土壤水分、質地、pH、Eh的測定

1、 土壤水分的測定一、測定目的測定土壤水分是為了了解土壤水分狀況，以作為土壤水分管理，如確定灌溉定額的依據。在分析工作中，由于分析結果一般是以烘干土為基礎表示的，也需要測定濕土或風干土的水分含量，以便進行分析結果的換算。二、測定方法土壤水分的測定方法很多，實驗室一般采用酒精烘烤法、酒精燒失法和烘干法；野外則可采用簡易的排水稱重法(定容稱量法)。樣地的長期監(jiān)測可采用中子儀測定。烘干法1. 適用范圍用于測定除石膏性土壤和有機土（含有機質20%以上的土壤）以外的各類土壤的水分含量。2. 方法原理 將土樣置于105±2的烘箱中烘至恒重，即可使其所含水分（包括吸濕水）全部蒸發(fā)殆盡以此求算土壤水分

2、含量。在此溫度下，有機質一般不致大量分解損失影響測定結果。3. 儀器設備土壤篩：孔徑1 mm；鋁盒：小型直徑約40 mm，高約20 mm；分析天平：感量為0.001 g和0.01 g；小型電熱恒溫烘箱；干燥器：內盛無水氯化鈣。4. 試樣的選取和制備風干土樣選取有代表性的風干土壤樣品，壓碎，通過1 mm篩，混合均勻后備用。5. 測定步驟風干土樣水分的測定取小型鋁盒（記號筆做好標記）在105恒溫箱中烘烤約2h，移入干燥器內冷卻至室溫，稱重，準確至0.001g（m0）。加風干土樣約5g于鋁盒中稱重（m1）。將鋁盒蓋揭開，放在盒底下，置于已預熱至105±2的烘箱中烘烤6h。取出，蓋好，移入干

3、燥器內冷卻至室溫（約需20 min），立即稱重（m2）。風干土樣水分的測定一組4個平行。*注：烘烤規(guī)定時間后1次稱重，即達“恒重”。 必要時，再烘1小時，取出冷卻后稱重，兩次稱重之差不得超過0.05克，取最低一次計算。 質地較輕的土壤，烘烤時間可以縮短，即56小時。6. 結果計算 式中：m0烘干空鋁盒質量（g）； m1烘干前鋁盒及土樣質量（g）； m2烘干后鋁盒及土樣質量（g）。7. 注意事項7.1土壤分析一般以烘干土計重，但分析時又以濕土或風干土稱重，故需進行換算，計算公式為：應稱取的濕土或風干土樣重所需烘干土樣重×(1+水分)7.2平行測定的結果用算術平均值表示，保留小數后一位。

4、7.3平行測定結果的相差，水分小于5%的風干土樣不得超過0.2%，水分為5%25%的潮濕土樣不得超過0.3%，水分大于15%的大粒（粒徑約10 mm）粘重潮濕土樣不得超過0.7%（相當于相對相差不大于5%）。 土壤pH的測定一、測定目的pH的化學定義是溶液中H+離子活度的負對數。土壤pH是土壤酸堿度的強度指標，是土壤的基本性質和肥力的重要影響因素之。它直接影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、轉化和有效性，從而影響植物的生長發(fā)育。土壤pH易于測定，常用作土壤分類、利用、管理和改良的重要參考。同時在土壤理化分析中，土壤pH與很多項目的分析方法和分析結果有密切關系，因而是審查其他項目結果的一個依據。二、方法原理

5、：電位法土壤pH分水浸pH和鹽浸pH，前者是用蒸餾水浸提土壤測定的pH，代表土壤的活性酸度(堿度)，后者是用某種鹽溶液浸提測定的pH，大體上反映土壤的潛在酸。鹽浸提液常用1 molL-1 KCl溶液或用0.5 molL-1 CaCl2溶液，在浸提土壤時，其中的K+或Ca2+即與膠體表面吸附的Al3+和H+發(fā)生交換，使其相當部分被交換進入溶液，故鹽浸pH較水浸pH低。土壤pH的測定方法包括比色法和電位法。電位法的精確度較高。pH誤差約為0.02單位，現已成為室內測定的常規(guī)方法。野外速測常用混合指示劑比色法，其精確度較差，pH誤差在0.5左右。用pH計測定土壤懸濁液pH時，常用玻璃電極為指示電極，

