土壤水分、质地、pH、Eh的测定.doc

土壤水分的测定

一、测定目的
测定土壤水分是为了了解土壤水分状况，以作为土壤水分管理，如确定灌溉定额的依据。在分析工作中，由于分析结果一般是以烘干土为基础表示的，也需要测定湿土或风干土的水分含量，以便进行分析结果的换算。

二、测定方法
土壤水分的测定方法很多，实验室一般采用酒精烘烤法、酒精烧失法和烘干法；野外则可采用简易的排水称重法(定容称量法)。样地的长期监测可采用中子仪测定。

烘干法
1. 适用范围
用于测定除石膏性土壤和有机土（含有机质20%以上的土壤）以外的各类土壤的水分含量。

2. 方法原理
将土样置于105℃±2℃的烘箱中烘至恒重，即可使其所含水分（包括吸湿水）全部蒸发殆尽以此求算土壤水分含量。在此温度下，有机质一般不致大量分解损失影响测定结果。

3. 仪器设备
土壤筛：孔径1 mm；铝盒：小型直径约40 mm，高约20 mm；分析天平：感量为0.001 g和0.01 g；小型电热恒温烘箱；干燥器：内盛无水氯化钙。

4. 试样的选取和制备
风干土样
选取有代表性的风干土壤样品，压碎，通过1 mm筛，混合均匀后备用。

5. 测定步骤
风干土样水分的测定
取小型铝盒（记号笔做好标记）在105℃恒温箱中烘烤约2h，移入干燥器内冷却至室温，称重，准确至0.001g（m0）。加风干土样约5g于铝盒中称重（m1）。将铝盒盖揭开，放在盒底下，置于已预热至105±2℃的烘箱中烘烤6h。取出，盖好，移入干燥器内冷却至室温（约需20 min），立即称重（m2）。风干土样水分的测定一组4个平行。
*注：烘烤规定时间后1次称重，即达“恒重”。
必要时，再烘1小时，取出冷却后称重，两次称重之差不得超过0.05克，取最低一次计算。
质地较轻的土壤，烘烤时间可以缩短，即5~6小时。

6. 结果计算

式中：m0——烘干空铝盒质量（g）；
m1——烘干前铝盒及土样质量（g）；
m2——烘干后铝盒及土样质量（g）。

7. 注意事项
7.1土壤分析一般以烘干土计重，但分析时又以湿土或风干土称重，故需进行换算，计算公式为：应称取的湿土或风干土样重＝所需烘干土样重×(1+水分％)
7.2平行测定的结果用算术平均值表示，保留小数后一位。
7.3平行测定结果的相差，水分小于5%的风干土样不得超过0.2%，水分为5%～25%的潮湿土样不得超过0.3%，水分大于15%的大粒（粒径约10 mm）粘重潮湿土样不得超过0.7%（相当于相对相差不大于5%）。

土壤pH的测定

一、测定目的
pH的化学定义是溶液中H+离子活度的负对数。土壤pH是土壤酸碱度的强度指标，是土壤的基本性质和肥力的重要影响因素之—。它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性，从而影响植物的生长发育。土壤pH易于测定，常用作土壤分类、利用、管理和改良的重要参考。同时在土壤理化分析中，土壤pH与很多项目的分析方法和分析结果有密切关系，因而是审查其他项目结果的一个依据。

