摘要

[目的]為認(rèn)識銀北地區(qū)鹽化土壤形成規(guī)律，指導(dǎo)鹽化土壤的施肥與改良利用。[方法]選取了銀北典型的鹽化土壤剖面，分析了100cm深度內(nèi)pH、全鹽、交換性Ca、Mg、Na、K，水溶鹽中的Ca2+、Mg2+、Na+、K+、、CO2-3、HCO-3、Cl-、SO2-4在土壤剖面中的垂直分布特征。對各交換性陽離子之間、交換性陽離子與土壤堿化度（ESP）、鈉吸附比（SAR）、pH和總堿度等堿化參數(shù)之間以及交換性陽離子與土壤水溶鹽中的陰陽離子的相關(guān)性進(jìn)行了統(tǒng)計分析。[結(jié)果]交換性Na與各堿化參數(shù)之間具有顯著的相關(guān)性，SO2-4和Cl-是惠農(nóng)燕子墩鹽化土壤可溶鹽陰離子的主要成分，Na+和Ca2+ 是可溶鹽陽離子的主要成分。[結(jié)論]0～60 cm土層是交換性鈉和水溶鹽離子的集中分布層，因此該層既是銀北鹽化土壤研究的重點，也是土壤改良需要著重考慮的對象。

關(guān)鍵詞 鹽化土壤;交換性陽離子;水溶鹽離子

中圖分類號 S156.4 "文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A "文章編號 0517-6611（2014）32-11304-03

Exchangeable Cations and Dissoluble Ions of Saline Soil in Yinbei Area

LI Shuling1， YANG Jianguo2* ，WANG Xiaojing1 et al "（1.Supervision and Testing Center for Lycium Quality， Ministry of Agriculture， Yinchuan， Ningxia 750002; 2.Institute of Agricultural Resources and Environment ， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences ， Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract [Objective]The research aimed to know saline soil forming rule in Yinbei area， guide fertilization and improve utilization of saline soil.[Method] Vertical distribution characteristics of soil exchangeable Ca， Mg， Na and K in saline soil were described. Correlations among exchangeable Ca，Mg，Na and K， correlations between exchangeable cations and soil ESP， SAR， pH and total alkalinity， correlations between exchangeable cations and dissoluble ions（Ca2+，Mg2+，Na+，K+ ，CO2-3，HCO-3，Cl- and SO2-4 ） were studied. [Result]Correlations between exchangeable Na+ and alkalization parameters including exchange sodium percentage （ESP），sodium adsorption ratio （SAR），total alkalinity were all significant. [Conclusion]The maximum content of exchangeable Na+ and dissoluble ions located at 0-60 cm depth in the soil profile. So this soil layer was the focus of study and soil amelioration.

Key words Saline soil; "Exchangeable cation; "Dissoluble ions

土壤交換性能對植物營養(yǎng)和施肥有較大作用。它能調(diào)節(jié)土壤溶液的濃度，保持土壤溶液成分的多樣性和平衡性，還可以保持養(yǎng)分免于被雨水淋失[1]。陽離子交換作用是土壤中普遍存在的現(xiàn)象。它是最重要的化學(xué)性質(zhì)之一，是土壤具有供應(yīng)、保蓄養(yǎng)分元素，對污染物有一定自凈能力和環(huán)境容量的根本原因[2-3]。寧夏銀北地區(qū)地處銀川平原的北部，位于寧夏引黃灌區(qū)下游，水資源相對缺乏，加之地勢平緩，排水條件差，地下水位較高，造成面積較大的鹽堿荒地。銀北灌區(qū)凈耕地面積僅15萬hm2，但還有15多萬hm2宜墾荒地（主要是鹽堿地），對其進(jìn)行改良利用，對于改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境、提高糧食安全有重要意義[4-5]。研究當(dāng)?shù)佧}化土壤交換性陽離子分布規(guī)律，對認(rèn)識土壤鹽化過程，指導(dǎo)土壤施肥與改良利用均有重要意義。筆者對當(dāng)?shù)夭煌}化土壤交換性陽離子及水溶鹽離子的剖面分布特征、變化規(guī)律與相關(guān)性進(jìn)行了分析，以期為認(rèn)識當(dāng)?shù)佧}化土壤形成規(guī)律，指導(dǎo)鹽化土壤的施肥與改良利用提供必要的支持與借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試土樣

