土壤监测的质量控制技术.ppt

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1、土壤监测质量控制,目 录,一、土壤样品的采集与处理,1.1 土壤样品的采集,1.2 土壤样品的处理,混合土壤的采集剖面样的采集土壤物理性质原状样品的采集微量元素及其它样品的采集,1.1.1 概述,土壤样品的采集是土壤分析最重要的步骤之一，是关系到分析结果和由此得出的结论是否正确的一个先决条件。,1.1 土壤样品的采集,1.1.1 概述,土壤是一个及其复杂的不均一群体，它具有自然变异（母质、发育等）以及外来因素引起的变异（耕作制度、施肥等），故采样稍有不慎，极容易导致无意义的分析结果，有可能出现采样误差大于分析误差。土壤采样必须具有一定的代表性，要根据分析目的的不同而采用不同的采样方法和处理方法

2、,1.1 土壤样品的采集,1.1.2 混合土壤的采集,采集点的分布要尽量均匀和随机布点，通常采用蛇形（又作S形）较好，直线形与梅花形布点容易产生系统误差。（耕作、施肥等农业技术措施一般都是顺着一定的方向进行的，如果采样与农业技术操作的方向一致，则采样点落在同一条件下的可能性较大，容易使混合土样的代表性降低。）,1.1 土壤样品的采集,1.1.2 混合土壤的采集,采集点的取土深度及重量要根据作物类型与生长情况来定，一般采10-50cm，如果根系分布较深，可适量增加采样深度（果树或苗圃可以采到0-60cm）。通常取土1Kg左右，采样要用专用工具，采好样品要进行详细记录（标签、地点、日期、深度、土壤

3、名称、姓名、周围环境等）。,1.1 土壤样品的采集,1.1.3 剖面样的采集,土壤剖面的土坑大体是宽1米长1.5-2米，深约1-2米（根据研究目的或视是否到母质层或地下水层而定）。以长方形较窄的向阳一面作为观察面，根据土壤剖面的颜色、结构、质地、松紧度、湿度、植物根系分布等，自上而下划分土层，进行仔细观察，描述记载。观察记载后，就自下而上的逐层采集土样（这主要是避免采集上层土样时对下层土层造成污染）。采样要求和混合土样一样。,1.1 土壤样品的采集,剖面示意图,1.1.4 土壤物理性质原状样品的采集,测定土壤水分、容重、孔隙度和持水量等物理性质的土壤，可直接用环刀在各层土壤中取样，在采集过程中

4、必须保持土块不受挤压，不使样品变形，并剥去土块外面直接与土铲接触而变形的部分，保留原状土样，放置于容器中保存，回到室内处理。,1.1 土壤样品的采集,取样工具,1.1.6 其它样品的采集,测量微量元素的样品，主要避免在采样过程中不必要的污染，通常用塑料袋代替布袋、纸袋，不用含有分析元素的金属采样工具。测量亚铁、亚锰、氧化还原电位的样品，如果在田间测定，只要多选几个点，如果要带回实验室测定，必须密封状态带回来。,1.1 土壤样品的采集,1.1.7 采集土壤样品的几点注意：,一种土壤只能代表一种土壤情况，不同条件下土壤应予以分别采样。土壤是立体面而不是平面，不仅要考虑到平面的变异，也要考虑垂直的变

5、异。采样数量视土壤变异程度及测定项目而定。土壤化学性质的变化不仅发生于水平及垂直方向，同时还有季节性的变异。,1.1 土壤样品的采集,1.1.7 采集土壤样品的几点注意：,采样时，要观察和记录周围环境情况、以及先、后作物生长情况（农田、耕地、荒地、森林）采样不能靠近农舍、公路、铁路及可能造成土壤特性错乱的场地。现在许多地方采用免耕法种植作物，在研究养分状况时，只需随机采表层0-20厘米。,1.1 土壤样品的采集,一、土壤样品的采集与处理,1.1 土壤样品的采集1.2 土壤样品的处理,1.2.1 样品风干,采回来的样品，首先要剔去土壤以外的侵入物，如植物残根、昆虫尸体和砖石块；还有新生体，如铁锰

