耕地土壤pH 测定方法比较研究

黄 翔，陈 钢，2，洪 娟，2，杜 雷，程维舜，王素萍，罗 茜，张贵友，姜 利，张利红

（1.武汉市农业科学院，武汉 430345；2.华中农业大学，武汉 430070）

酸碱性（pH）是土壤重要的化学性质之一，不仅影响土壤微生物活性，对土壤中养分存在的形态和有效性、土壤的理化性状以及植物的生长发育都有很大的影响［1］。近10 年来，随着化肥的施用量不断增长，土壤酸化问题尤其严重。因此，找到一种能够准确、快速的测定土壤pH 对评估耕地质量和制订相应合理的改良措施具有重要指导作用［2］。常用的pH 测试方法主要有pH 试纸、混合指示剂比色法和电极电位法。现实过程中受测试精度和设备价格的限制，电极电位法因其快速、准确的获取结果而被广泛采用［3］。截至目前为止，国内在科研和实际生产中土壤pH 测定的主要依据是国家林业局1999 年发布的《森林土壤pH 的测定》（LY/T1239—1999）［4］和农业部2006 年发布的《土壤检测》第二部分《土壤pH 的测定》（NY/T1121.2—2006）［5］以及农业部2007年发布的（NY/T1377—2007）［6］等标准。2005 年，国际标准化组织发布了《土壤质量-pH 的测定》（ISO 10390：2005）的国际标准［7］。比较土壤pH 国际标准与国内标准测试方法的差异，主要表现在液土比大小、振荡时间和静置时间等的不一致（表1）。也有研究表明，使用不同的液土比对土壤pH 进行测试，通过对测试结果线性回归是可以实现不同测定方法结果之间的数据转换［8］，但是目前采用国际国内2种标准测定不同耕地类型土壤pH 的比较分析尚未见报道，这也限制了国际标准在国内的广泛应用。

表1 国际和国内标准待测液制备条件差异

中国幅员辽阔，耕地面积约1.3 亿hm2，占国土面积的13.5% 左右，作物种植和耕地类型多样，不同耕地类型土壤的pH 差异也很大，其表层土壤的pH为4.5~8.5［9-11］。测定耕地土壤的pH 多采用国内方法，不同研究采用的液土比不尽相同，主要采用2.5∶1 和5∶1 两种，致使测定的结果之间存在差异；除此之外，耕地土壤内含物比较复杂，浸提静置后，一些难溶性杂质会悬浮在浸提液中对pH 的测试造成一定的影响，长期如此也会缩短测试电极的使用寿命，因此使用过滤手段降低这一因素的影响很有必要。本研究以中国几种不同耕地类型土壤为研究对象，使用国际和国内标准测定pH，分析比较2 种标准之间的差异和相关性，增加浸提液过滤处理，对影响pH 测定因素进行分析探讨，旨在为耕地土壤pH 的测试提供指导，以期获得一种详尽、实用和重复性好的检测方法。

1 材料与方法

1.1 样品的采集与制备

不同地区耕地土壤样品采集信息见表2。在每个耕地选取种植作物、基本均匀的耕地，布设5 个50 m×50 m 的样地，每个样地按“S”行布点取样20份，采样深度为0~20 cm，将20 份土样去除植物根系石块，混匀后用四分法装至样品袋带回实验室分析。土壤样品室内风干，去除残留的植物根系，压碎后过2 mm 筛保存［12］。

1.2 试验设计

中国标准LY/T 1239—1999、NY/T 1121.2—2006和NY/T 1377—2007 3种土壤pH 的测试方法与国际标准之间的差异主要是待测液制备条件的差异。本研究主要依据国际标准和国内标准（NY/T 1121.2—2006）的测定标准，以水为浸提液，分别设置了4 组试验，通过控制水土比、振荡时间和测试液是否过滤研究影响pH 测定结果的因素，比较2 种标准测定结果之间的差异，具体试验设计见表3。

表3 试验设计

1.3 土壤pH 的测定

国际标准采用量匙量取土壤。试验用水为二级水标准并去除CO2，试验温度均控制在（20±2）℃，使用梅特勒FE28 型pH 仪测定，电极使用复合电极（LE438），每个土样做3 次重复，求平均值。

1.4 数据处理

所有数据均用SAS 8.0分析，并用Excel 2007作图。

2 结果与分析

2.1 水土比对土壤pH 测定的影响

在改变水土比的条件下，不同耕地类型土壤pH的测定结果见表4。从总体来看，当水土比从2.5∶1提高到5∶1 时，相同前处理条件下从水稻土（南方）到水稻土（北方）pH 分别平均增加0.10、0.07、0.08、0.05 和0.10 个单位。

2.2 振荡时间及测试液过滤对土壤pH 测定的影响

在改变振荡时间和测试液过滤条件下，不同耕地类型土壤pH 的测定结果经方差分析表明，随着振荡时间的增加，同种耕地类型土壤，相同水土比条件下，无论浸提液是否过滤，各种耕地类型土壤pH 均未表现出明显的变化（表4）。