鹽化土壤采自惠農(nóng)縣燕子墩鄉(xiāng)，位于N 39°4′，E 106°33′。在2013年10月上旬采樣，選取非鹽化土壤、輕鹽化土壤、中度鹽化土壤、重度鹽化土壤、鹽土11個剖面，分別取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土樣。將采回的土壤在避光、通風(fēng)處陰干，揀去動植物殘體和石塊，粉碎過篩，備用。

1.2 測試項目

交換性鉀、鈉、鈣、鎂都用濃度70%乙醇洗鹽，0.1 mol/L氯化銨-濃度70%乙醇溶液交換，鉀、鈉用火焰光度法測定，鈣、鎂用原子吸收光譜法測定（石灰性土壤交換性鹽基及總量的測定LY/T 16152008）。

pH、全鹽均用5∶1水土比，巴氏濾管抽濾制得的清液測定，其中pH用電位法測定，全鹽用電導(dǎo)率儀測定。水溶鹽中碳酸根、碳酸氫根用稀硫酸中和滴定，硫酸根用陽離子樹脂交換，四硼酸鈉中和滴定，氯離子用硝酸銀滴定。鉀離子、鈉離子測定用火焰光度計，鈣離子、鎂離子用EDTA絡(luò)合滴定。

根據(jù)以上測定結(jié)果，對堿化度（ESP）、鈉吸附比（SAR）和總堿度等堿化參數(shù)進(jìn)行計算[6-7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 惠農(nóng)燕子墩鄉(xiāng)不同鹽化土壤pH、全鹽含量及變化特點 按照pH、全鹽含量來粗略劃分，pHlt;8.5，全鹽1～3、3～6、6～9、gt;9 g/kg分別劃分為輕、中、重度鹽化土及鹽土。從表1可以看出，隨著采樣深度的增加，不同類型的鹽化土壤pH增加，全鹽含量降低。由于土樣采于10月上旬，無降水，蒸發(fā)強烈，所以鹽分表聚?；蒉r(nóng)燕子墩鄉(xiāng)的鹽化土壤pH、堿化度都不高，但含鹽量很高。非鹽化土壤種植小麥，輕度鹽化土壤種植玉米，中度鹽化土壤種植油葵，重度鹽化土壤及鹽土生長著耐鹽的植物如芨芨草、鹽蒿等。

2.2 不同鹽化土壤0～20 cm土層交換性Na、K、Ca、Mg的含量特征

從表2可以看出，在惠農(nóng)燕子墩，從非鹽化土到鹽土，交換性Na含量為0.48 ～5.00 com/kg，占交換性鹽基總量0.70%～11.7%;交換性K含量為0.38%～0.77 cmol/kg，占交換性鹽基總量0.5%～1.6%;交換性Ca含量為27.4～64.1 cmol/kg，占交換性鹽基總量64.3%～91.5%;交換性Mg含量為5.12～9.52 cmol/kg，占交換性鹽基總量7.3%～22.3%，即鹽化土壤交換性鹽基以交換性Ca和交換性Mg為主，交換性Na、K、 Mg含量隨著含鹽量的增加而增加，交換性Ca含量隨著含鹽量的增加而減少。

