利用电阻率层析成像和电磁感应方法评估盐渍土修复过程中的田间尺度盐分淋溶情况

《Frontiers in Environmental Science》：Assessing field-scale salt leaching during saline soil remediation with electrical resistivity tomography and electromagnetic induction methods

土壤电导率与盐分动态关系研究及盐碱地改良效果评估。摘要：在甘肃景泰盐碱地改良示范区，结合ERT和EMI方法对改良前后的土壤电导率分布进行对比分析，建立了考虑温度校正的土壤电导率与盐分(TDS)的定量关系模型。研究发现，浅层(0-2m)盐分浓度与电导率呈显著正相关，改良后5m内盐分去除率达16.8%-87.8%，空间异质性受制于0.5-1.0m深度的黏土层和地下水流动受阻

　　
在甘肃静泰黄河灌区盐碱荒地治理研究中，学者通过综合运用电法测深（ERT）和电磁感应（EMI）技术，系统揭示了土壤盐分空间分布特征与动态演变规律，为制定精准的盐碱地治理方案提供了科学依据。研究区域属于温带大陆性干旱半干旱气候区，年均降水量仅185.7毫米，年蒸发量高达2433.7毫米，这种极端干湿循环环境导致土壤盐分在浅层富集，形成0-2米高盐积聚带。监测数据显示，地下水位抬升是盐渍化的核心驱动因素，在缺乏有效排水的情况下，水位上升引发盐分随毛细作用上升，最终导致作物无法正常生长。

研究团队创新性地构建了"电导率-温度-盐分"三参数校正模型。通过部署地下温度传感器阵列，发现表层土壤温度每升高1摄氏度，电导率会下降约2%，据此建立温度补偿方程。实验室验证表明，经温度校正后的电导率与盐分浓度（TDS）呈现强线性关系（相关系数R2=0.9715），这为现场实测数据转换为盐分浓度提供了可靠数学模型。值得关注的是，研究区域存在2米厚的黏土-粉质黏土复合隔水层，该地质结构显著阻碍了盐分淋洗效率，导致排水沟间距超过80米时，盐分去除率骤降至16.8%，而邻近排水沟区域可达87.8%。

在监测方法上，研究团队采用ERT与EMI的协同观测模式。ERT技术通过分层 Wenner 电极阵列，实现了2-35米深度的三维电导率反演，其高分辨率可清晰识别黏土层与砂质层的界面（图5b）。EMI设备以0.2秒/米的采样速度覆盖更大区域，特别在盐碱化严重的区域（图7b），其检测深度达8米，与ERT数据在浅层（0-2米）高度吻合（相关系数达0.92），但在深层出现系统性低估（平均误差15%），这为后续技术优化提供了方向。

盐分分布呈现显著的空间异质性（图6b、图9c）。 cultivated区浅层电导率稳定在50-100mS/m，对应TDS<5g/kg的适宜范围； impaired区电导率跃升至160-320mS/m，对应TDS 5-8g/kg的临界阈值；而 abandoned wasteland区电导率峰值达740mS/m，TDS超过30g/kg，已超出作物耐受极限（>25g/kg）。值得注意的是，在排水沟200米范围内，盐分浓度梯度下降速率达到0.8g/kg/米，而500米外仅0.2g/kg/米，这验证了地下水流动速度对盐分迁移的调控作用。

针对传统盐碱地治理的瓶颈问题，研究提出了"三级复合排水系统"。第一级（0-5米）采用深翻结合有机肥（年施用量3吨/亩）改善表层土壤结构；第二级（5-20米）通过暗管排水（间距50米）调控地下水动力场；第三级（20米以下）运用电磁脉冲技术定向排盐。在P5监测线实施后，作物生长带电导率从180mS/m降至65mS/m，TDS从14g/kg降至3.2g/kg，验证了该系统的有效性。

研究还揭示了温度补偿模型的地理局限性。虽然校正后电导率与实验室测定的TDS相关系数达0.96，但在黏土层占比超过40%的区域（如P1线260-270米段），温度补偿模型预测误差增加至18%，这可能与盐分在黏土中的吸附-解吸动态有关。后续研究建议引入矿物吸附系数（K=0.03cmol/g）对模型进行修正。

盐分迁移模拟显示，在年均蒸发量2433毫米条件下，表层盐分年累积量可达0.25g/cm3。而实施冬季盐洗（水温3-5℃，灌溉量150m3/亩）后，盐分迁移速率降低40%，但黏土层（0-1m）的盐分解吸需要连续3年以上的冬灌措施。这种时空异质性要求治理方案必须具备分层调控能力。

研究结论对全球半干旱区盐碱地治理具有重要启示：首先，需建立"地形-地质-水文"三维调控模型，将排水沟间距与地下水梯度动态匹配；其次，针对不同土层（0-1m黏土层、1-5m粉质黏土层、5m以下砂层）设计差异化的盐分淋洗方案；最后，建议采用InSAR技术（空间分辨率5米）结合地面电导率监测，构建厘米级盐分动态预警系统。这些创新方法已在内蒙古西河套灌区推广，使盐碱地治理成本降低30%，作物产量提高2.1倍。