土壤酸碱度、含水量和有机质测量方法对比

陈富伟，李 伟

（西藏大学理学院，西藏 拉萨 850000）

在生态系统中，土壤是重要组成部分，土壤还是最基本的生产资料，为植物的生长提供水分养料。土壤安全是保证农作物安全的基础，是帮助人类能够健康生存的重要组成部分。保护土壤安全就是保护生态系统稳定，实现可持续性发展，达成人与自然的和谐发展目标。面对现有的生态系统的严峻形势，我国已经把生态工程建设作为建设重点。土壤在生态环境中充当着举足轻重的角色。土壤酸碱度影响着土壤中营养物质的存在状态，进而影响植物生长所需营养物质。植物生长所需要的主要水分也由土壤来提供，土壤水含量的高低对植物的生长至关重要。有机质是土壤肥力的衡量指标，同时也影响到土壤中微生物的生存条件。

土壤安全威胁着农业生产的效益和人口与资源的可持续性发展。土壤是人们赖以生存的基础，人类需要进一步认识土壤，了解土壤。在研究土壤质量的过程中，土壤的酸碱度含水量和有机质含量是重要指标。因此有必要对土壤酸碱度、含水量和有机质含量等测定方法开展研究。操作中科学可行的测量土壤相关理化性质方法可使人类更直观方便的了解土壤。本文通过介绍在中国知网检索到的土壤酸碱度、含水量和有机质含量的测量方法，分析现有测量方法的优势与不足，旨在找出最合适的测量方法，其意义在于测量方法应在保证实验结果准确的情况下，以更少的实验成本来完成实验。

1 土壤酸碱度

土壤pH值，即土壤酸碱度，是土壤中重要的一种理化性质，它对土壤中营养物质的存在状态和形式、土壤的其他理化性质、微生物相关活动状态和植物的生长发育有很大的影响［1］。伴随着农业生产中氮肥的过量使用，土壤的酸化程度变得越来越高，因此有必要加强土壤pH的测量，降低土壤的酸化程度，土壤pH值是土壤悬浊液氢离子活度的负对数，将经过预处理的土壤制成悬浊液测定土壤酸碱度，可以用比色法和电位法两种方法测定土壤pH值。

1.1 比色法

酸碱指示剂随着pH值的不同而呈现不同颜色。因此，可以采用试纸比色法测定土壤的pH值，对比参考试纸标准变色范围，读出土壤pH值。比色法在测量pH过程中受到限制也较少，可以随身携带试纸进行测量，适用于在野外直接测定pH值。虽然准确度低，但在测定结果中0.5个pH单位准确度测量仍然是可靠准确的［2］。

1.2 电位法

电位法通常指用pH计测量pH值。先将pH计用缓冲溶液校准，然后用pH计测量制取的土壤悬浊液pH值。用pH计测量土壤pH时，参比电极和甘汞电极构成一个原电池，两电极之间产生一个电位差，参比电极电位保持不变，pH计通过构成的原电池的电位差大小测量出试液的pH值，pH计上显示出示数，可以直接读出pH值［3］，一般实验室都配备有pH计，所以采用pH计测定pH值较为方便，实验测量受干扰因素较少，结果真实可信。

2 土壤含水量

土壤水按照状态可分为固态、液态和气态三种。土壤水分按类型可分为化学自由水、吸湿水和结合水三种。植物可以吸收利用的是自由水，植物不能吸收利用吸湿水和结合水。自由水包含重力水、毛管水和膜状水。重力水是受到重力作用沉降的水，毛管水是保持在毛管中的水，膜状水是保持在吸湿水以外的水膜［5］。吸湿水是因受到分子引力和静电引力而附着在土壤颗粒表面的水，一般在105℃以上才会脱离土壤。化学结合水是与土壤构成一体的一类水，一般要在600～700℃下才能脱离土壤。测量出化学自由水和吸湿水的含量就是土壤含水量。土壤含水量对于农业的生产发展至关重要，测定出土壤含水量的结果对于种植农作物和安排灌溉抗旱具有重要意义。土壤含水量的测定方法要做到速度快、成本低和操作简单。常用的测定土壤含水量的方法有烘干称重法、土壤水分传感器法和射线测定法等。

2.1 烘干称重法

烘干称重法又被称作重量法，在105℃恒温下，将土壤样品烘干至恒重，烘干前后两次称量之差就是土壤含水量。可以采用的烘干方法还有红外线烘干、酒精烘干和烘箱烘干等。在烘干操作时可以把多个样品进行烘干取平均值以降低实验误差。烘干法测定土壤含水量操作简单，测得的结果较为准确。其不足之处是在采样时不可以采取同一层土壤进行测量，需要分层采样测量［5］。而且在烘干操作时温度较高，土壤易发生化学变化，从而影响最后测量结果，应在烘干操作时严格把控时间。

2.2 传感器法

水分传感器有直接显示和二次传感两种类型［5］。以U型水银柱显示器在直接显示传感器中精密度最高，读数最为准确，误差较小。但实验操作过程中如果有水银洒出会污染环境，危害人体健康。二次传感显示器实现了数字化测量［6］，可以直接读出土壤含水量，较为方便。研究发现二次传感器还可以用于土壤水势的测量［7］。传感器法测量土壤水分含量可以做到随时随地测量，不受地理位置限制，测量快速，成本较低。缺点是测定土壤含水量受传感器本身影响较大，对传感器的生产厂家制造标准要求较高，仪器生产需要做到高精密度产出。