表1 不同鹽化土壤pH、電導(dǎo)率、全鹽及堿化度（按從表層到底層的順序）

采樣地點鹽堿土類型pH電導(dǎo)率∥mS/cm全鹽∥g/kg堿化度∥%

惠農(nóng)燕子墩非鹽化土 8.16～8.350.33～0.251.17～0.910.7～1.1

惠農(nóng)燕子墩輕度鹽化土7.76～8.300.78～0.282.40～0.990.6～1.9

惠農(nóng)燕子墩中度鹽化土8.02～8.391.32～0.623.97～1.944.2～5.9

惠農(nóng)燕子墩重度鹽化土7.79～8.462.80～0.508.37～1.621.9～6.2

惠農(nóng)燕子墩鹽土 " 8.19～8.2912.00～5.2036.30～16.108.0～18.6

表2 不同鹽化土壤0～20 cm土層交換性Na、K、Ca、Mg的含量

采樣

地點鹽化土壤

類型交換性Na

含量

cmol/kg交換K

含量

cmol/kg交換性Ca

含量

cmol/kg交換性Mg

含量

cmol/kg交換性

鹽基總量

cmol/kg堿化度

%交換性K占總

量百分比

%交換性Ca占總

量百分比

%交換性Mg占總

量百分比

%

燕子墩非鹽化土0.480.3864.15.1270.080.700.5091.57.3

燕子墩輕度鹽化土0.700.4335.05.3541.481.71.084.412.9

燕子墩中度鹽化土2.500.6847.07.6057.784.31.281.313.2

燕子墩重度鹽化土1.540.7747.06.1055.412.81.484.811.0

燕子墩鹽土5.000.6927.49.5242.6111.71.664.322.3

2.3 不同鹽化土壤交換性Na、K、Ca、Mg的垂直分布特征

對交換性Na進(jìn)行測定，可以了解土壤是否發(fā)生堿化，并且確定其堿化程度和對土壤理化性質(zhì)的影響，也為土壤分類和土壤改良提供依據(jù)。交換性Na在鹽土剖面中呈現(xiàn)“高-低-高”的變化特征，在輕、中、重度鹽化土剖面中呈現(xiàn)“低-高-低”的變化特征。

交換性Ca和Mg是土壤中的主要交換性鹽基離子，其含量高低直接反映土壤供應(yīng)Ca、Mg的能力。土壤交換Ca含量均遠(yuǎn)高于交換性Mg，鹽化土壤各土層Ca交換量為25～65 cmol/kg，各土層Mg交換量多在4～9 cmol/kg之間。

從表3可以看出，鹽化土壤交換性Ca占交換性鹽基總量的比例變化于48.1%～87.1%之間，交換性Mg占交換性鹽基總量的比例變化于10.5%～32.2%之間，交換性K最少，占交換性鹽基總量的0.6%～2.1%。因而，交換性Ca在交換性鹽基中占有絕對優(yōu)勢。有研究表明，當(dāng)土壤pH在6.5以上時，交換性Mg含量降低;當(dāng)pH達(dá)到7.5以上時，土壤中原有交換性Mg的一半以上轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙粨Q態(tài)[8]。而供試土壤的pH都在7.7以上。這可能是造成這些土壤交換性Mg含量較低的一個重要原因。

土壤交換性Ca/Mg比值的大小不僅可以反映土壤生態(tài)過程的變化和鈣鎂的生物有效性，而且會對K等其他養(yǎng)分的生物有效性產(chǎn)生較大的影響[9]。由于Ca和Mg為互補離子，交換性Ca/Mg的比值是研究兩元素有效度的一個重要指標(biāo)。從表3可以看出，鹽化土壤交換性Ca/Mg比值為1.5～8.3，除鹽土外，輕、中、重度鹽化土及堿化土都表現(xiàn)出0～20 cm交換性Ca/Mg比值較大，20～80 cm Ca/Mg比值降低，80～100 cm Ca/Mg比值升高，即在土壤剖面上Ca/Mg比值呈現(xiàn)“高-低-高”的變化趨勢，與交換性Ca的變化趨勢具有一定的相似性，而與Mg的變化特征相反。這反映出Ca/Mg比值與交換性Ca呈正比，而與交換性Mg呈反比的特點。供試土壤交換性K含量普遍較低，一般在0.8 cmol/kg以下。