二、方法原理：电位法
土壤pH分水浸pH和盐浸pH，前者是用蒸馏水浸提土壤测定的pH，代表土壤的活性酸度(碱度)，后者是用某种盐溶液浸提测定的pH，大体上反映土壤的潜在酸。盐浸提液常用1 mol•L-1 KCl溶液或用0.5 mol•L-1 CaCl2溶液，在浸提土壤时，其中的K+或Ca2+即与胶体表面吸附的Al3+和H+发生交换，使其相当部分被交换进入溶液，故盐浸pH较水浸pH低。
土壤pH的测定方法包括比色法和电位法。电位法的精确度较高。pH误差约为0.02单位，现已成为室内测定的常规方法。野外速测常用混合指示剂比色法，其精确度较差，pH误差在0.5左右。
用pH计测定土壤悬浊液pH时，常用玻璃电极为指示电极，甘汞电极为参比电极。此二电极插入土壤悬浊液时构成一电池反应，其间产生一电位差，因参比电极的电位是固定的，故此电位差之大小取决于待测液的H+离子活度，氢离子活度的负对数即为pH，可在pH计上直接读出pH值。

三、仪器及设备
pH计。

四、试剂配制
1. 标准缓冲溶液
pH4.01标准缓冲溶液：10.21g在105℃烘过的苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4，分析纯），用蒸馏水溶解后定容至1L。
pH6.86标准缓冲溶液：3.39g在50℃烘过的磷酸二氢钾（KH2PO4，分析纯）和3.53g无水磷酸氢二钠（Na2HPO4，分析纯），溶解于蒸馏水中后定容至1L。
pH9.18标准缓冲溶液：3.80g硼砂（Na2B4O7·10H2O，分析纯）溶于无二氧化碳的冷水中，定容至1L。此溶液的pH易于变化，应注意保存。

五、操作步骤
1、待测液的制备：称取通过2 mm筛孔的风干土壤10.00 g于50 mL高型烧杯中，加入25 mL无二氧化碳的水或氯化钙溶液[中性、石灰性或碱性土测定用]（本实验用水）。用玻璃棒剧烈搅动1 min ~2 min，静置30 min，此时应避免空气中氨或挥发性酸气体等的影响，然后用pH计测定。
2、仪器校正：把电极插入与土壤浸提液pH接近的缓冲溶液中，使标准溶液的pH值与仪器标度上的pH值相一致。然后移出电极，用水冲洗、滤纸吸干后插入另一标准缓冲液中，检查仪器的读数。最后移出电极、用水冲洗、滤纸吸干后待用。
3、测定：把电极插入土液中，待读数稳定后，记录待测液pH值。每个样品测完后，立即用水冲洗电极，并用干滤纸将水吸干再测定下一个样品。

六、结果计算
一般的pH计可直接读出pH值，不需要换算。
允许偏差：两次称样平行测定结果的允许差为0.1 pH；室内严格掌握测定条件和方法时，精密pH计允许差可降至0.02 pH。

七、注意事项
1. pH计的使用
参照仪器说明书。
2. 酸性土壤（包括潜性酸）的pH值的测定
可用氯化钾溶液[c(KCl)=1.0 mol·L-1]代替无二氧化碳蒸馏水，其他操作步骤均与水浸提液相同。
3. 测定时注意事项
3.1 土壤不要磨的过细，以通过2mm孔径筛为宜。样品不立即测定时，最好贮存于有磨口的瓶中，以免受大气中氨和其他挥发气体的影响。
3.2 加水或氯化钙后的平衡时间对测得的土壤pH值是有影响的，且随土壤类型而异。平衡快者，1 min即达平衡；慢者可长达1h。一般来说，平衡30 min是合适的。

土壤Eh值的测定
一、测定目的
Eh就是氧化还原点位，也简称ORP (Oxidation-Reduction Potential)，作为介质（土壤、天然水、培养基）环境条件的一个综合性指标，它表征介质氧化性和还原性的相对程度，对土壤的化学和生物学过程有重要的影响，是理解土壤的性质和过程的重要参数。

