【灌溉水的碱害指标及其与土壤碱化的关系】
在灌溉农业的研究中，对灌溉水质的评价是一项重要内容。评价灌溉水质常用的指标有：盐害指标，以灌溉水的全盐量(EC)为其区分标准；碱害指标，以钠吸附比为其区分标准；以及其他毒性离子(包括Na，Cl，B)的其他微量元素。此外，尚有
、
和H+浓度等。
就会和土壤中的C2+反应形成CaCO2沉淀，这样虽然会降低土壤的总盐度，但会相对增大土壤溶液的Na+浓度，而使SAR增加。对于如何预报CaCO3沉淀的数量，Langelier在研究炊具底部CaCO3沉淀时提出了一种简单的方法，即饱和度指标(简称SI)。Ayers和Westcat认为，土壤溶液中除Ca2+外，Mg2+也可以因沉淀而增大Na+的相对浓度。盐浓度、重碳酸盐和二氧化碳的综合影响：Suarez认为，在对灌溉水中Ca的浓度进行修正的时候，还应当考虑到二氧化碳、重碳酸盐和溶液盐浓度(ECw)对灌溉水中原有的Ca的综合影响。这种方法假定土壤中的Ca来自土壤石灰(CaCO3)或其他土壤矿物(如硅酸盐)，并且没有Mg的沉淀。Rhoades(1982)建立了一种计算机模型，可以在计算机上计算RNa值，两种方法所得结果很近似。Ayers和Westcot对全世界五大洲范围内的250个有代表性的灌溉用水进行了计算，其SAR和RNa的差异在±10%以内。因此，FAO在最新出版的《农用水质》一书中推荐使用RNa或SAR。钠吸附比和土壤代换性钠百分率的关系 可以分为两类：一类是灌溉水的SAR和土壤ESP的关系；另一类是土壤溶液的SAR和土壤ESP的关系。灌溉水的SAR和土壤ESP的关系及其影响因素：这种关系是指非碱化土壤以高钠灌溉水连续灌溉以后，可以从灌溉水的SAR值大致预测土壤在与灌溉水达到某种化学平衡后的ESP值。对于二者的关系可概括如下：(1)美国盐土实验室经验公式。1954年，美国盐土实验室对美国西部9个州的59份土样的饱和浸提液的SAR和土壤的代换性钠(ESP)的关系进行了研究，证明二者有很好的相关性，相关系数达0．923。他们利用这些数据推导出一个计算公式。同时还用一种列线图来表示这一公式，测得灌溉水的SAR后，从中央标度即能计算出与灌溉水处于平衡状态的土壤的ESP值。但是，以后的研究者证明，其他因素可以影响灌溉水中的Na+和土壤ESP的化学平衡。这些因素是：淋洗分量(LF)，含Ca、Mg和Na的矿物的风化和溶解，碳酸盐的沉淀等。且不同的研究者注意了不同的因素影响而提出了不同的关系方程。(2)灌溉水中碱土金属碳酸盐的影响及Bower方程。灌溉水中碳酸盐对SAR的影响也会影响与灌溉水达到化学平衡的土壤的ESP。Bower等证明ESP近似等于2SARiw，因此提出Bower方程。(3)淋洗分量的影响及Bower修正方程。Bower等用pHc为7．0、7．4、7．8和8．2的灌溉水在渗水计中试验发现，pHc明显地受LF的影响，如果用pHc7．4的水灌溉，当LF为0．1时，灌溉水中60%的HC()3以CaCO3形式在土壤中沉淀；LF为0．3时，只有10%的HCO3以CaCO3在土壤中沉淀。其他pHc值的水在不同的LF情况下灌溉，CaCO3沉淀也有相同的变化趋势，即随LF的增加CaCO3沉淀减少。这是因为随LF减小，土壤水浓缩，由于CO2的损失而增加了CaCO3的沉淀，因此SAR增加。据此，修正了Bower方程。(4)土壤矿物风化的影响及Rhoades方程。Rhoades通过渗水计试验的资料，比较了ESP的计算值和实测值，发现上述方程仍不完善，没有考虑到土壤矿物风化的影响，计算值普遍大于实测值，因此他用两个方程来分别预报土壤表层的ESP(ESP2)和亚表层的ESP(ESPsuo)；FAO的刊物推荐用这两个方程来预报土壤表层和根层底部的ESP，并判断如何通过灌溉管理来控制用碱性水灌溉土壤而引起的土壤碱化问题。尽管如此，实际上土壤溶液的SAR比灌溉水的SAR高，这是因为植物从土壤中吸收水分和土壤的蒸发作用，使土壤溶液的盐浓度比灌溉水的高。灌溉水经浓缩以后，其相对成分不会改变，SAR的增加与总浓度平方根成正比，即灌溉水浓度增加2倍，SAR值增加约1．4倍。此外，土壤溶液的浓度随时间和在土壤剖面的位置而异，也不能只取单一的值。因此，在研究SAR-ESP的关系中，须注意土壤溶液的SAR的关系。土壤溶液SAR和ESP的关系：土壤中代换性钠的状况可以用土壤溶液的SAR和Gapon代换方程很好地表述。美国盐土实验室在对美国西部大量土壤分析后认为，对大多数干旱、半干旱地区土壤的阳离子代换范围而言，