6、甘汞電極為參比電極。此二電極插入土壤懸濁液時構成一電池反應，其間產生一電位差，因參比電極的電位是固定的，故此電位差之大小取決于待測液的H+離子活度，氫離子活度的負對數即為pH，可在pH計上直接讀出pH值。三、儀器及設備pH計。四、試劑配制1. 標準緩沖溶液pH4.01標準緩沖溶液：10.21g在105烘過的苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4，分析純），用蒸餾水溶解后定容至1L。 pH6.86標準緩沖溶液：3.39g在50烘過的磷酸二氫鉀（KH2PO4，分析純）和3.53g無水磷酸氫二鈉（Na2HPO4，分析純），溶解于蒸餾水中后定容至1L。pH9.18標準緩沖溶液：3.80g硼砂（Na2B4O7&

7、#183;10H2O，分析純）溶于無二氧化碳的冷水中，定容至1L。此溶液的pH易于變化，應注意保存。五、操作步驟1、待測液的制備：稱取通過2 mm篩孔的風干土壤10.00 g于50 mL高型燒杯中，加入25 mL無二氧化碳的水或氯化鈣溶液中性、石灰性或堿性土測定用（本實驗用水）。用玻璃棒劇烈攪動1 min 2 min，靜置30 min，此時應避免空氣中氨或揮發(fā)性酸氣體等的影響，然后用pH計測定。2、儀器校正：把電極插入與土壤浸提液pH接近的緩沖溶液中，使標準溶液的pH值與儀器標度上的pH值相一致。然后移出電極，用水沖洗、濾紙吸干后插入另一標準緩沖液中，檢查儀器的讀數。最后移出電極、用水沖洗、濾

8、紙吸干后待用。3、測定：把電極插入土液中，待讀數穩(wěn)定后，記錄待測液pH值。每個樣品測完后，立即用水沖洗電極，并用干濾紙將水吸干再測定下一個樣品。六、結果計算一般的pH計可直接讀出pH值，不需要換算。允許偏差：兩次稱樣平行測定結果的允許差為0.1 pH；室內嚴格掌握測定條件和方法時，精密pH計允許差可降至0.02 pH。 七、注意事項1. pH計的使用參照儀器說明書。2. 酸性土壤（包括潛性酸）的pH值的測定可用氯化鉀溶液c(KCl)=1.0 mol·L-1代替無二氧化碳蒸餾水，其他操作步驟均與水浸提液相同。3. 測定時注意事項3.1 土壤不要磨的過細，以通過2mm孔徑篩為宜。樣品不立

9、即測定時，最好貯存于有磨口的瓶中，以免受大氣中氨和其他揮發(fā)氣體的影響。3.2 加水或氯化鈣后的平衡時間對測得的土壤pH值是有影響的，且隨土壤類型而異。平衡快者，1 min即達平衡；慢者可長達1h。一般來說，平衡30 min是合適的。土壤Eh值的測定一、測定目的Eh就是氧化還原點位，也簡稱ORP (Oxidation-Reduction Potential)，作為介質（土壤、天然水、培養(yǎng)基）環(huán)境條件的一個綜合性指標，它表征介質氧化性和還原性的相對程度，對土壤的化學和生物學過程有重要的影響，是理解土壤的性質和過程的重要參數。二、方法原理：直接測定法和去極化法氧化還原電位長期以來通常是采用鉑電極直接

10、測定的方法，即將鉑電極和參比電極直接插入介質中來測定。但在測定弱平衡體系時，由于鉑電極并非絕對的惰性，其表面可形成氧化膜或吸附其它物質，影響各氧化還原電對在鉑電極上的電子交換速率，因此平衡電位的建立極為緩慢，在有的介質中需經過幾小時甚至一兩天，而且測定誤差甚大，通常40-100 mV。如果充分考慮了鉑電極的表面性質和電極電位建立的動力學過程，對復雜的介質，如果采用了去極化法測定氧化還原電位，可以在較短的時間，3分鐘內得到較為精確的結果，誤差通常小于10 mV或更好。 去極化法原理：將極化電壓調節(jié)到600或750mV,以銀氯化銀電極作為輔助電極，鉑電極接到電源的正端，陽極極化（極化時間5-15秒