二、方法原理：直接测定法和去极化法
氧化还原电位长期以来通常是采用铂电极直接测定的方法，即将铂电极和参比电极直接插入介质中来测定。但在测定弱平衡体系时，由于铂电极并非绝对的惰性，其表面可形成氧化膜或吸附其它物质，影响各氧化还原电对在铂电极上的电子交换速率，因此平衡电位的建立极为缓慢，在有的介质中需经过几小时甚至一两天，而且测定误差甚大，通常40-100 mV。如果充分考虑了铂电极的表面性质和电极电位建立的动力学过程，对复杂的介质，如果采用了去极化法测定氧化还原电位，可以在较短的时间，3分钟内得到较为精确的结果，误差通常小于10 mV或更好。
去极化法原理：将极化电压调节到600或750mV,以银—氯化银电极作为辅助电极，铂电极接到电源的正端，阳极极化（极化时间5-15秒中自由选择），接着切断极化电源（去极化时间在20秒以上自由选择，通常20-30秒），去极化时监测铂电极相对参比电极（甘汞电极或银-氯化银电极）的电位。电极电位E（毫伏）和去极化时间的对数logt之间存在直线关系。以相同的方法进行阴极极化和随后的去极化监测。阳极去极化曲线与阴极去极化曲线的延长线的交点相当于平衡电位。二条曲线的方程为：
E阳=a1+b1logt阳
E阴=a2+b2logt阴
求解此二直线方程可得到平衡电位公式 E=(a2b1-a1b2)/(b1-b2)
平衡电位加上该温度下参比电极的电位值，即可求出ORP值。

三、仪器设备
FJA-4氧化还原去极化法自动测定仪

四、操作步骤
1. 铂电极的处理
铂电极它是一种惰性电极，但并非是绝对的，其表面可形成氧化膜（如PtO和PtO2等）或吸附其它物质(如吸附氢分子和氧分子，有些有机物质和无机物质)，在含硫化物和亚铁离子的还原介质中，这些离子能吸附在电极表面，使电极‘中毒’，影响各氧化还原电对在铂电极上的电子交换速率，因此平衡电位的建立极为缓慢，这是影响测定精度的关键因素（传统方法较去极化法对表面的要求高一些），因此对铂电极表面的处理与保护是很重要的一件事。

新的铂电极在使用前要不要进行表面处理？最好正确处理一下为好，因为铂电极是在高温下加工面成的，铂电极表面可能会生成一些氧化膜，影响测量结果。
方法是将铂电极浸入洗涤剂中10分钟左右，用水洗净，接着将铂电极浸入0.2mol/L HCl-0.1mol/L NaCl溶液中，加热至微沸，再加入少量固体Na2SO3 (0.2g/100ml)继续加热30分钟。也可以不加热，但浸泡的时间要长。然后洗净放入ORP浸泡液中待用。

铂电极经过较长时间的使用后，铂电极的表面形成一层氧化膜和表面受污染，会导致测量的不正确和响应变慢，这时应采用下列方法进行清洗活化：
(1)、对无机物污染,可将电极浸入0.1mol/L 稀盐酸中30分钟,用纯水清洗,再浸入浸泡液中浸泡6小时后使用。
(2)、对有机油污和油膜污染,可用洗涤剂清洗铂或金表面后用纯水清洗, 再浸入浸泡液中浸泡6小时后使用。
(3)、铂金表面污染严重形成氧化膜,可用牙膏对铂或金表面进行抛光（重要的是在抛光时，应避免产生细痕）,然后用纯水清洗，再浸入浸泡液中浸泡6小时后使用。

2. 仪器使用（可单独使用或联机使用）
先将铂电极、饱和甘汞电极或银氯化银电极（参比电极）、银-氯化银电极（辅助电极）与温度传感器插入相应的插座中，且插入要测量的样品中（本次实验：土壤和水体）。仪器插上电源（12V开关电源）。如果联机使用，则需要用专用线将仪器与PC机连接起来，且将测量仪器和PC机上的对应插座固定螺丝上好。