，对于ESP值低于25%～30%时，ESP近似等于ESP，SAR和ESP间存在精确关系。Frenkel和Alperoritch检测了以色列干旱地区和半干旱地区的623个土样的ESP和SAR关系时发现，土壤饱和含水率(SP)和土壤含盐量会影响ESP-SAR的关系，并证明Gapon常数(Kg′)随盐度的增加而减小，在一定的盐度条件下，Kg′随饱和含水率的增大而减小，当盐度低于0．2～2Dsm－1、SP低于20%～40%时，ESP和SAR不再存在相关关系。应用SAR等指标时应注意的几个问题 关于SAR的计算单位：自80年代初以来，中国的土壤工作者在研究碱化土壤和灌溉水的分级问题时，开始引用SAR指标。SAR一般多用于灌溉水，应用土壤溶液时，必须是以每升土壤溶液中所含Na+、Da2+和Mg2+的mmol数为其计算单位。中国土壤学者把SAR用于土壤中时，使用的计算单位却是每100g土中所含的Na+、Ca2+和Mg2+mmol数。这样，首先在概念上是欠妥的，而且二者的SAR值也差约3～4倍(如果都按相同的水土比)。此后，不少研究者也相继使用了这种“SAR”，作为东北、新疆和黄淮海平原的碱化土壤分级的主要指标。万洪富认为，为便于国际学术交流，有引起注意和加以改正的必要。残余碳酸钠的应用问题：残余碳酸钠(RSC)是指灌溉水中
，单位是每升水中各种离子的毫克当量数，它是50年代初Eaton提出用于判断灌溉水是否会引起土壤碱化的指标，后来被SAR取代，未见将RSC用于土壤分级中。万洪富等首先把RSC用于黄淮海平原碱化土壤的分级，使用单位是mmol／100g土。以后，不少研究者也相继使用这种“RSC”于苏打盐土和碱化土壤的分级研究，并且证明其在分级中重要的作用。关于ESP的测定值和计算值：传统的ESP是通过测定土壤代换量(CEC)和代换性的含量计算得出的。测定土壤代换量和代换性钠含量不仅方法繁琐冗长，而且误差较大。Bower等认为，在测定CEC时，由于标准离子代换其他离子不完全，标准离子的水解作用以及某些土壤矿物(如CaCO3、石膏等)的溶解等原因，使CEC结果偏低。Bohn等认为，对某些H+浓度较低的盐渍土，ESP的计算值甚至比测定值更准确。万洪富等在用查氏法测定石灰性土壤代换量时，发现在极少数强碱化土壤中，代换性钠含量比CEC还高，这说明实际测定ESP误差较大。但研究资料证明，土壤可溶盐的Ca2+／Mg2+值、土壤质地、含盐量和饱和含水量都能影响ESP计算公式中的Gapon代换常数Kg′值。故不同自然条件的地区，应根据本地区情况，研究出适合本地区的ESP计算公式中的Kg′常数，或其他相应的计算公式。关于土壤浸提液的水土比例问题：用于土壤可溶盐分析的土壤浸提液的水土比一般为1∶1、5∶1和饱和浸提液，但饱和浸提液更能反映土壤盐度对植物生长的影响。这是因为饱和含水百分率和田间水分范围直接有关。饱和浸提液中可溶盐的浓度大约等于处于田间水分范围上限(湿端)的土壤溶液浓度的一半或下限的1／4。这样，在细质土壤中出现的盐分稀释效应，由于这种土壤的持水量较高，就自然考虑在内了。由于这个理由，一直用饱和浸提液的电导率(ECe)来衡量盐度对植物生长的影响。鉴于上述原因，各主要国家在测定土壤中可溶盐含量时，普遍采用饱和浸提液，FAO刊物推荐的也以此为准。他们在干旱地区土壤研究中所普遍使用的SAR、RSC、LF、淋洗需要量(IR)和作物耐盐度等，都以土壤饱和浸提液作为基础。极少数情况下如水土比为5∶1浸提液时，使用时都要换算成饱和浸提液。中国自50年代以来一直用5∶1水土比，显然不利于成果的标准化和国际交流。有条件时应逐步采用饱和浸提液或结合本地区的实际情况进行研究，推算出适合本地区从5∶1水土比结果计算饱和浸提液值的换算系数。【参考文献】：1 Oster J D，Rhoades J D．Proc，Int．Salinity Conf，Texas Techn，Univ．Lubbock，P．，1976．1～242 DuneenL D．(周传槐译)，土壤学进展，1979，4：17～283 Ayers R S，Tanji K K．Proc．Spec．Conf，Water Forum，1981，81．I：578～5864 万洪富，等．土壤水盐动态和盐碱化防治．黄淮海平原治理与开发研究文集．科学出版社，1987，43～535 万洪富．土壤学进展，1985，6：10～176 Oster J D，Schroer F W．Soil Sci．Soc．Am．Proc．，1979，43：444～4477 Agassi M，et al．Soil Sci．Sce．Am．J．，1982：45：949～9518 Kazman Z，et al．Soil Sci．，1983，135：184～1929 Sposito G，Mattigod S V．Soil Sci．Sce．Am．J．，1977，41：323～32910 Shainberg I，et al．Soil Salinity under Irrigation，1984，154～167(中国科学院南京土壤研究所万洪富撰)