吉林省西部土壤养分状况及盐碱化特征分析正文.doc

学校代码：10200研究生学号：10200200721533 分 类 号：Q14 密级：无硕士学位论文吉林省西部土壤盐碱特征和养分状况分析Salinity characteristics and nutrient status analysis of soilin the western Jilin Province作者：苑芷茜 指导教师：李志坚 副教授 学科专业：生态学研究方向：资源生态学学位类型：学历硕士 东北师范大学学位评定委员会 2010年3月独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 指导教师签名：日 期： 日期：学位论文作者毕业后去向：工作单位： 电话： 通讯地址： 邮编： 摘 要随着全球人口快速增长对自然资源的大量需求与自然资源因人类过度利用而导致短缺的矛盾日益激化，人们逐渐意识到对土壤等自然资源保护及合理利用的重要性1，2。作为世界上人口最多的发展中国家，如何合理的利用有限的土壤资源，以满足日益增长的粮食需求，成为了我国关注的热点问题之一。据联合国教科文组织（UNESCO）和粮农组织（FAO）不完全统计，全世界各种类型的盐碱土面积约为9.55108hm2，约占地球陆地表面的10%3。我国盐碱土总面积约为9,913104hm2，主要分布在东北、华北、西北内陆地区及长江以北沿海地带4，吉林省西部是我国土壤盐碱化最严重的地区之一。其土壤盐碱化面积已达1.53106hm2 ,土地盐碱化近年来呈加速发展趋势，表现为面积扩大、程度加重。重度盐碱化占盐碱化总面积的比例已由1958 年的26.9增至1999 年的43.7，严重制约着吉林省西部农业持续发展及人民生活水平的提高5，6。可见，进行西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被，是吉林省西部面临的重要课题。盐碱土形成的原因是多元化的，不同地区土壤的组成和性质也不尽相同。要想合理利用并改善吉林省西部地区土壤，就要对吉林省西部地区土壤的组成和性质进行研究，因地制宜的提出合理的使用、管理及保护措施。而在土壤的组成和性质中，盐碱性和养分状况占有非常重要的位置。所以，本文研究分析了吉林省西部土壤的盐碱化特征和养分状况，以及它们间的相互关系，这对吉林省西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被具有非常重大的理论和指导意义。关键词：盐碱化；吉林省西部；盐碱化特征；养分状况 AbstractWith the global population, a large number of fast-growing demand for natural resources and natural resources caused by human over-exploitation of shortage is increasingly intensified, it became increasingly aware of the soil and other natural resources protection and rational utilization of the importance1,2. As the worlds most populous developing country, the reasonable use of limited soil resources to meet the growing demand for food has become a hot topic of concern to my country. According to the UNESCO and the FAO statistics, the worlds different types of saline-alkali soil area of about 9.55 108hm2, the Earths land surface about 10% 3. Saline-alkali soil of Chinas total area of about 9,913 104hm2, mainly distributed in northeast, north, northwest inland areas and the Yangtze River north of the coastal zone 4, in western Jilin Province is Chinas most serious soil salinization