【单独使用】
仪器启动，测量方法设置，测量
测定过程中，对于ORP去极化法的极化、去极化和数据点与采集间隔时间的选择：这三个参数是可以修改的，目的是在不同的测定体系中修改上述参数达到测定时间最短，结果满意。
（1）极化时间 当一个正电压或负电压加到铂电极上，随着发生电解过程，电极表面附近氧化性物质与还原性物质的浓度发生变化，这将引起电极电位偏离平衡电位。极化时间较长可以加大电位的变化幅度，但极化时间太长，可能使铂电极表发生变化，测定结果就不正确了，通常建议在5-15秒之间选择为好。
（2）去极化时间 当切断外加电源时，由于介质的氧化还原物质的去极化作用，电极电位渐渐恢复到原来值，完全去极化时二根去极化曲线相交点就是平衡电位。
去极化时间短，数据点落在曲线部分，数据点差值大，由于采用二次拟合相关性还好；去极化时间长，数据点落在直线部分，数据点差值小，读数误差大。所以在测定满意的情况下去极化时间选择小一些，通常建议在20-30秒中选择。
（3）数据点与采集间隔时间 数据点通常在5-10个中选择。数据点多曲线拟合精度高，但测定时间就长了。采集时间间隔长，二点之间读数大，精度高，同样测定时间就长了。通常建议在5 -10秒内选择。

【联机使用】

五、 注意事项
应避免阳光照射在仪器的液晶显示器上，以免损坏。
不进行测量，请及时关闭仪器。
铂电极、饱和甘汞电极或银-氯化银电极、银-氯化银电极相互之间不能插错，否则造成严重的测量误差。
不需进行温度校正，仪器自动补偿。

六、 思考
对于ORP测定结果的意义的理解。
ORP测试主要应用的场合。
固体介质是否能用电极法测定ORP。
取样测定与原位测定结果是否相同。

土壤质地的测定

一、 测定目的
土壤是由粒径不同的各粒级颗粒组成的，各粒级颗粒的相对含量即颗粒组成，对土壤的水、热、肥、气状况都有深刻的影响。土壤颗粒分析即是测定土壤的颗粒组成，并以此确定土壤的质地类型。本实验采用比重计法测定土壤颗粒组成，同时练习手测质地方法。
二、 方法原理：比重计速测法
土样经化学和物理方法处理后充分分散为单粒，并制成5％悬浮液，让土粒自由沉降。经不同时间，用土壤比重计(又称甲种比重计或鲍氏比重计)测定悬浮液比重，比重计读数直接指示比重计悬浮处的土粒重量(克／升)。根据不同沉降时间的比重计读数，便可计算不同粒径的土壤颗粒含量。
比重计法测定土壤质地的理论依据是斯托克斯定律：“球体在介质中沉降，其沉降速度与球体半径的平方成正比，而与介质的粘滞系数成反比”。
三、 仪器设备
土壤比重计、研钵、沉降筒、温度计、搅拌棒、秒表
四、 试剂配制
1. 软水：取2%碳酸钠220毫升加入15000毫升自来水中，静置过夜，上部清液即为软水。
2. 2%碳酸钠溶液：称取20.0克碳酸钠加水溶解稀释至1升。
3. 0.25 mol•L-1草酸钠溶液：称取33.5克草酸钠，加水溶解稀释至1升。
五、 操作步骤
1. 称样：称取通过2毫米(国际制)筛孔相当于50克(精确到0.01克)干土重的风干土样，置于研钵中。
2. 样品分散：根据土壤酸碱性质，分别选用下列分散剂：石灰性土壤(50克样品，下同)，加0.5 mol•L-1六偏磷酸钠60毫升；中性土壤加0.25 mol•L-1草酸钠20毫升；酸性土壤加0.5 mol•L-1氢氧化钠40毫升。
称取土样加入适当分散剂20毫升后，静置30 min，研磨土样15-20 min(粘质土不少于20分钟，壤质土及砂质土不少于15分钟)，其后再加入剩余的分散剂研磨均匀。
3. 制备悬液：将分散后的土样用软水洗入1000毫升的沉降筒中，加软水至刻度，即为5％的悬浮液。放置于平稳桌面上。（注意：将泥浆冲洗入沉降筒时，严防大量冲洗，使体积超过1L；沉降筒应置于温度变化小的室内平稳桌面上，避免阳光直射而导致涡流，影响土粒自由沉降）
4. 测定悬液比重
4.1 搅拌：先测定悬液温度。然后用特制搅拌棒上下均匀搅拌悬液1分钟(30次)（注意搅拌方法），使悬液中颗粒均匀分布，搅拌时，如悬液发生气泡，迅速加入1—2滴异戊醇消泡。
4.2 读数：搅拌停止立即取出搅拌棒，并记录时间(土粒开始沉降的时间)，按表所列温度、时间和粒径的关系，选定比重计读数的时间，测出相应粒级的比重计读数。每次读数前30秒，将比重计轻轻放入悬液中，使其不要上下浮动，时间一到迅即读数。读数后取出比重计，以免影响土粒继续下沉。（注意：比重计横向拿取，杆很易折断，应右手竖向拿取，左手底托浮泡，避免损坏；比重计使用时应轻取轻放，尽可能避免摇摆震动；比重计应放于沉降筒中悬液的中心，浮泡不能和四周筒壁接触；读数时以液体弯月上缘与比重计相交处为准）
5. 空白校正：另取一沉降筒，加入与处理土样等量的分散剂，用软水稀释至1000毫升，比重计读数即为空白校正。
六、 结果计算
1、比重计校正读数
比重计校正读数＝比重计原读数-空白校正值
（注：空白校正值包括分散剂校正值和比重计校正值）