11、中自由選擇），接著切斷極化電源（去極化時間在20秒以上自由選擇，通常20-30秒），去極化時監(jiān)測鉑電極相對參比電極（甘汞電極或銀-氯化銀電極）的電位。電極電位E（毫伏）和去極化時間的對數logt之間存在直線關系。以相同的方法進行陰極極化和隨后的去極化監(jiān)測。陽極去極化曲線與陰極去極化曲線的延長線的交點相當于平衡電位。二條曲線的方程為： E陽=a1+b1logt陽 E陰=a2+b2logt陰求解此二直線方程可得到平衡電位公式 E=(a2b1-a1b2)/(b1-b2)平衡電位加上該溫度下參比電極的電位值，即可求出ORP值。三、儀器設備FJA-4氧化還原去極化法自動測定儀四、操作步驟1. 鉑電極的處

12、理鉑電極它是一種惰性電極，但并非是絕對的，其表面可形成氧化膜（如PtO和PtO2等）或吸附其它物質(如吸附氫分子和氧分子，有些有機物質和無機物質)，在含硫化物和亞鐵離子的還原介質中，這些離子能吸附在電極表面，使電極中毒，影響各氧化還原電對在鉑電極上的電子交換速率，因此平衡電位的建立極為緩慢，這是影響測定精度的關鍵因素（傳統(tǒng)方法較去極化法對表面的要求高一些），因此對鉑電極表面的處理與保護是很重要的一件事。新的鉑電極在使用前要不要進行表面處理？最好正確處理一下為好，因為鉑電極是在高溫下加工面成的，鉑電極表面可能會生成一些氧化膜，影響測量結果。方法是將鉑電極浸入洗滌劑中10分鐘左右，用水洗凈，接著將

13、鉑電極浸入0.2mol/L HCl-0.1mol/L NaCl溶液中，加熱至微沸，再加入少量固體Na2SO3 (0.2g/100ml)繼續(xù)加熱30分鐘。也可以不加熱，但浸泡的時間要長。然后洗凈放入ORP浸泡液中待用。鉑電極經過較長時間的使用后，鉑電極的表面形成一層氧化膜和表面受污染，會導致測量的不正確和響應變慢，這時應采用下列方法進行清洗活化：(1)、對無機物污染,可將電極浸入0.1mol/L 稀鹽酸中30分鐘,用純水清洗,再浸入浸泡液中浸泡6小時后使用。(2)、對有機油污和油膜污染,可用洗滌劑清洗鉑或金表面后用純水清洗, 再浸入浸泡液中浸泡6小時后使用。(3)、鉑金表面污染嚴重形成氧化膜,可

14、用牙膏對鉑或金表面進行拋光（重要的是在拋光時，應避免產生細痕）,然后用純水清洗，再浸入浸泡液中浸泡6小時后使用。2. 儀器使用（可單獨使用或聯機使用）先將鉑電極、飽和甘汞電極或銀氯化銀電極（參比電極）、銀-氯化銀電極（輔助電極）與溫度傳感器插入相應的插座中，且插入要測量的樣品中（本次實驗：土壤和水體）。儀器插上電源（12V開關電源）。如果聯機使用，則需要用專用線將儀器與PC機連接起來，且將測量儀器和PC機上的對應插座固定螺絲上好?！締为毷褂谩績x器啟動，測量方法設置，測量測定過程中，對于ORP去極化法的極化、去極化和數據點與采集間隔時間的選擇：這三個參數是可以修改的，目的是在不同的測定體系中修改

15、上述參數達到測定時間最短，結果滿意。（1）極化時間 當一個正電壓或負電壓加到鉑電極上，隨著發(fā)生電解過程，電極表面附近氧化性物質與還原性物質的濃度發(fā)生變化，這將引起電極電位偏離平衡電位。極化時間較長可以加大電位的變化幅度，但極化時間太長，可能使鉑電極表發(fā)生變化，測定結果就不正確了，通常建議在5-15秒之間選擇為好。（2）去極化時間 當切斷外加電源時，由于介質的氧化還原物質的去極化作用，電極電位漸漸恢復到原來值，完全去極化時二根去極化曲線相交點就是平衡電位。去極化時間短，數據點落在曲線部分，數據點差值大，由于采用二次擬合相關性還好；去極化時間長，數據點落在直線部分，數據點差值小，讀數誤差大。所以在