表3 垂直剖面不同深度鹽化土壤交換性Na、K、Ca、Mg的含量及Ca/Mg比值

土壤類別采樣深度

cm交換性Na

cmol/kg交換性K

cmol/kg交換性Ca

cmol/kg交換性Mg

cmol/kg鹽基總量

cmol/kg堿化度

%交換性Ca

比例∥%交換性Mg

比例∥%交換性K

比例∥%交換性

Ca/Mg

輕鹽漬化土0～200.800.4947.86.5055.591.486.011.70.97.35

20～400.980.4535.66.2543.282.382.314.41.05.70

40～600.910.3829.74.9835.972.582.613.81.15.96

60～800.740.3725.44.3630.872.482.314.11.25.83

80～1000.390.2928.03.4732.151.287.110.80.98.07

非鹽漬化土0～200.480.3864.15.1270.080.791.57.30.512.52

20～400.540.2942.05.6948.521.186.611.70.67.38

40～600.390.2431.73.7136.041.188.010.30.78.54

60～800.330.4142.54.4547.690.789.19.30.99.55

80～1000.330.4746.25.7152.710.687.610.80.98.09

中鹽漬化土0～202.500.6847.07.6057.784.381.313.21.26.18

20～402.720.6144.26.9954.525.081.112.81.16.32

40～603.040.5840.37.4951.415.978.414.61.15.38

接下表

續(xù)表3

土壤類別采樣深度

cm交換性Na

cmol/kg交換性K

cmol/kg交換性Ca

cmol/kg交換性Mg

cmol/kg鹽基總量

cmol/kg堿化度

%交換性Ca

比例∥%交換性Mg

比例∥%交換性K

比例∥%交換性

Ca/Mg

60～803.040.6660.08.4872.184.283.111.70.97.08

80～1003.370.6156.38.0068.284.982.511.70.97.04

重鹽漬化土0～201.540.7747.06.1055.412.884.811.01.47.70

20～403.480.7045.07.2056.386.279.812.81.26.25

40～601.700.5440.66.2549.093.582.712.71.16.50

60～801.440.5452.66.9361.512.385.511.30.97.59

80～1001.220.5256.36.7864.821.986.910.50.88.30

鹽土0～205.220.6314.39.5929.7417.648.132.22.11.49

20～404.680.5120.47.1432.7314.362.321.81.62.86

40～604.780.5550.88.3364.467.478.812.90.96.10

60～803.810.5251.98.6564.885.980.013.30.86.00

80～1004.460.5044.98.9258.787.676.415.20.95.03

2.4 鹽化土交換性陽離子相關(guān)性分析

2.4.1 交換性陽離子之間的相關(guān)性分析。分別對鹽化土壤交換性陽離子進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到各交換性陽離子之間的相關(guān)系數(shù)。從表4可以看出，除Ca和K外，各陽離子之間具有0.05水平顯著的相關(guān)性。從元素的基本生物地球化學(xué)屬性來看，Na和K同是堿金屬元素，在化學(xué)周期表中位于ⅠA族[10]。原子序數(shù)分別為11和19，離子半徑分別為0.098和0.133 nm，離子水合半徑分別為0.790和0.537 nm。兩元素離子半徑相近，化合價相同，在化學(xué)性質(zhì)上具有相似性，因而二者之間具有顯著的相關(guān)性。Ca和Mg同屬堿土金屬，在元素周期表中同位于ⅡA族，原子序數(shù)分別為20和12，離子半徑分別為99和65 pm，電負(fù)性分別為1.0和1.2，原子的第一電離能分別為590和738 kJ/mol，電子親和能力分別為150和230 kJ/mol[11]。兩元素在化學(xué)性質(zhì)上具有許多相似性，因而交換性Ca和Mg之間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系。而鈉和鎂在元素周期表中處于相鄰位置，離子半徑的相近性可能是導(dǎo)致其相互之間顯著相關(guān)的重要原因[12]。