6、结核、半风化体、石灰结核等（这些量如果大，要称重、记录，保存以备专门分析用），然后及时进行风干，以抑制土壤微生物活动和防止发生化学变化。,1.2 土壤样品的处理,1.2.1 样品风干,具体方法：将土壤样品弄成碎块，平铺在干净的纸上（严禁用旧报纸衬垫），摊成薄层，放于室内阴凉通风处晾干，经常加以翻动，加速干燥。当土样半干时将大土块锤碎（尤其是水稻土）。切忌阳光直接暴晒，风干场所要防止酸、碱等气体及灰尘污染。测微量元素的土样最好放在塑料板上。,1.2 土壤样品的处理,1.2.1 样品风干,注意事项：在样品风干前，把一些测定速效养分（如铵态氮、硝态氮）、亚铁、亚锰、氧化还原电位及水分等分析项目及时处

7、理分析，以免在风干过程中发生变化,1.2 土壤样品的处理,1.2.2 土样的研磨及过筛,分析土壤物理样品的研磨与过筛样品量大，采用“四分法”去除部分土样，直到所需样品量为止。去除大的石块和有机物，然后将需要的土样称重并全部通过2mm筛（10目），把大于2mm以上粒级的砾量称重，计算出2mm粒级的砾含量百分数。将通过2mm土样混匀、称重，储存于广口瓶中备用。,1.2 土壤样品的处理,1.2.2 土样的研磨及过筛,分析土壤化学样品的研磨与过筛（1）将样品混匀，用“四分法”弃去多余的土样，然后仔细地挑去石块、植物残体（如根、茎、叶等）、新生体和侵入体，然后研磨，全部通过2mm筛（10目）。混匀后，装

8、瓶备用。这种土壤样品可供测定速效养分之用（如速效钾、有效磷、pH、可溶盐、有效态微量元素等。,该步研磨需要注意：（1）磨土作用是使土壤团粒结构分散成单粒，而不是破坏单个的矿物晶粒。因此，在研压土样时，只能用木棍或塑料棍，而不能用金属锤敲打。（2）磨得过细，容易破坏土壤矿物晶体，使分析结果偏高。（3）测量微量元素的样品用玛瑙研钵研磨，塑料网筛过筛。一般常规项目的测定可用瓷研钵研磨。（4）在研磨过程中，可以用有机玻璃棒与丝绸布摩擦产生静电把细小的植株残体吸除，要反复进行。,1.2 土壤样品的处理,1.2.2 土样的研磨及过筛,1.2.2.2 分析土壤化学样品的研磨与过筛（2）将通过10目的土样用“

9、四分法”的方法取出约50g土样，进行研磨，并全部通过 0.25mm筛（60目），混匀后，装瓶备用。这部分土样可以用来进行土壤水解性氮、CEC、交换性盐基、交换性氢、铝的测定,该步研磨需要注意：（1）过筛时：不能把留在筛子上的土样倒掉，必须全部通过0.25mm筛（60目）。（2）取10目土样时：不可以随便挖取部分10目土样来研磨，否则不同粒径的土样自然分配不均匀，将降低取出土样的代表性。,1.2 土壤样品的处理,1.2.2 土样的研磨及过筛,1.2.2.2 分析土壤化学样品的研磨与过筛（3）取通过60目的土样用“四分法”的方法分出约20g左右，全部通过0.149mm筛（100目），混匀后，装瓶备

10、用。这部分样品可以用作土壤矿质全量分析、土壤全氮、全磷、全钾、有机质、重金属元素分析。,1.2 土壤样品的处理,1.2.2 土样的研磨及过筛,1.2.2.2 分析土壤化学样品的研磨与过筛（4）对于有些对样品有特殊要求的仪器，要根据仪器条件来决定样品的研磨程度。,1.2 土壤样品的处理,1.2.2 土样的研磨及过筛,注意事项挑去（吸除）不属于土壤的部分强调要全部通过，不允许将难以磨细而属于土壤的土粒部分弃去绝对不允许用一套筛子从10目到100目，用一次性通过土样的办法来作为不同孔径的土壤样品每天研磨的工具与周围环境要保持干净整洁,1.2 土壤样品的处理,土 样 过 筛,磨土工具,1.2.3 土壤

11、样品的贮存,将过筛后的土样充分混匀后，装入干净的广口瓶或干净的塑料瓶中，内外各有一张标签，写上编号、采样地点、土壤名称、采样深度、筛孔数目、采样日期以及采集者姓名，所有样品都要专册登记。贮存的土样应避免日光、高温、潮湿及有害气体的污染。一般土样保存一年左右，对于重要的要长期研究、观察的土样，可以长期保存。,1.2 土壤样品的处理,1.2.3 土壤样品的贮存,土壤标准物质的保存：标准物质的保存很重要，千万不要随意放在有有害气体（如NH3、酸等）的地方，称完标样后要及时把瓶盖盖紧，不要暴露在空气中，应该保存在干燥、通风的地方，有条件的最好保存在恒温恒湿的北面房间内。,1.2 土壤样品的处理,目 录