16、測定滿意的情況下去極化時間選擇小一些，通常建議在20-30秒中選擇。 （3）數據點與采集間隔時間 數據點通常在5-10個中選擇。數據點多曲線擬合精度高，但測定時間就長了。采集時間間隔長，二點之間讀數大，精度高，同樣測定時間就長了。通常建議在5 -10秒內選擇?！韭摍C使用】 五、 注意事項應避免陽光照射在儀器的液晶顯示器上，以免損壞。不進行測量，請及時關閉儀器。鉑電極、飽和甘汞電極或銀-氯化銀電極、銀-氯化銀電極相互之間不能插錯，否則造成嚴重的測量誤差。不需進行溫度校正，儀器自動補償。六、 思考對于ORP測定結果的意義的理解。ORP測試主要應用的場合。固體介質是否能用電極法測定ORP。取樣測定與

17、原位測定結果是否相同。土壤質地的測定一、 測定目的土壤是由粒徑不同的各粒級顆粒組成的，各粒級顆粒的相對含量即顆粒組成，對土壤的水、熱、肥、氣狀況都有深刻的影響。土壤顆粒分析即是測定土壤的顆粒組成，并以此確定土壤的質地類型。本實驗采用比重計法測定土壤顆粒組成，同時練習手測質地方法。二、 方法原理：比重計速測法土樣經化學和物理方法處理后充分分散為單粒，并制成5懸浮液，讓土粒自由沉降。經不同時間，用土壤比重計(又稱甲種比重計或鮑氏比重計)測定懸浮液比重，比重計讀數直接指示比重計懸浮處的土粒重量(克升)。根據不同沉降時間的比重計讀數，便可計算不同粒徑的土壤顆粒含量。比重計法測定土壤質地的理論依據是斯托

18、克斯定律：“球體在介質中沉降，其沉降速度與球體半徑的平方成正比，而與介質的粘滯系數成反比”。三、 儀器設備 土壤比重計、研缽、沉降筒、溫度計、攪拌棒、秒表四、 試劑配制1. 軟水：取2%碳酸鈉220毫升加入15000毫升自來水中，靜置過夜，上部清液即為軟水。2. 2%碳酸鈉溶液：稱取20.0克碳酸鈉加水溶解稀釋至1升。3. 0.25 molL-1草酸鈉溶液：稱取33.5克草酸鈉，加水溶解稀釋至1升。五、 操作步驟1. 稱樣：稱取通過2毫米(國際制)篩孔相當于50克(精確到0.01克)干土重的風干土樣，置于研缽中。2. 樣品分散：根據土壤酸堿性質，分別選用下列分散劑：石灰性土壤(50克樣品，下同

19、)，加0.5 molL-1六偏磷酸鈉60毫升；中性土壤加0.25 molL-1草酸鈉20毫升；酸性土壤加0.5 molL-1氫氧化鈉40毫升。稱取土樣加入適當分散劑20毫升后，靜置30 min，研磨土樣15-20 min(粘質土不少于20分鐘，壤質土及砂質土不少于15分鐘)，其后再加入剩余的分散劑研磨均勻。3. 制備懸液：將分散后的土樣用軟水洗入1000毫升的沉降筒中，加軟水至刻度，即為5的懸浮液。放置于平穩(wěn)桌面上。（注意：將泥漿沖洗入沉降筒時，嚴防大量沖洗，使體積超過1L；沉降筒應置于溫度變化小的室內平穩(wěn)桌面上，避免陽光直射而導致渦流，影響土粒自由沉降）4. 測定懸液比重4.1 攪拌：先測定