表4 交換性陽離子相關(guān)系數(shù)矩陣

離子 CaMgNaK

Ca1.0000.315*-0.490**0.147

Mg0.315*1.0000.554**0.722**

Na-0.490**0.554**1.0000.462**

K0.1470.722**0.462**1.000

注：**表示在0.01水平顯著相關(guān)。樣本數(shù)n=55。

2.4.2 交換性陽離子與堿化參數(shù)的相關(guān)性。分別對各交換性陽離子與土壤堿化參數(shù)包括ESP、SAR、pH和總堿度進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到交換性陽離子與堿化參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)。

從表5可以看出，交換性Na、交換性Ca除與土壤pH外，與各堿化參數(shù)之間均具有0.01水平顯著的相關(guān)性，表明交換性Ca、交換性Na對銀北鹽堿土的基本化學(xué)參數(shù)均有重要的影響作用。交換性鉀與各堿化參數(shù)之間的相關(guān)性不明顯。這可能與土壤中交換性鉀含量較小有關(guān)。

2.4.3 可溶性鹽分離子與交換性陽離子的相關(guān)性分析。土壤溶液中的陽離子與被土壤膠體吸附的交換性陽離子之間處于一種動態(tài)的吸附與解吸平衡，因此可溶性鹽分離子Ca2+、Mg2+、Na+、K+離子與相應(yīng)的交換性Ca2+、Mg、Na、K之間均是0.05水平顯著相關(guān)。

表5 交換性陽離子與堿化參數(shù)的相關(guān)性

項目ESPSARpH總堿度

Ca-0.661**-0.485**0.0950.552**

Mg0.413**0.295*-0.065-0.117

Na0.944**0.673**-0.212-0.554**

K0.3170.433*-0.079-0.204

注：**表示在0.01水平顯著相關(guān);*表示在0.05水平顯著相關(guān)。樣本數(shù)n=55。

從表6可以看出，交換性Na、交換性Ca與除CO2-3外所有的可溶性鹽分離子呈0.01水平顯著相關(guān)，交換性K除與CO2-3、HCO-3外，與其余6種可溶鹽分離子呈0.01水平顯著相關(guān)。在可溶鹽中，陰離子以Cl- 和SO2-4為主，陽離子以Na+ 和Ca2+為主。銀北鹽化土壤交換性陽離子與可溶性陰陽離子之間具有顯著的相關(guān)性，一方面說明銀北鹽化土壤化學(xué)反應(yīng)與平衡的復(fù)雜性，另一方面為充分探討銀北鹽化土壤的機理，也需要深入研究交換性離子與可溶性離子之間的關(guān)系。

表6 銀北鹽化土壤可溶性陰陽離子同交換性陽離子的相關(guān)系數(shù)矩陣

離子Ca2+Mg2+Na+K+CO2-3HCO-3Cl-SO2-4

E.X.Ca -0.387**-0.526**-0.531**-0.390**/0.569**-0.559**-0.526**

E.X.Mg0.2630.392**0.286*0.347*/-0.1100.308*0.326*

E.X.Na0.465**0.551**0.631**0.475**/-0.537**0.603**0.639**

E.X.K0.468**0.415**0.434**0.629**/-0.2200.381**0.520**

注：**表示在0.01水平顯著相關(guān);*表示在0.05水平顯著相關(guān)。E.X 表示交換性離子。樣本數(shù)n=55。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) " " " " " " " " " " " " 2014年

3 結(jié)論

銀川以北、惠農(nóng)縣燕子墩鄉(xiāng)一帶的土壤是以硫酸鹽和氯化物為主的鹽化土，其土壤pH、堿化度都不高，但全鹽含量很高。鹽化土壤交換性鈣/鎂比值1.5～8.3，土壤pH高，可能是造成其交換性鎂含量較低的一個重要原因。除Ca和K