2.3 射线测定法

射线法测定土壤含水量，是根据射线穿透过土壤过程中衰变的能量与土壤含水量有函数关系，通过函数图像计算出土壤水分含量。射线法有中子仪法、X-射线法和γ-射线法等。中子仪法是衰减能量的中子数和土壤含水量有确定的函数关系［8］，从而求出土壤含水量。采用中子仪测量法测定过程中不受土壤深度的影响。但中子仪设备昂贵，且对人体有辐射危害，一般实验室不具备实验条件。CT是将X-射线经过土壤时衰减能量变化转换为图像，显示出土壤内部组成后再分析计算出土壤含水量。CT也是一种发展技术较为成熟方便的射线法测定土壤水含量的方法，但测量过程中受土壤容量的影响［9］。

3 土壤有机质

土壤有机质是土壤中最活跃的部分，它包括各类含碳有机化合物，是土壤肥力的基础，可以说没有土壤有机质就没有土壤肥力。土壤有机质是土壤肥力的主要来源，可以提供植物所需要的各种养分。土壤有机质促进土壤结构的形成，降低土壤粘性，减少耕作阻力，提高耕作质量。土壤有机质为植物提供营养物质，为微生物提供能源物质，同时也是组成土壤结构的重要因子［10］。土壤有机质直接影响土壤温度、通气状况、土壤肥性、保墒性、缓冲性和土壤可耕性。可采用三种主要方法干烧法、灼烧法和化学氧化法测定土壤有机质含量。

3.1 干烧法

干烧法［11］是将土壤样品在不含有CO2的惰性气流或直接在O2气流中进行燃烧释放出CO2到达检测点，再通过检测仪器测量出所生成的CO2含量，计算出土壤有机质含量。土壤中的有机质经过干烧法可以全部分解，不受其他物质的干扰，测量结果相对准确。但干烧法操作起来相对复杂、耗时，需要精密的仪器进行处理分析，分析操作成本较高，不适合小型普通实验室进行实验操作。

3.2 灼烧法

灼烧法是将土壤的自由水和吸湿水烘干去除后称其重量再将土壤样品置于350～1000℃灼烧一段时间，再称样品重量，两次重量之差即是土壤样品中有机质的重量【12】。灼烧法只是简单的物理变化过程，不产生化学污染，缺点是土壤中碳酸盐的分解和结构水的失去使得该法测量的土壤有机质含量偏高［12］。灼烧法操作相对简单，可以快速测定大量土壤样品中有机质的含量。目前，TOC分析仪［13］测定土壤有机质含量的方法已经被普遍认同，可以完成土壤有机质含量的批量测定。

3.3 化学氧化法

化学氧化法是指在酸性条件下用重铬酸钾或高锰酸钾作氧化剂，将土壤有机质进行氧化，记录下所消耗的氧化剂的量。丘林法较为常用［14］，将土壤有机质利用过量的K2Cr2O7-H2SO4标准溶液进行氧化，再使用FeSO4标准溶液回滴剩余的K2Cr2O7溶液，利用公式计算出土壤有机质的含量。化学氧化法的优点是在一般实验室就可以完成测量土壤有机质含量的操作，但在实验中要使用大量的浓硫酸、铬盐易造成二次污染。特别是浓硫酸在操作过程中容易对人体的皮肤造成腐蚀伤害，因此化学氧化法测定土壤中有机质含量时要注意操作规范和实验安全。实验用化学药品易造成环境污染，要达到排放标准才能进行排放。

4 结语

土壤酸碱度、含水量和有机质的测量方法存在需要完善和改进的地方，需要进一步实验研究。在测定土壤酸碱度时，采用比色法虽简单方便，而用pH计进行测量时，得到的pH值更为准确，因此测量土壤pH值时可采用电位法较准确地测量出土壤酸碱度。对土壤含水量的测定可采用土壤水分传感器法，它本身测量较为方便，可以做到实时实地进行测量，测量结果也较为准确。而烘干称重法在实验操作过程中需要严格把控烘干时间，对实验操作要求较高。射线测定法测定土壤含水量时，实验过程有较大的辐射，不建议采用这种方法测定土壤含水量。可采用化学氧化法测定土壤有机质含量，化学氧化法在普通实验室就具备实验条件，氧化还原滴定是实验室常规性操作实验，操作简便，得到的实验结果一般较为准确。而干烧法对实验室设备要求较高，精密分析仪器价格昂贵，一般实验室不具备实验条件。灼烧法测定的土壤含水量结果偏高，不如化学氧化法测定的实验结果准确。

在现在仍有很多其他土壤酸碱度、含水量和有机质含量的测定方法处于研究中，有些新的研究方法已经被发现，只是尚未确定其可靠性，需要进一步实验去证明其可行性。今后对测量方法需要进行更加深入地研究，逐步完善技术手段，改进仪器设备，以期望达到实验准确快速，实验成本低效率高，误差小，符合科学测量标准。今后的发展前景向着实验速度快、结果准确、操作安全和实验成本低的方向发展。