Ｈｙｄｒａ土壤測試儀測定現代黃河三角洲的土壤水分與鹽分試驗

劉慶生　李集生　劉高煥　宋創業

摘要土壤水分、鹽分是鹽漬化土壤的2個重要屬性，是進行土壤鹽漬化監測和治理的重要參數。利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀在現代黃河三角洲進行了土壤水分、鹽分測定試驗，結果表明：Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀土壤水分有效測量僅在中度鹽漬化程度以下土壤中適用，對于類似于現代黃河三角洲鹽漬化程度嚴重的地區，利用該儀器進行土壤水分、鹽分監測研究不太適合，其主要原因就是土壤鹽分過高引起土壤水分(WFV)測量出現溢出值。

關鍵詞Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀；土壤水分；土壤鹽分；現代黃河三角洲

中圖分類號S153.6+1文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)01-0161-02

土壤水分、鹽分是土壤鹽漬化監測研究中的2個重要參數。傳統土壤水分、鹽分的測定主要通過野外采樣室內分析的方法，需耗費大量的人力、物力、財力和時間，該方法能夠準確測定采樣點位置處土壤的理化參數，但由于表層土壤水分、鹽分時空變異很大，該方法難以揭示土壤的時空異質性，且測定結果不具有實時性，難以滿足土壤鹽漬化遙感監測準同步測量以及農業對土壤水分、鹽分時空變異狀況的要求。為此，各種便攜式土壤水分、鹽分、電導率快速測定儀迅速發展起來，通過測量土壤電導和電容特性來反演土壤水分和鹽分。Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀就是這樣一種儀器。

黃河三角洲區域總的氣候特點是光照充足，熱量豐富，四季分明，氣溫適中，雨熱同期，風能資源豐富，但降水年內分配不均，且蒸發量大。由于現代黃河三角洲地區成陸時間短，潛水位高，礦化度大，蒸發強烈，加之黃河和平原水庫水側滲、海水頂托和海潮侵襲等，現代黃河三角洲地區的土壤鹽分含量高，不僅原生鹽堿，而且次生鹽漬化日趨加劇。據統計，有近50％以上的土地為不同程度的鹽漬化土，這大大地制約了當地經濟尤其是農業經濟的發展。筆者利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀在黃河三角洲進行土壤水分、鹽分測定試驗，評價其適用性，并揭示其測定值與實驗室水土比5∶1測定的土壤總含鹽量之間的關系。

1材料與方法

供試儀器為Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀，購置于北京澳作生態儀器有限公司，由澳大利亞生產。該儀器可以方便地同時測量出土壤含水量、土壤鹽分、土壤溫度等3個參數。

筆者對2005年4月7日至11月23日期間獲得的布設于現代黃河三角洲的18個長期野外水鹽觀測井的30cm土層的土壤電導率和土壤水吸力數據的研究表明：植物生長末期(9月30日至11月23日)是現代黃河三角洲研究野外實測土壤電導率與土壤水吸力的最佳時期。為此，筆者將本次試驗定在2007年10月15～20日間進行土壤水分、土壤鹽分、土壤電導率測量，共測土壤樣點44個。

測量步驟：每到一點，先利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量0～10cm土層的土壤電導率、土壤水分和鹽分，并記錄在筆記本中，以備回室內進行數據轉換時查證，然后用荷蘭鉆將該0～10cm土層取樣帶回實驗室測量其土壤鹽分(水土比5∶1)、pH值、有機質、全氮、磷、鉀。

2結果與分析

2.1Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量土壤水分溢出現象分析

從Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量讀數表可直接獲得土壤溫度(TC)、水分(WFV)、鹽分(NaCl)和電導率(Soil C)。在野外利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度計測量土壤水分、鹽分、電導率過程中，發現在鹽漬化程度重的土壤中土壤水分出現溢出值，即儀器失效。后經詢問北京澳作生態儀器有限公司技術工程師及生產商得知是因為土壤鹽分過高所致。通過對44個測量點的數據分析發現：只要讀數表NaCl值小于Soil C，所測WFV就會溢出。另外，發現本次所測WFV在正常范圍內的值，其Soil C都小于4dS/m，據此，土壤鹽漬化水平只能是輕度鹽堿化(0～2dS/m，非鹽漬化土；2～4dS/m，鹽漬化土；4～8dS/m，中度鹽土；8～16dS/m，重鹽土；＞16dS/m，極重鹽土)。這表明利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀在鹽漬化程度比較重的地區進行土壤水分、鹽分監測研究并不可行。