在不同温度时各粒级的比重计测定时间表(国际制)
粒
径
时
间
温
度
℃
粒
径
时
间
温
度
℃

＜0.02
＜0.002

＜0.02
＜0.002
分 秒
时 分
分 秒
时 分
5
9 30
17 36
18
6 37
12 14
6
9 14
17 5
19
6 28
11 56
7
8 58
16 35
20
6 17
11 3
8
8 42
16 5
21
6 8
11 2
9
8 26
15 36
22
5 59
11 5
10
8 10
15 9
23
5 51
10 50
11
7 56
14 43
24
5 43
10 35
12
7 43
14 19
25
5 35
10 20
13
7 31
13 55
26
5 28
10 7
14
7 19
13 33
27
5 20
9 53
15
7 8
13 12
28
5 13
9 40
16
6 57
12 52
29
5 7
9 28
17
6 47
12 33
30
4 59
9 16

2.2 国际制

七、 注意事项
1. 颗粒大小很不均一的土壤，土样不易混和均匀，这时可把土壤平铺在一光滑玻璃板上或光滑纸上，摊成薄层，划成若干方格，然后用角匙从各方格中匀取土样混合之，作为分析用之试样。
2. 若土样中有机质含量超过2％，宜先用过氧化氢加热处理，使之大部分分解。
3. 将泥浆冲洗人沉降筒时，严防用大量软水冲洗，以免沉降筒中悬液体积超过1000 mL。
4. 沉降筒应放在温差变化小的室内平稳桌面上，避免阳光直射而导致悬液涡流，影响土粒自由沉降。
5. 搅拌悬液时上下速度要搀勺，搅拌棒向下时一定要触及沉降筒底部，使全部土样都能悬浮。搅拌棒向上时，有孔釜属片不能露出液面，一般至液面下3—5cm高度即可，否则会使空气压人悬液，致使悬液产生涡流现象，影响土粒开始时的沉降规律。
6. 在测定时，比重计应轻放轻取，尽可能避免摇摆和震动，以保证土粒自由沉降。比重计应放于盛有悬液的沉降筒中心，比重计浮泡不能和四周筒壁接触。
7. 比重计横向拿取，比重计杆很易折断，所以应右手竖向拿取比重计，左手抵托比重计浮泡，避免损坏比重计。
8. 搅拌时，悬液发生气泡若影响悬液弯液面和比重计刻度的观测时，应加数滴异戊醇消泡。读数时以液体弯月上缘与比重计相交处为准。
9. 按新的概念甲种比重计应叫甲种密度计，但考虑到习惯，这里仍采用了“比重”的概念。