20、懸液溫度。然后用特制攪拌棒上下均勻攪拌懸液1分鐘(30次)（注意攪拌方法），使懸液中顆粒均勻分布，攪拌時，如懸液發(fā)生氣泡，迅速加入12滴異戊醇消泡。4.2 讀數：攪拌停止立即取出攪拌棒，并記錄時間(土粒開始沉降的時間)，按表所列溫度、時間和粒徑的關系，選定比重計讀數的時間，測出相應粒級的比重計讀數。每次讀數前30秒，將比重計輕輕放入懸液中，使其不要上下浮動，時間一到迅即讀數。讀數后取出比重計，以免影響土粒繼續(xù)下沉。（注意：比重計橫向拿取，桿很易折斷，應右手豎向拿取，左手底托浮泡，避免損壞；比重計使用時應輕取輕放，盡可能避免搖擺震動；比重計應放于沉降筒中懸液的中心，浮泡不能和四周筒壁接觸；讀數時

21、以液體彎月上緣與比重計相交處為準）5. 空白校正：另取一沉降筒，加入與處理土樣等量的分散劑，用軟水稀釋至1000毫升，比重計讀數即為空白校正。六、 結果計算1、比重計校正讀數 比重計校正讀數比重計原讀數-空白校正值（注：空白校正值包括分散劑校正值和比重計校正值） 在不同溫度時各粒級的比重計測定時間表(國際制)粒徑時間溫度粒徑時間溫度0.020.0020.020.002分 秒時 分分 秒時 分5 9 30 17 3618 6 37 12 1469 14 17 519 6 28 11 5678 58 16 3520 6 17 11 388 42 16 521 6 8 11 298 26 15 36

22、22 5 59 11 5108 10 15 923 5 51 10 50117 56 14 4324 5 43 10 35127 43 14 1925 5 35 10 20137 31 13 5526 5 28 10 7147 19 13 3327 5 20 9 53157 8 13 1228 5 13 9 40166 57 12 5229 5 7 9 2817 6 4712 3330 4 59 9 16 2.2 國際制七、 注意事項1. 顆粒大小很不均一的土壤，土樣不易混和均勻，這時可把土壤平鋪在一光滑玻璃板上或光滑紙上，攤成薄層，劃成若干方格，然后用角匙從各方格中勻取土樣混合之，作為分析用

23、之試樣。 2. 若土樣中有機質含量超過2，宜先用過氧化氫加熱處理，使之大部分分解。3. 將泥漿沖洗人沉降筒時，嚴防用大量軟水沖洗，以免沉降筒中懸液體積超過1000 mL。4. 沉降筒應放在溫差變化小的室內平穩(wěn)桌面上，避免陽光直射而導致懸液渦流，影響土粒自由沉降。 5. 攪拌懸液時上下速度要攙勺，攪拌棒向下時一定要觸及沉降筒底部，使全部土樣都能懸浮。攪拌棒向上時，有孔釜屬片不能露出液面，一般至液面下35cm高度即可，否則會使空氣壓人懸液，致使懸液產生渦流現象，影響土粒開始時的沉降規(guī)律。6. 在測定時，比重計應輕放輕取，盡可能避免搖擺和震動，以保證土粒自由沉降。比重計應放于盛有懸液的沉降筒中心，比

24、重計浮泡不能和四周筒壁接觸。7. 比重計橫向拿取，比重計桿很易折斷，所以應右手豎向拿取比重計，左手抵托比重計浮泡，避免損壞比重計。8. 攪拌時，懸液發(fā)生氣泡若影響懸液彎液面和比重計刻度的觀測時，應加數滴異戊醇消泡。讀數時以液體彎月上緣與比重計相交處為準。9. 按新的概念甲種比重計應叫甲種密度計，但考慮到習慣，這里仍采用了“比重”的概念。八、 質地分類及定名 國際制土壤質地分類標準質 地 名 稱顆 粒 組 成（mm,%）粘 粒（<0.02）粉 粒（）砂 粒(2-0.02)砂 土1、砂土及壤質砂土0-150-1585-100壤 土2、砂質壤土0-150-4555-853、壤土0-1530-4540-554、粉砂質壤土0-1545-1000-55粘壤土5、砂質粘壤土15-250-3055-856、粘壤土15-2520-4530-557、粉砂質粘壤土15-2545-850-40粘 土8、砂質粘土25-450-2055-759、壤質粘土25-450-4510-5510、粉砂質粘土25-4545-750-3011、粘土45-650-350-5512重粘土65-1000-350-35