in the world. Its soil salinization area has reached 1.53 106hm2, land salinization in recent years, accelerating the development trend of the performance of the area is expanding, increasing the degree. Severe salinization salinization accounted for the proportion of the total area in 1958 from 26.9% to 43.7% in 1999, seriously restricting the sustainable development of agriculture in western Jilin Province and the peoples living standards 5,6. Can be seen that the Western effort to improve the ecological environment and restore vegetation saline-alkali soil is an important issue facing the west of Jilin province. Saline-alkali soil formation due to a wide range of different soil composition and nature are also different. To the rational use of and improve the soil in the western region of Jilin Province, Jilin Province in the western region is necessary for the composition and the nature of the soil study, according to local conditions of reasonable use, management and protective measures. The composition and nature of the soil, the salinity and nutrient status occupied a very important position. Therefore, this paper analyzes the soil salinization in the western Jilin Province characteristics and nutrient status, and their inter-relationship, which is the rectification of the ecological environment in western Jilin Province, to restore the vegetation saline-alkali soil has a very important theoretical and guiding significance.Key words: salinization; West of Jilin Province; salinization characteristics;nutrient status目 录摘 要IAbstractIII目 录V1引 言11.1研究意义11.2土壤盐碱化国内外研究进展21.3土壤盐碱化特征国内外研究进展31.4土壤养分状况国内外研究进展42研究方法62.1研究地区自然概况62.2土壤取样及盐碱指标的测定62.2.1 土壤取样及样品处理62.2.2 土壤盐碱指标的测定62.3土壤养分状况的测定82.3.1全氮的测定凯氏定氮仪82.2.2有机质的测定重铬酸钾容量法82.2.3速效氮的测定半微量蒸馏法（Makham型半微量蒸馏定氮器）92.2.4速效磷的测定碳酸氢钠法102.2.5速效钾的测定醋酸铵火焰光度计法112.4数据分析与处理122.4.1主成分分析法122.4.2聚类分析122.4.3相关分析123结果与分析143.1吉林省西部土壤盐碱化程度分级143.1.1吉林省西部土壤盐碱化程度的主成分分析143.1.1吉林省西部土壤盐碱化程度的聚类分析163.2吉林省西部土壤盐碱特征183.3吉林省西部土壤养分状况193.4吉林省西部土壤盐碱特征和养分状况的关系214结 论223.1吉林省西部土壤盐碱化程度分级223.2吉林省西部土壤盐碱特征223.3吉林省西部土壤养分状况223.4吉林省西部土壤盐碱特征和养分状况的关系22参考文献24VI东北师范大学硕士学位论文1引 言土壤是人类最早开发，也是人类最频繁利用的生产资料。