12、,二、土壤pH的测定,pH是土壤重要的基本性质，也是影响肥力的因素之一，它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性。在一系列的理化分析中，土壤pH与很多项目的分析方法和分析结果有密切的联系，也是审查其它项目结果的一个依据。,2.1 概述,二、土壤pH的测定,根据“中国土壤”一书将土壤的酸碱度分为5级：即强酸性pH8.5。了解我国各大类土壤的pH情况，对我们分析人员审查结果有好处，例如：红壤、砖红壤pH在4.5-6，石灰性土壤pH7.5-8.5，潮土pH在8左右，紫色土pH在7.5-8，棕色土pH在6左右等。,2.1 概述,二、土壤pH的测定,测定pH的方法最常用的是电位法和比色法。（1）电位法

13、：用于室内测定，精度较高，误差在0.02左右。（2）比色法，用于野外速测，有时在室内做定性检查用。有两种：混合指示剂比色法，pH误差在0.5左右；永久色阶比色法，pH误差在0.2左右。,2.1 概述,pH测定 示意图（电位法）,3.样品测定,（1）称 样,1.制备待测液,（2）加无CO2 蒸馏水,（3）搅 拌,（4）静 置,2.pH计校准,测土样pH,测土样pH,二、土壤pH的测定,2.2 注意事项,pH标准缓冲液要以无二氧化碳水配制。实验所涉及的物品都要预先恒温，最好是20-25。样品数量太多时，应该分批测定（一次如果太多，在后面测定的样品平衡的时间会加长，从而增加误差），每测定5-6个样品

14、，要用标准缓冲液校正仪器一次。,二、土壤pH的测定,2.2 注意事项,水土比一般为1：2.5，如果更换，应该在结果特别注明。样品测定时，电极的玻璃球在溶液中要尽量处于同一高度，这样可以减少实验中的误差。样品的研磨程度会影响pH值，过细的样品pH会增高。,二、土壤pH的测定,2.2 注意事项,室内测定土壤样品时，土壤经过风化处理，其中含有的二氧化碳大部分挥发损失，所得的结果就和田间情况不同，因此，用风干土测得的pH值仅为相对值。盐提pH的测定：盐溶液（酸性土壤为1mol/L氯化钾），其它操作步骤与水浸提液相同,目 录,3.1 概述,三、土壤有机质的测定,土壤有机质包括各种动植物残体以及微生物及其

15、生命活动的各种有机产物。土壤有机质不仅能为作物提供所需的各种营养元素，同时还能使土壤疏松和形成结构，从而改善土壤的物理性状。在土壤分析测试中有机质的测定是重要的基础分析项目之一。,3.1 概述,三、土壤有机质的测定,测定土壤有机质的方法比较多，有干烧法、容量法等。干烧法：用于仪器分析，干净，但是成本高，而且含有碳酸盐的样品不能测（结果偏高）。,3.1 概述,三、土壤有机质的测定,容量法：硫酸-重铬酸钾氧化，用电热板、消解炉、油浴的方式消化。用油浴法加热，温度均匀，时间容易控制，但比较脏。电热板与消煮炉相对干净，但是温度不均匀，不能大量操作。该法缺点是凡是可被重铬酸钾氧化的物质，如亚铁、亚锰和C

16、l-都有干扰。,3.2 外加热法测定有机质,三、土壤有机质的测定,3.2.1 原理 重铬酸钾氧化外加热法是利用油浴加热消煮的方法来加速有机质的氧化，使土壤有机质中的碳氧化为二氧化碳，而重铬酸离子被还原成三价铬离子，剩余的重铬酸钾用二价铁的标准溶液滴定，根据有机碳被氧化前后重铬酸离子数量的变化，就可算出有机质的含量。本法采用氧化校正系数1.1来计算有机质含量。,有机质测定 示意图（外加热-重铬酸钾容量法）,2.滴定,1.制备待测液,（1）称样,（2）加重铬酸钾,（3）加硫酸,（4）消化,（5）转移,3.计算,样品应该先测定全氮，然后根据全氮的结果来确定有机质的称样量，这样可以减少有些有机质含量高