八、 质地分类及定名

国际制土壤质地分类标准
质 地 名 称
颗 粒 组 成（mm,%）
粘 粒
（<0.02）
粉 粒
（0.02-0.002）
砂 粒
(2-0.02)
砂 土
1、砂土及壤质砂土
0-15
0-15
85-100
壤 土
2、砂质壤土
0-15
0-45
55-85
3、壤土
0-15
30-45
40-55
4、粉砂质壤土
0-15
45-100
0-55
粘壤土
5、砂质粘壤土
15-25
0-30
55-85
6、粘壤土
15-25
20-45
30-55
7、粉砂质粘壤土
15-25
45-85
0-40
粘 土
8、砂质粘土
25-45
0-20
55-75
9、壤质粘土
25-45
0-45
10-55
10、粉砂质粘土
25-45
45-75
0-30
11、粘土
45-65
0-35
0-55
12重粘土
65-100
0-35
0-35

国际制土壤质地分类标准要点如下：
1. 砂土及壤土类以粘粒含量在15%以下为其主要标准；粘壤土类以粘粒含量在15-25%为其主要标准；粘土类以含粘粒25%以上为其主要指标。
2. 当土壤粉砂粒含量达45%以上时，在各类质地的名称前，冠以“粉砂（质）”字样。
3. 当砂粒含量为55-85%时，则冠以“砂（质）”字样；85-90%，称为壤质砂土，90%以上者称砂土。

附：土壤质地手测法（适用于野外）
一、方法原理
根据各粒级颗粒具有不同的可塑性和粘结性估测土壤质地类型。砂粒粗糙，无粘结性和可塑性；粉粒光滑如粉，粘结性与可塑性微弱；粘粒细腻，表现较强的粘结性和可塑性；不同质地的土壤，各粒级颗粒的含量不同，表现出粗细程度与粘结性和可塑性的差异，本次实验，主要学习湿测法，就是在土壤湿润的情况下进行质地测定。

二、操作步骤
置少量（约2克）土样于手中，加水湿润，同时充分搓揉，使土壤吸水均匀（即加水于土样刚好不粘手为止）。然后按表4规格确定质地类型。
表4 田间土壤质地鉴定规格
质 地
名 称
土壤干燥状态
干土用手研
磨时的感觉
湿润土用手指搓捏时的成形性
放大镜或
肉眼观察
砂土
散碎
几乎全是砂粒，极粗糙
不成细条，亦不成球，搓时土粒自散于手中。
主要为砂粒
砂壤土
疏松
砂粒占优势，有少许粉粒
能成土球，不能成条（破碎为大小不同的碎段）
砂粒为主，杂有粉粒
轻壤土
稍紧
易压碎
粗细不一的粉末，粗的较多，粗糙
略有可塑性，可搓成粗3mm的小土条，但水平拿起易碎断。
主要为粉粒
中壤土
紧密、用力
方可压碎
粗细不一的粉末，稍感粗糙。
有可塑性，可成3mm的小土条，但弯曲成2-3cm小圈时出现裂纹。
主要为粉粒
重壤土
更紧密，用
手不能压碎
粗细不一的粉末，细的较多，略有粗糙感。
可塑性明显，可搓成1-2mm的小土条，能弯曲成直径2cm的小圈而无裂纹，压扁时有裂纹。
主要为粉粒，杂有粘粒。
粘 土
很紧密不易
敲碎
细而均一的粉末，有滑感。
可塑性、粘结性均强，搓成1-2mm的土条，弯成的小圆圈压扁时无裂纹。
主要为粘粒

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