“民以食为天，食以土为本”，土壤给予了人类赖以生存的根本，同时它也是人类所需的其他宝贵资源的源泉。土壤资源同光、热、水等资源一样被人类称之为再生资源，但从数量上来说，它同时也是有限资源。因为地球表面每形成1cm厚的土壤，就最少需要300年的时间。然而，人类在其发展过程中对土壤一味无知的掠夺，却毫不重视对这一有限资源的保护，导致土壤质量严重衰退。尤其是到20世纪中期，经济的迅猛增长更是加剧了人类对自然环境的干扰。随着全球人口快速增长对自然资源的大量需求与自然资源因人类过度利用而导致短缺的矛盾日益激化，人们才逐渐意识到对土壤等自然资源保护及合理利用的重要性1，2。而作为世界上人口最多的发展中国家，如何合理的利用有限的土壤资源，以满足日益增长的粮食需求，也成为了我国关注的热点问题之一。据联合国教科文组织（UNESCO）和粮农组织（FAO）不完全统计，全世界各种类型的盐碱土面积约为9.55108hm2，约占地球陆地表面的10%3。由于所处地理位置不同，气候条件差异，盐碱土在不同国家和地区的分布也有很大差别。我国盐碱土总面积约为9,913104hm2，主要分布在东北、华北、西北内陆地区及长江以北沿海地带4，吉林省西部是我国土壤盐碱化最严重的地区之一。其土壤盐碱化面积已达1.53106hm2 ,土地盐碱化近年来呈加速发展趋势，表现为面积扩大、程度加重。重度盐碱化占盐碱化总面积的比例已由1958 年的26.9增至1999 年的43.7，严重制约着吉林省西部农业持续发展及人民生活水平的提高5，6。可见，进行西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被，是吉林省西部面临的重要课题。1.1研究意义盐渍土（Salt-affected Soil 或 Saline Soil）亦称盐碱土（Saline-alkali Soil），我国农民俗称盐碱地。这是一种世界性的低产土壤，甚至是不毛之地，但是很多情况下又兼具地势平坦和灌溉之便，因而自古以来就为世人所瞩目7。盐碱土是在各种自然环境因素和人为活动因素综合作用下，盐类直接参与土壤形成过程，并以盐（碱）化过程为主导作用而形成的，具有盐化层或碱化层，土壤中含有大量可溶盐类，从而抑制作物正常生长的土壤8。盐碱土形成的原因是多元化的，张殿发、王世杰从生态地质环境的角度对吉林西部土地盐碱化的成因进行了系统分析，认为吉林西部土地盐碱化的形成是在脆弱的生态地质环境基础上叠加了人类不合理活动的综台结果”，其中包括气候、地形、地质、水文和水文地质著等环境因素9。正是由于盐碱土形成的原因是多元化的，所以吉林省西部土壤的组成和性质也不尽相同。要想合理利用并改善吉林省西部地区土壤，就要对吉林省西部地区土壤的组成和性质进行研究，因地制宜的提出合理的使用、管理及保护措施。而在土壤的组成和性质中，盐碱性和养分状况占有非常重要的位置。可见，对吉林省西部土壤的盐碱化特征及养分状况的研究对进行西部生态环境的整治，恢复盐碱地的植被具有非常重大的理论和指导意义。1.2土壤盐碱化国内外研究进展土壤盐碱化是全世界面临的一个难题，长期以来国内外学者对土地盐碱化进行了广泛深入的研究。在土地盐碱化成因机理，遥感监测、模拟预测及改良措施（植物耐盐性等）等多方面均有大量的成果，为盐碱化土地的改良治理打下了坚实的基础。在盐碱化成因机理方面，相关的研究主要集中在环境条件、人类活动等方面。Mason认为盐碱地的形成、演化与地球化学循环过程有密切联系10。王常明等在研究吉林西部地区盐碱地的形成过程中，指出盐碱化除收气候影响外还受到水温地质环境的控制11。继张殿发、王世杰等提出土地盐碱化的形成是在脆弱的生态地质环境基础上叠加了人类不合理活动的综台结果之后，宋长春等在研究松嫩平原土地盐碱化的发生和形成的过程中进一步验证了这一观点，并指出松嫩平原盐碱土环境的形成与演变既是受到多种物质体系、能量体系、结构体系和功能体系的共同作用与控制 12。大量研究结果证明了环境条件是土壤盐碱化的外在背景条件。灌溉不当会造成土地次生盐碱化，而人类滥用土地会破坏土壤的团粒结构，促进地面蒸发，从而可能导致盐分向表层积累增多。此外，王仁忠、李建东认为，过度放牧是松嫩草原羊草草地盐碱化的主要原因 13；张为政等在对羊草草原割草强度与土壤盐渍化关系的研究中表示，割草次数增加和留茬高度过低会造成土壤盐渍化，pH值上升，碱化度增高，植物群落生物量下降，草地质量下降14。