17、的样品的测定次数。（减少返工率）如样品中氯化物的含量高，可加入少量的硫酸银除去影响。测定石灰性土壤时，加硫酸时一定要慢，防止由于碳酸钙的分解而引起激烈发泡。,3.2 外加热法测定有机质 3.2.2 注意事项,溶液转移到三角瓶时，要控制体积在80mL左右。（邻啡罗啉指示剂的滴定酸度在2-3mol/L，如果超过体积可以补加硫酸，使溶液酸度达到要求）有时会有样品粘于试管底部，可借助超声清洗器将其洗脱下来。消化的时间应该尽量准确，控制在5分钟。要从溶液开始沸腾时记时，有时会表面有一点气泡那不是沸腾，要注意区分。,3.2 外加热法测定有机质 3.2.2 注意事项,一批样品不要做太多，温度不均匀，消化的效

18、果不好。加重铬酸钾时，移液管要伸至试管中下部，加硫酸时要从试管口沿壁慢慢加入，并旋转试管，尽量将试管壁上部沾着的样品冲下去。,3.2 外加热法测定有机质 3.2.2 注意事项,滴定时，光线应该比较好，所以要安排好实验的时间。同一批样品要当日完成。测定有机质的样品必须采用风干土，水稻土与长期渍水土壤有还原性物质，不风干会使结果偏高。为了保证有机碳氧化完全，如果测定时所用硫酸亚铁的体积小于空白标定的1/3时，需减少称样量重做。,3.2 外加热法测定有机质 3.2.2 注意事项,如样品的有机质含量大于15%时，可用固体稀释法来测定。方法如下：称取磨细的样品1份（准确到1mg）和经过高温灼烧并磨细的矿

19、质土壤9份使之充分混合均匀后再从中称样分析，分析结果以称量的十分之一计算。,3.2 外加热法测定有机质 3.2.2 注意事项,3.3 土壤氮的测定,3.3.1 概述,土壤中的氮素分为无机态和有机态两类，而绝大部分以有机态存在，它的含量和分布与土壤有机质密切相关。土壤氮素形态各异、种类繁多，各种形态氮的含量受微生物和环境因子作用而改变。通过测定土壤氮素的含量、形态分布，可以阐明土壤氮素供应能力，为合理施用氮肥提供依据。,3.3.2 土壤全氮的测定,方法：杜马斯法（燃烧法）和凯氏法、重铬酸钾-硫酸消化法、高氯酸-硫酸消化法等。燃烧法适用于仪器分析（如元素分析仪），干净不费时，但是费气（He气），成

20、本高。凯氏法目前在国内外作为经典方法,3.3 土壤氮的测定,3.3.3 凯氏法测定土壤全氮 原理,3.3 土壤全氮的测定,样品在催化剂的参与下，在用浓硫酸消煮时，各种含氮有机化合物，经过复杂的高温分解反应，转化为铵态氮。碱化后蒸馏出来的氮用硼酸吸收，以酸标准溶液滴定，求出土壤全氮含量。因为NO3-N和NO2-N在消煮过程中易挥发，因此，本法测得的结果不包括NO3-N和NO2-N。但一般土壤中这两种N的含量不超过1%，故可忽略不计。,全氮测定 过程示意图（凯氏法）,2.蒸馏,1.样品消煮,（1）称样,（2）加催化剂,（3）加硫酸,（4）消化,3.滴定,4.计算,纳氏试剂检查,注意事项,样品中含有

21、硝态氮或亚硝态氮时，要进行预先处理（城市土壤、菜园土）。先要把样品中的硝态氮和亚硝态氮还原成铵态氮，然后再消化。方法有达氏合金法（市售）、水杨酸和高锰酸钾-还原性铁法等。,3.3.3 凯氏法测定土壤全氮,注意事项,消化开始时温度不宜太高，10-15min以后可以升高温度。待溶液变成浅绿色，没有黑色碳粒时，再降低温度（硫酸回流在瓶颈1/3处）1h。蒸馏时，凯氏瓶中要保持1M碱量，否则蒸馏不完全，或馏出液不变色。,3.3.3 凯氏法测定土壤全氮,目 录,4.1 土壤阳离子交换量（CEC）,4.1.1 概述,四、土壤阳离子交换量,阳离子交换量的大小，可以作为土壤保水保肥能力和重金属交换能力的指标，是