表4 不同水土比和振荡时间下pH 测定结果（平均值±标准偏差）

2.3 pH 测定影响因素方差分析

双因素方差分析（表5）显示，依据试验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的结果，土壤pH 的测定主要受水土比的影响，振荡时间和水土比之间无显著的交互作用。

表5 影响因素方差分析

2.4 国际和国内标准测定结果比较分析

2.4.1 国际和国内标准土壤pH 测定结果的比较国际标准测定不同耕地土壤pH 的平均值与标准偏差分别为7.01±0.04、6.19±0.02、8.10±0.02、5.09±0.02和7.52±0.03，国内标准（NY/T 1121.2—2006）测试结果平均值与标准偏差分别为6.91±0.02、6.12±0.02、8.02±0.04、5.04±0.01 和7.43±0.03，两者标准测试的结果之间基本无差异（图1）。

图1 国际和国内标准测定耕地土壤pH 结果比较

2.4.2 国际和国内标准测定结果相关性分析 对使用国际和国内标准（NY/T1121.2—2006）的测定结果进行相关性分析（图2），结果表明2 种标准的测定结果达到极显著相关（R2=0.999 2，P<0.000 1），其相关性方程为y=0.988 7x-0.001 6，表明这2 种方法测试的数据可以进行转换。

图2 国际标准与国内标准测试结果相关性分析

3 讨论

土壤pH 是影响土壤肥力的一个重要指标，其不仅影响土壤微生物活性，而且影响土壤理化性质以及植被对土壤有效养分的吸收和利用［13］。因此，准确测定土壤pH 对耕地质量的管理和评估具有重要意义。

本研究采用国际和国内（NY/T 1121.2—2006）标准测定不同耕地类型土壤pH，对2 种标准测定结果进行比较分析，设置了不同水土比、振荡时间和浸提液过滤过程，研究其对pH 测定的影响。研究结果表明，只有液土比对土壤pH 测定产生一些影响，但不显著，另外2 个因素对土壤pH 测定影响甚微。国际标准测定土壤pH 采用体积比（水土比为5∶1），可以适用于所有类型的种植土壤，而中国对土壤pH 测试都使用质量比，这样势必会增加一定的工作强度。pH 测试方法放入国际和国内标准中，对振荡时间都有不同的要求，本研究结果表明，在5~60 min，振荡时间对土壤pH 测试没有显著影响，因此，在分析大批量或者超大批量的土壤pH时，可以采用振荡5 min即可满足测试要求，缩短工作时间，提高工作效率。另外，由于耕地土壤内含物质比较复杂，土壤样品浸提后，一些难溶物，特别是漂浮的微小杂质会对pH计的电极产生一定的干扰，从而降低pH 计测试的精度，延长仪器测试样品的稳定时间。依据仪器工程师的使用建议，本研究增加了对浸提液进行过滤的环节，同时也保证过滤和测试整个过程在120 min 内全部完成。研究发现，浸提液过滤对土壤pH 测试结果没有任何影响，并且浸提液经过滤后，测试液大部分处于澄清状态，仪器测试稳定时间缩短，重复性好。此外，温度对土壤pH 测试会产生较大的影响，国内标准对测试温度没有做详细的规定，但国际标准在pH 计的校正和测试环节均明确指出需在（20±2）℃条件下进行，因此，国际标准在测试温度方面的要求明显高于国内标准。对使用国际和国内标准测定5 种不同类型耕地土壤pH 测试结果进行比较分析（图1），其中果园、大棚西瓜和青稞地土壤从酸性到碱性，国际标准测定结果显著高于国内标准（P<0.05）。由此可见，酸碱性不同土壤使用不同的测试标准可能会影响到最终结果的可比性。本研究中，国际和国内标准测定结果达到极显著相关（R2=0.999 2，P<0.000 1），其相关性方程为y=0.988 7x-0.001 6，可以进行2 种方法结果的数据转换。吴淑娟等［3］于2018 年使用国际标准（土水比1∶5）和国内标准（土水比1∶2.5）对5 种不同的草地土壤pH 进行了比较研究，并建立了2 种方法的线性回归方程：y=0.946 8x+0.479 1（R2=0.998 8，P<0.000 1），为推进土壤pH 的测试使用国际标准提供了有力支撑。

4 结论

国际标准适用于所有类型耕地土壤pH 的测定，与国内标准测定结果具有显著的相关性（R2=0.999 2，P<0.000 1），两者之间可以进行数据间的转换。

振荡时间和浸提液过滤对测定结果无显著影响，但浸提液经过滤后，测试液大部分处于澄清状态，仪器测试稳定时间缩短，重复性好，且对pH 计的电极磨损降低，可以提高pH 计电极的使用寿命。