姚荣江等人在对东北地区盐碱土特征及其农业生物治理的研究中提出造成东北地区土地盐碱化除自然方面的因素, 也有人为方面的因素15。可见，人类活动是诱使土地盐碱化的主要因素。此外，水盐运动规律是土壤盐碱化的内在机制，因为土壤中的水分既是土壤中盐分的溶剂，又是土壤中盐分的载体16。 在盐碱土改良方面措施中，美国、埃及、匈牙利、巴基斯坦、印度、俄罗斯及澳大利亚等国家在植物耐盐性研究方面做了大量工作17 ，如通过对不同作物种类或品种耐盐性的比较研究，分析其耐盐性差异的生理机制18，利用组织培养，分子遗传学方法对植物耐盐机理进行的更为深入的研究。美国、埃及国家研究中心利用海水灌溉培育筛选耐盐品种19，合理设计排灌系统；巴基斯坦国家农业研究中心用浓度为1%的盐酸，在自由淋洗条件下改善石灰质的盐碱土；荷兰实施了“暗管排碱”工程措施，在德国、法国及美洲、南亚也得到一定的推广，但工程投资太大20 21。从五、六十年代的侧重水利工程措施到六、七十年代土壤改良剂的研究，再到80年代合成高分子土壤改良剂22 ，我国对盐碱地的改良利用一直都在持续快速的发展。近年来，我国还在植物耐盐机理、耐盐品种选育有了深入的研究，多年的研究证实对盐碱地的治理，生物措施最为有效且可治本23。耐盐碱植物包括一些原生态的植物，我国各盐碱区都有生长一些野生盐生及耐盐植物的种质资源，如罗布麻、怪柳、盐地碱蓬、白刺等;也有通过转基因手段培育耐盐碱作物的，但普遍认为植物的耐盐碱性是多种抗盐碱生理性状的综合表现，是由多个基因控制的，这就使得通过转基因手段改造植物很有难度24。综上所述，盐碱土改良通常采用排灌、淡水洗涤、化学改良等物理、化学方式和选育耐盐植物和作物品种两种方式，比较而言，前者因耗资巨大，见效慢，很难大面积推广，而选育耐盐植物和作物品种的方式需要费用少，治标又治本21。1.3土壤盐碱化特征国内外研究进展在碱化土壤分级的研究中，各国所采用的指标是不尽相同的，一般根据碱化度（ESP）划分。美国把ESP15，饱和泥浆测定的pH高于8.5的土壤称为碱土， ESP为5 15的土壤称为碱化土壤；而我国，把碱化层的ESP大于30，表层含盐量小于0.5和pH大于9.0的土壤定为碱土；其中ESP为5 10的土壤定为轻度碱化土壤，ESP为10 15为中度碱化土壤，ESP为15 20为强度碱化土壤25。而前苏联学者认为，只用碱化度（ESP）来说明碱土的特性是不够的，因为代换性钠的活度和解离度是不一致的。因此，在划分碱土的级别时，还需要结合考虑土壤的剖面形态理化性质生物特性及改良的难易程度等因素26。我国学者从不同角度以不同方法对盐碱化土地程度进行评价、分类。阎鸿等以植被类型、土壤类型和碱斑占面积比例为盐碱化土地程度评价指标，把盐碱化土地分为轻度、中度以及重度盐碱化土地三类28。我国松辽平原的盐碱土基本属于内陆苏打盐碱型，盐分组成以Na2CO3（苏打） 和 NaHCO3（小苏打）为主，含有少量的硫酸盐和氮化物，兼有不同程度的盐化和碱化特性。根据土壤盐化和碱化的程度，主要分为以下三个类型：（1）草甸盐土（碱斑）。其表层含盐量0.7，一般为1 2，盐分组成中Na2CO3和NaHCO3的含量可达90以上，碱化度20，pH为9.0 10.5；（2）草甸碱土，表层含盐量0.5，碱化层的碱化度30，最高可达80 90，pH9.0 10.0或更高；（3）盐碱化土壤，含盐量0.6，碱化度29；盐碱化土壤按土壤表层含盐量又划分为：轻度苏打盐碱土壤，表层含盐量0.1 0.25；中度苏打盐碱土壤，表层含盐量0.25 0.5；强度苏打盐碱土壤，表层含盐量0.5 0.627，28。刘延锋等利用主成分分析法分析了焉耆盆地内荒地和耕地的土壤盐分特征，结果表明，荒地内土壤盐分表聚强烈，基本无自然淋洗过程；而耕地内土壤盐分存在多次积盐和脱盐过程，培面中盐分分布比较均匀。第一主成分综合反映了区内土壤盐渍化程度，第二和第三主成分联合反映了土壤的碱性特征29。此外，杨建锋等人提出，苏打盐渍土盐化和碱化并存，盐化程度与碱化程度成正相关关系，盐化程度越重的地方碱化程度也越重30。盛建东等人研究表明，不同层次土壤总盐与总碱度为中等程度变异水平，pH 为弱变异水平；不同层次土壤总盐、pH值及总碱度的空间变异特征具有一定的差异，但结构性因素对三者的空间变异起主导作用 31。王博文等人在研究不同盐碱化程度草地土壤肥力质量的季节动态特征中指出，盐碱化程度不同的土壤随着季节的变动盐碱程度呈动态变化且差异显著32。许多研究表明，各类盐渍土电导率和含盐量之间具有一定的相关性。土壤中的水溶性盐是强电解质，其水溶液具有导电作用，其导电能力的强弱可用电导率表示。在一定的浓度范围内，溶液的含盐量与电导率呈正相关，含盐量越高，溶液的渗透压越大，电导率也越大。