān)系數(shù)綜合來看,一元二次式擬合性最好,對數(shù)式擬合性最差。同理,針對不同類型鹽漬化土壤分別進行統(tǒng)計分析,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。應用最優(yōu)函數(shù)模型,可制定土壤鹽化程度的分級指標。如當采用水土比為5∶1,電導率法測定土壤浸提液,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率值的對應關(guān)系(表6),用以判斷土壤鹽漬化程度。如已測得土壤浸提液電導率(水∶土=5∶1),可應用最優(yōu)函數(shù)模型計算土壤水溶性鹽含量,這樣可大大提高批量樣品的測試速度和準確度。2.4電導率法、離子地震法水溶鹽含量的相關(guān)性針對供試土樣,分別采用殘渣烘干法、電導率法和離子求和法測定了水溶鹽含量(表7)。結(jié)果表明,電導率法、離子求和法測定的土壤水溶鹽含量較殘渣烘干法低,分別低10.95%、18.52%。相關(guān)分析結(jié)果表明,電導率法、離子求和法水溶鹽含量與殘渣烘干法水溶鹽含量之間均達極顯著正相關(guān)(r=0.9037**,0.9325**),而電導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,但也達極顯著正相關(guān)(r=0.8838**)。故欲達快速測定之目的,采用電導率法測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,雖然電導率法土壤水溶鹽含量、離子求和法水溶鹽含量與殘渣烘干法水溶鹽含量之間呈極顯著正相關(guān),但前兩種方法測定的土壤水溶鹽含量較殘渣烘干法水溶鹽含量低,故需對前兩種方法測定的土壤水溶鹽含量進行校正。通過進一步回歸分析表明,電導率法土壤水溶鹽含量、離子求和法水溶鹽含量與殘渣烘干法水溶鹽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),當采用電導率法測定了土壤水溶鹽含量后,可采用電導率法土壤水溶鹽含量與殘渣烘干法水溶鹽含量之間的關(guān)系方程(y=-0.0138x2+1.3629x+0.1802,r=0.919**)對其進行校正;當采用離子求和法測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渣烘干法水溶鹽含量之間的關(guān)系方程(y=-0.0138x2+1.7322x-2.4397,r=0.936**)對其進行校正。這樣,經(jīng)過校正后的土壤水溶鹽含量接近于殘渣烘干法土壤水溶鹽含量。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)常測試土壤含鹽量,故簡便快速而又準確的測試方法的確定十分重要。標準方法是殘渣烘干法,但測定過程復雜費時,遇到批量樣品時效性較差。電導率法雖簡單快速,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渣烘干法水溶鹽含量與其一定水土比下電導率之間的關(guān)系,即可直接采用電導率法測定土壤水溶鹽含量,大大提高工作效率。通過采樣測定寧夏不同類型鹽漬化土壤鹽分含量、組成及電導率,并進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。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,總體來看,其水溶性鹽組成中陽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準,采用此標準對供試土壤鹽分組成類型進行了劃分,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;從陽離子厘摩爾比來看,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率之間的回歸關(guān)系。采用殘渣烘干法測定了供試土壤水溶鹽含量,同時采用電導率法測定了土壤浸提液(水土比5∶1)電導率,通過回歸分析,從5種函數(shù)模式中篩選出土壤浸提液電導率與其殘渣烘干法水溶鹽含量之間的最優(yōu)函數(shù)模型。對于寧夏地區(qū)土壤而言,采樣測定土壤浸提液電導率(水土比=5∶1)后,當不區(qū)分土壤鹽分類型時,可采用二次式(通式)y=0.1609x2+2.9176x-0.0141求解土壤含鹽量;當已知土壤鹽分類型時,有針對性地選用不同鹽分類型最優(yōu)回歸式計算。4)提出了電導率法水溶鹽含量校正為殘渣烘干法水溶鹽含量的關(guān)系式。相關(guān)分析表明,雖然電導率法水溶鹽含量、離子求和法水溶鹽含量與殘渣烘干法水溶鹽含量之間呈極顯著