2.2Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測量數據與實驗室水土比5∶1土壤總含鹽量關系分析

(1)直接對比WFV與實驗室水土比5∶1土壤總含鹽量(簡稱土壤總含鹽量，以SSC表示)發現：19個位于正常值范圍內的WFV測量值，其中17個的土壤總含鹽量位于0.44～4.87g/kg，另外2個的土壤總含鹽量分別為11.47g/kg和12.47g/kg；21個溢出的WFV測量值，其土壤總含鹽量位于8.49～25.49g/kg。按照土壤總含鹽量劃分土壤鹽漬化的標準(＜1g/kg，非鹽漬化土；1～2g/kg，輕度鹽漬化土；2～4g/kg，中度鹽漬化土；4～8g/kg，重度鹽漬化土；8～15g/kg，輕度鹽土；15～30g/kg，中度鹽土；>30g/kg，重度鹽土)，Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀土壤水分有效測量僅在中度鹽漬化程度以下土壤中適用，這對于現代黃河三角洲鹽漬化程度嚴重的地區進行土壤水分、鹽分監測研究顯然不太適合。

(2)從17個土壤總含鹽量位于0.44～4.87g/kg的WFV測量值正常的樣品中剔除2個測量值波動較大的樣品，研究剩余的15個樣品土壤鹽分(NaCl)與土壤總含鹽量關系，結果發現它們之間呈正相關關系：土壤總含鹽量= -0.366+4.309×土壤鹽分(NaCl)，R²=0.762(見圖1)。

(3)由圖2可知，土壤水分相同時(3條粗斜箭頭線分別代表WFV等于0.355、0.370、0.430)，隨著土壤電導率的增加土壤總含鹽量增加，其呈明顯正相關關系；土壤水分增加如圖2中粗斜向下箭頭線所示時，隨著土壤電導率增加土壤總含鹽量逐漸減小，其呈明顯負相關關系；土壤水分增加如圖2中粗斜向上線所示時，隨著土壤電導率增加土壤總含鹽量逐漸增加；而土壤水分增加如圖2中細橫箭頭線所示時，盡管土壤電導率大幅增加但土壤總含鹽量幾乎保持不變；圖2中細豎線表征了土壤電導率保持不變時，隨著土壤水分減少，土壤總含鹽量逐漸變大。

3結論與討論

通過2007年10月15～20日間利用Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀測定現代黃河三角洲土壤水分、鹽分、電導率試驗研究發現：Hydra土壤水分/鹽分/溫度測試儀土壤水分有效測量僅在中度鹽漬化程度以下土壤中適用，對于類似于現代黃河三角洲鹽漬化程度嚴重的地區利用該儀器進行土壤水鹽監測研究不太適合，其主要原因就是土壤鹽分過高導致土壤水分(WFV)測量出現溢出值。對于中度鹽漬化程度以下土壤，該儀器所測土壤鹽分與實驗室水土比5∶1所測土壤總含鹽量呈線性正相關關系，可根據它們之間的關系式將所測土壤鹽分換算成土壤總含鹽量。

該儀器所測土壤電導率、土壤水分與實驗室所測土壤總含鹽量之間的關系符合土壤水鹽的一般規律，即土壤水分相同時，隨著土壤電導率增加土壤總含鹽量增加；土壤電導率相同時，隨著土壤水分增加，土壤總含鹽量逐漸減小；土壤水分和土壤電導率同時增加，當其符合圖2中粗斜向上線所示時(土壤水分增加幅度小于土壤電導率增加幅度)，土壤總含鹽量變大，是由于土壤可溶性離子增加較多使土壤可溶性離子濃度升高，因而土壤總含鹽量變大；土壤水分和土壤電導率同時增加，當其符合圖2中粗斜向下箭頭線所示時(土壤水分增加幅度遠大于土壤電導率增加幅度)，土壤總含鹽量減少，是由于土壤可溶性離子增加有限，其濃度降低更快，因而土壤總含鹽量減小，其實這也是鹽堿地治理中大水壓鹽的原理；土壤水分和土壤電導率同時增加，當其符合圖2中細橫箭頭線所示時(土壤水分增加幅度與土壤電導率增加幅度相當)，盡管土壤電導率增加但土壤總含鹽量幾乎保持不變，這是由于土壤可溶性離子緩慢增加不會使土壤可溶性離子濃度降低，因而土壤總含鹽量幾乎保持不變。其定量關系可由圖2中右上三角推算，土壤水分和土壤電導率增加，當土壤水分增加量與土壤電導率增加量的比值約為0.794時土壤總含鹽量基本保持不變，當該比值大于0.794時，土壤總含鹽量下降，當該比值小于0.794時，土壤總含鹽量不降反升。上述分析表明，土壤水鹽存在著動態平衡，土壤水分的增加有可能使土壤總含鹽量降低、保持不變，也有可能使其不降反升，這與土壤水分增加和土壤電導率增加之間的相互平衡制約有關。

當然，以上結論僅是基于對Hydra土壤水分/鹽分/溫度計和實驗室水土比5∶1時所測數據所做，更為詳細精確的結果和解釋還有待增加統計數據量和進一步深入研究給出。

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