因此，土壤浸出液的电导率的数值能反映土壤含盐量的高低，特别是土壤溶液中几种盐类间的比值比较固定时，用电导率值测定总盐分浓度的高低是相当准确的33-39。张为政在松嫩平原羊草草地植被退化与土壤盐渍化的研究中就以土壤电导率（EC）和碱化度（ESP）为土壤盐渍化的指标40。本论文研究也将以这两个指标作为主要银子对吉林省西部土壤的盐碱化分级并对其特征进行描述。1.4土壤养分状况国内外研究进展由于自然和人为因素的影响, 不同的土壤类型所含的养分数量不同, 养分的含量常具有明显的时空分布特点41。土壤养分含量是评价土壤肥力的重要标志42-43，其丰缺状况和供应强度直接影响着作物的生长发育、产量和品质。随着土地资源开发利用强度的不断加剧和生态环境建设的逐步展开，国内外众多学者对土壤养分的研究也在不断深入，1994年国际土壤学会专门讨论了养分循环和土壤生产力（ISSS，1994)。N、P、K是植物生长所需的三大营养元素，目前农田施肥与养分平衡研究主要针对这三大营养元素进行，在农田养分平衡与施肥的研究中，研究这三大营养元素的平衡状况的报道较多44。沈善敏等研究了我国从建国以来至1993年的45年间不同时期农田养分收支状况45。鲁如坤等将我国农田养分平衡历史划分为三个阶段: 60年代以前为氮磷钾三大养分全面赤字阶段，土壤养分严重退化;70年代中期为氮磷养分由全面赤字转向基本平衡阶段:70年代以后至今为氮磷有盈余，钾素继续亏缺阶段46，47。土壤有机质是评价土壤肥力状况必不可少的指标之一，它是土壤矿质养分的潜在来源和存在形式，其含量多少直接影响着土壤氮素和磷素的供应。土壤有机质和放牧之间存在复杂的相互关系，Frank研究了不同放牧率对草地土壤有机质的影响，发现适牧样地土壤有机质含量比围栏地轻微降低，而重度放牧样地土壤有机质没有下降48，相反Greene认为放牧动物使草地土壤生态系统碳的移出量增加，降低了土壤有机质49。而国内得王玉辉的研究也支持了后者的观点，认为由于牲畜的践踏和采食造成植物种类组成发生变化，植株高度和盖度降低、生物量下降，土壤裸露面积增大，土壤环境趋于干旱化、板结和盐碱化，必然影响草原生态系统的养分循环，使土壤有机质含量逐渐降低50。平立凤、窦森等从多方面对不同类型土壤有机质的性质进行研究。结果表明，不同的土壤类型及其土壤的利用方式都对土壤有机质性质有很大影响51。蔡跃台对丽水实验林场阔叶林、毛竹林和马尾松三种植被下的土壤理化性质和涵养水源的功能进行了研究，发现前两种植被土壤有机质含量相对较高，且能够较好的改善土壤养分状况；最后一种植被的土壤酸性较强，土壤有效P含量较高52。彭文英等以黄土丘陵沟壑区安塞县为实例，对不同植被恢复状况与不同年份的退耕还林还草后的土壤理化性质进行研究，指出：随着植被的恢复和恢复年限的延长，土壤的有机质、碳和氮明显增加，且土壤速效养分增加的速度远远超过土壤全量元素增加的速度53；魏彦昌等对尖峰岭热带林自然保护区土壤性质的空间异质性特征进行了研究，发现水平样带表现为0-20cm人类活动干扰越大，林地的养分含量越低;垂直样带表现为0-20cm土壤养分从山地雨林向低海拔和高海拔两端逐渐递减，且差异达到显著水平54；耿增超、张社奇等研究了黄土高原油松人工林土壤养分及化学性质的时空分布特征，结果表明：随土壤深度的增加土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量却按幂函数衰减55。众多研究成果表明，不同类型土壤其养分特征也不同，并伴随空间、理化性质等不同因素不断变化。要合理利用土壤就要深入研究土壤的性质，根据其掌握其土壤性质变化的规律，因地制宜，选择合适的土壤改良措施独特的土壤性质选择特殊的作物品种及作物种植制度，实现生态、社会、经济三大效益的最大化具有极强的现实意义56。2研究方法2.1研究地区自然概况吉林省位于东北地区的中心地带，其地理范围为北纬40514618，东经121381311757。本实验的研究地点位于吉林省西部长岭县东北师范大学松嫩草地生态研究站，地理位置北纬443525.5，东经123315.9。该地区位于松嫩平原中部、科尔沁草原边缘，其海拔高度为140160m，地势平坦，属于温带半干旱、半湿润季风气候。年平均降水量400550mm, 主要集中在68月，年蒸发量约为降水量的23倍，年平均气温4.66.4。1月平均最低气温为16.4，极端最低气温39.9。68月平均气温超过20，7月最热，平均最高气温为23.0，极端最高气温37.8。该区域10积温变动于2545.93374.9之间，全年无霜期为136163天。冬季地面积雪少，土壤冻结层在1m以上7，8。2.2土壤取样及盐碱指标的测定2.2.1 土壤取样及样品处理2007年6月，以吉林省长岭县种马场东北师范大学松嫩草地生态研究站为中心，半径为50公里的范围内，根据地上植被状况和土壤盐碱不同程度，沿东及东南两个方向在农田、草地、碱斑等各种类型的土壤上用土钻进行分层取样，共取样点183个，取样地点如图1所示。取样深度分别为0-10、10-20、20-30、30-40cm，把各层土壤混匀为一个样点的土壤样本，剔除杂质、自然风干、磨细，分别过1mm及0.25mm土壤筛，待测。2.2.2 土壤盐碱指标的测定保持水土比例为1：5进行土壤样品盐碱指标的测定：1.电导率：DDS-307型电导率计；2.pH值：pHS-3C型pH计；3.CO32-和HCO3-的含量：双指示剂中和滴定法测定；4.Na+，K+，Ca2+，Mg2+含量：原子吸收分光光度计测定；5.可溶盐含量：残渣烘干质量法测定；6.Cl-和SO42-的含量：离子色谱测定58。图1土壤样品取样地理位置图2.3土壤养分状况的测定582.3.1全氮的测定凯氏定氮仪凯氏定氮仪是以凯氏法为基本原理，能够独立进行氮含量测定的自动化仪器，它按照稀释、试剂加入、蒸馏、滴定、废液处理、计算、报告的分析顺序依次自动执行。由于待测土壤样品的全氮含量属于凯氏定氮仪的工作范围，而该仪器测定又具有方便、快捷的特点，所以本实验选用凯氏定氮仪来进行土壤样品全氮的测定。实验原理：土壤中的有机态氮与硫酸在高温条件下消化，生成硫酸氨；硫酸氨与氢氧化钠通过蒸汽蒸馏释放出氨气；氨气又被硼酸吸收，生成物可被标准盐酸溶液滴定生成氯化铵，指示剂采用甲基红溴甲酚绿。根据盐酸的量，即可换算出氮的含量。具体反应式如下：CuSO4 (提高反应速度) 1.消化： 有机态氮+ H2SO4 硫酸氨 K2SO4 （升高沸点） 2.蒸汽蒸馏： 硫酸氨+NaOHNH33.硼酸吸收： NH3+ H3BO3 NH4HB4O74.标准盐酸滴定: NH4HB4O7+HClNH4Cl 甲基红、溴甲酚绿操作步骤：（1）用万分之一天平准确称取通过1mm筛子的土壤样品0.25.0克，记下准确称量值, 放入烘干的消化管中。（2）每个消化管中各加入两份催化剂（即0.8g硫酸铜和7g硫酸钾的混合物），再加入12ml浓硫酸准备消化。（3）将消化炉的温度设定为420，当实际温度上升至200左右时开始消化，计时60分钟，当消化液变为蓝绿色的澄清液体时，消化完成。（4）将消化管冷却1520分钟后上至凯氏定氮仪进行测定，可直接得出土壤样品的含氮量（%）。2.2.2有机质的测定重铬酸钾容量法在土壤的各项营养指标中，有机质的含量是土壤肥力水平高低的一个重要指标，因为植物的的矿质营养和有机营养、土壤中异氧微生物的能源物质都来源于土壤有机质。实验原理：在外加热（温度控制在170180）条件下，用过量的标准重铬酸钾硫酸（K2Cr2O7）溶液氧化土壤有机质(即碳)，Cr2O-27等被还原成Cr3+，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液进行滴定，根据消耗的重铬酸钾量计算出有机质的含量。具体反应式如下：1. 重铬酸钾硫酸溶液与有机质中的碳发生反应：2K2Cr2O78H2SO4+3C2K2SO4+2Cr2（SO4）3+3CO2+8H2O2. 硫酸亚铁滴定剩余重铬酸钾的反应：K2Cr2O7+6FeSO4K2SO4+Cr2（SO4）3+3Fe2（SO4）3+7H20操作步骤：（1）用万分之一天平称取通过0.25mm筛子的土壤样品0.10.5g，用长条蜡光纸把称取的样品全部送入干的硬质试管底部。（2）用移液管缓缓的准确加入0.136mol/l重铬酸钾硫酸溶液10ml，并轻轻震荡试管，使土壤分散与重铬酸钾硫酸溶液充分接触。为防止煮沸期间待测成分随蒸汽挥发，可在试管口加一个小漏斗冷凝。并、将试管放入铁试管架。（3）将盛有植物油的油浴锅预先加热至185190，将放有反应试管的铁试管架放入油浴锅中加热（在铁试管架的四角绑好铁丝，以固定在油浴锅锅壁上），并将温度控制在170180。当试管中的液体产生气泡时开始计时，沸腾5分钟后取出铁试管架，冷却，将试管外壁油液擦净。（4）将试管内容物仔细地全部洗入150ml三角烧瓶中，使烧瓶内的液体总体积在6070ml，此时溶液呈橙黄色。向每个三角烧瓶中加入邻啡罗啉指示剂34滴，并用0.2mol/l的标准硫酸亚铁（FeSO4）溶液滴定，溶液从黄色经过绿色、淡绿色的变化，直至突变为棕红色，即为终点。（5）同时以石英砂代替样品做两个空白试验，取其平均值。结果计算：土壤有机质(%)31.7241.110-3（V0-V）N100/样品重式中：V0 滴定空白液时所用硫酸亚铁体积，ml； V 滴定样品时所用硫酸亚铁体积，ml； N 标准硫酸亚铁的浓度，mol/l； 3 消耗每摩尔硫酸亚铁氧化0.25摩尔碳，即3g/mol； 1.724 碳与有机质的换算系数，1g碳约等于1.724g有机质； 1.1 氧化校正系数。2.2.3速效氮的测定半微量蒸馏法（Makham型半微量蒸馏定氮器）土壤中的有效氮包括速效氮（无机氮）和潜在有效氮（可经过氮素的矿化作用释放出无机态氮的有机氮）。其中，速效氮（主要是铵态氮、硝态氮）是能够被植物当季吸收利用的有效氮部分，能在一定程度上反映土壤的肥力。实验原理：用2mol/l的KCl溶液可浸提出土壤中的无机氮（铵态氮和硝态氮）。浸出液中的NH4+N在碱液（NaOH）和还原剂（FeSO4Zn粉）作用下，通过蒸馏法蒸出NH3。NH3冷凝后用硼酸吸收液接收，并用标准酸溶液滴定，根据所消耗的标准酸溶液体积数即可换算出速效氮的含量。操作步骤：（1）用千分之一天平准确称取过1mm筛子的土壤样品20g于150ml三角烧瓶中，加入2mol/lKCl溶液100ml，封口振荡30min（150180转/分），过滤到100ml三角烧瓶中。（2）由半微量蒸馏定氮器的进样口先加入FeSO4Zn粉还原剂（5：1混匀磨碎）1.2g，然后加入30ml土壤样品滤液（尽量将还原剂冲入反应室），最后加入40% NaOH溶液2ml，立即封闭进样口。（3）将盛有20g/L硼酸吸收液10ml（内含有甲基红溴甲酚绿混合指示剂）的50ml三角烧瓶置于冷凝管下，向反应室通入蒸汽进行半微量蒸馏。（4）当吸收液达到40ml时停止通入蒸汽蒸馏，从冷凝管下取下三角烧瓶，用0.01mol/lHCl标准溶液滴定，并与比色液进行比色。当吸收液颜色与比色液一致后停止滴定，根据消耗HCl标准溶液的体积数可换算出速效氮的含量。（5）同时做空白试验。结果计算：速效氮含量（mg/kg）=14.0103c（V - V0）ts/m式中：c HCl标准溶液的浓度，mol/l；V 滴定样品时所用HCl标准溶液体积，ml； V0 滴定空白液时所用HCl标准溶液体积，ml；14.0 氮的摩尔质量；103 换算系数； ts 体积系数，滤液总体积与加入蒸馏的滤液体积比； m 浸提土壤样品质量，g。2.2.4速效磷的测定碳酸氢钠法土壤中的速效磷含量对于施肥有直接指导意义。一般酸性土壤采用酸性氟化铵提取，石灰性土壤和中性土壤采用NaHCO3提取。由于本实验土壤样品属于碱性土壤，所以采用碳酸氢钠法。实验原理：石灰性土壤由于有大量游离的碳酸钙成分，用碳酸盐的碱溶液提取速效磷可降低碳酸钙的溶解度（碳酸根的同离子效应）。同时，碱溶液可降低铝和铁离子的活性，有利于磷酸铝和磷酸铁的提取。此外，NaHCO3碱溶液中存在着OH、HCO3、CO32等阴离子，有利于吸附态磷的置换。用NaHCO3浸提出的待测液中的磷可用钼锑抗混合显色剂显色，即在常温条件下黄色的锑磷钼杂多酸被还原成磷钼兰，根据分光光度计的比色结果可换算出土壤样品中速效磷含量。操作步骤：（1）用天平准确称取过1mm筛子的土壤样品5g（精确到0.01g）于150ml三角烧瓶中。（2）向每个盛有土壤样品的三角烧瓶中加入0.5mol/l NaHCO3溶液100ml，再加入一勺无磷活性炭，封口振荡30min（150180转/分）。（3）用无磷滤纸（定量滤纸）将浸提液过滤到100ml三角烧瓶中，最初的78ml废弃。（4）用移液管准确吸取10ml滤液于50ml容量瓶中，再加入5ml钼锑抗混合显色剂，摇匀并排出CO2（可轻轻地慢慢摇，逐渐排出CO2以免喷出），用蒸馏水定容至50ml。（5）定容后静置30min，用分光光度计（660nm波长）进行比色。比色时需同时做空白测定。（6）绘制磷标准曲线：用磷酸二氢钾标准溶液制备不同浓度（0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/l）的磷标准溶液，并逐一加入NaHCO3和混合显色剂（与土壤样品待测液制备方法相同），同待测液一起进行比色，绘制标准曲线。结果计算：速效磷含量（mg/kg）=50c /mts式中： c从标准曲线中查得的比色液浓度，mg/l； 50定容体积数，ml； m称取的土壤样品质量，g； ts分取倍数，即总滤液体积数与吸取滤液体积数之比。2.2.5速效钾的测定醋酸铵火焰光度计法土壤中的钾素主要呈无机态形式存在，其中交换性钾和水溶性钾是速效性钾，可被植物当季吸收利用，是土壤肥力高低的指标之一。所以，对土壤中速效钾含量的测定对指导合理施肥具有重要意义。实验原理：以1mol/lNH4OAc的中性溶液为提取液浸提土壤样品，可使溶液中的NH+4与土壤样品中的K+进行交换，同时将水溶性K+也带进溶液中，浸出液中的钾可用火焰光度计法直接测定。操作步骤：（1）用天平准确称取过1mm筛子的土壤样品5g（精确到0.01g）于150ml三角烧瓶中。（2）向每个盛有土壤样品的三角烧瓶中加入1mol/l的NH4OAc溶液50ml，在2025条件下封口振荡30min（150180转/分）。（3）震荡后静置30min，各取约30ml的浸提液的上清液于离心机中离心15min（温度20，转速3500转/分）。（4）抽滤离心后的待测液体，将滤液装入25ml离心管于4冰箱保存待测。（5）用钾的标准溶液制备浓度为0、0.15、0.25、0.5、0.75ppm的钾溶液于火焰光度计进行测定，制成标准曲线。（6）用火焰光度计测定稀释至特定倍数的待测液体，可从火焰光度计上直接读取速效钾的含量（%）。2.4数据分析与处理应用SAS和Microsoft Excel软件对试验数据进行统计分析。2.4.1主成分分析法 主成分分析方法(PCA)是一种将多个指标化为少数几个不相关的综合指标(即所谓主成分)的统计分析方法。采用相关系数矩阵进行主成分分析，根据累计贡献率大于85%时确定保留的主成分59-62。本研究利用主成分分析方法将土壤样品盐碱特征的多个指标化化简，结果显示可用电导率为主要因子代表盐碱特征。2.4.2聚类分析 聚类分析（Cluster Analysis）是研究物以类聚的一种统计分析方法。用于对事物类别尚不清楚，甚至事物总共可能有几类都不能确定的情况下进行实物分类的场合63。本研究在主成分分析找出主要因子电导率的基础上，以电导率作为有序尺度进行两次聚类分析，对土壤样品的进行分级，结果分为了非盐碱化、较轻度盐碱化、轻度盐碱化、中度盐碱化、较重度盐碱化及重度盐碱化六级。 2.4.3相关分析 相关分析（Correlation Analysis）是用来考察两变量间的相互变化的关联关系，两变量的地位是平等的，没有因果关系63。 本研究以不同分级土壤样品各养分含量的平均值进行不同养分指标与盐碱特征的相关性分析，分析各养分状况与盐碱特征是否具有相关性。283结果与分析3.1吉林省西部土壤盐碱化程度分级3.1.1吉林省西部土壤盐碱化程度的主成分分析对183个样点0-40cm的各项土壤盐碱指标的平均值进行相关分析及主成分分析，将结果分别列于表1、表2和表3。主成分分析中主成分的特征根和贡献率是选择主成分的重要依据，由表1可以看出，前五个主成分的累积贡献率已经达到了84.92，这表明前五个主成分已经把土壤盐碱性84.92的信息反映出来，因此可以选取前五个主成分作为土壤盐碱性评价的综合指标，将其结果列于表2。由于第一主成分的特征根为4.2134，贡献率为42.13，所以我们认为第一主成分是土壤盐碱性评价的重要指标。而如表2所示，第一主成分对应较大的特征间量有土壤CO32-的含量及电导率，且两个指标为正相关关系。因此，可以把土壤CO32-的含量及电导率两项指标作为土壤盐碱化程度分级的主要指标。我们观察表3可以发现，电导率与K+、Na+、Ca2+、HCO3-、Cl-、SO42、PH值、CO32-都呈极显著相关关系，为了使聚类分析的记过更为清晰并具有代表性，所以我们完全可以将电导率作为我们土壤盐碱化程度分级的主要因子指标，以便于通过聚类分析对土壤样品的盐碱化程度进行分级。表1 前五个主成分的特征根、贡献率和累计贡献率第一主成分第二主成分第三主成分第四主成分第五主成分特征根4.21341.67711.27980.79900.5226贡献率0.42130.16770.12800.07990.0523累计贡献率0.42130.58900.71700.79700.8492表2 前五个主成分的特征间量和因子载荷第一主成分第二主成分第三主成分第四主成分第五主成分因子载荷K+0.3377700.2138280.189900-0.5828360.1588800.693330.276910.21483-0.521060.11486Na+0.3567810.093817-0.1460670.2977430.3345810.732350.12150-0.165240.266180.24188Ca2+-0.2564330.0330580.5107160.4544320.566746-0.526370.042810.577760.406260.40972Mg2+ 0.0794600.3959470.5882280.227812-0.6300510.163100.512760.665450.20366-0.45548HCO3-0.2808150.4857210.143313-0.1557480.3387490.576420.629020.16213-0.139240.24489CO32-0.4065330.146585-0.1125310.155253-0.0174880.834470.18983-0.127300.13880-0.01264Cl-0.280366-0.4723820.2455990.1710770.003