22、改良土壤、合理施肥、修复污染土壤的重要依据之一。,4.1 土壤阳离子交换量（CEC）,4.1.1 概述,四、土壤阳离子交换量和交换性盐基,测定CEC的方法：有乙酸铵法、氯化铵-乙酸铵法、乙酸铵-EDTA法，这些方法的原理都是一样的，都是把土壤吸收复合体上的钾、钠、钙、镁、氢、铝等阳离子与提取液中的NH4+进行交换，形成NH4+质土，过量的铵盐用酒精洗去，再用MgO蒸馏出氨，用标准酸滴定，并计算出CEC的量。,乙酸铵法适用中性、酸性土壤阳离子交换量的测定，必须浸提3-4次，而且要检查到无Ca2+为止，比较耗时，费药品，测定前，先要了解土壤pH,pH大于7，采用pH8.5乙酸铵溶液提取，pH小于7

23、，采用pH7.0的乙酸铵溶液提取。,氯化铵-乙酸铵法适用于石灰性土壤阳离子交换量的测定，更加费时，方法是先将样品称放在烧杯中，加氯化铵溶液然后放在电炉上煮沸，直到无氨味为止（如煮沸溶液很少而且仍有氨味，则还要补加氯化铵溶液继续煮）。再加乙酸铵溶液浸提，步骤同乙酸铵法。,乙酸铵-EDTA法不仅适用于中性、酸性土壤，也适用于石灰性土壤阳离子交换量的测定，方法相对比较简单，只需浸提一次就行。该法的关键是第一次搅拌，必须搅拌一分钟以上。是我们日常使用的方法。（用乙醇洗好的铵质土洗入凯氏瓶中加MgO蒸馏，其它步骤同全氮的测定）,4.1 土壤阳离子交换量（CEC）,4.1.1 概述,四、土壤阳离子交换量和

24、交换性盐基,土壤的阳离子交换性能是由土壤胶体表面性质所决定，由有机的交换基与无机的交换基所构成，前者主要是腐殖质酸（200-400cmol/kg），后者主要是粘土矿物（2:1型粘土矿物如蒙脱石的交换量为 60-100cmol/kg，1:1型粘土矿物如高岭石的交换量为 10-15 cmol/kg）。,4.1.2 乙酸铵-EDTA法,4.1 土壤阳离子交换量（CEC）,采用0.005mol/L EDTA（乙二胺四乙酸）与1 mol/L醋酸铵混合液作为交换剂，在适宜的pH条件下（酸性土壤pH7.0；石灰性土壤pH8.5），这种交换络合剂可以与二价钙离子、镁离子和三价铁离子、铝离子进行交换，并在瞬间即

25、形成电离度极小而稳定性较大的络合物，不会破坏土壤胶体，加快了二价以上金属离子的交换速度。同时由于醋酸铵缓冲溶液的存在，对于交换性氢和一价金属离子也能交换完全，形成铵质土，再用95%酒精洗去过剩的铵盐，用蒸馏法测定交换量。,原理,CEC测定 示意图（乙酸铵-EDTA法）,2.洗铵,1.交换,5.计算,（5）酒精搅拌,（7）转移,纳氏试剂检查馏出液,（2）加交换剂,（3）搅拌交换,（4）离心、弃清液,（1）称样,酸性土壤：pH7.0溶液,中性、石灰性土壤：pH8.5溶液,3.蒸馏,（6）离心、检查,纳氏试剂 呈黄色,4.滴定,纳氏试剂不显黄色,注意事项,4.1.2 乙酸铵-EDTA法,碱化度较高的

26、土壤，用上述提取剂一次性提取交换不完全，因为钠盐同EDTA易形成稳定常数极小的EDTA二钠盐，故需要提取2-3次。用酒精洗剩余的铵离子时，一般洗三次即可。个别样品洗至最后可能出现浑浊现象，必须增加离心机转速，使其沉清，如果仍有浑浊，则不能继续离心。,注意事项,4.1.2 乙酸铵-EDTA法,蒸馏时只能用氧化镁不能用氢氧化钠，因为氢氧化钠碱性过强，能水解土壤中部分有机态氮素成铵态氮，致使结果偏高。加氧化镁时，应尽快将开氏瓶接入定氮仪后才能摇动，以防气态氨损失。,4.2 交换性盐基,4、土壤阳离子交换量和交换性盐基,中性和酸性土壤在测定CEC的同时，最好测定土壤交换性盐基组成（钾、钠、钙、镁），可

27、以了解土壤盐基饱和状况。这对改良土壤和土壤分类是一个重要依据。中性土壤盐基呈饱和状态，而红壤的盐基饱和度只有20-50%。,4.2 交换性盐基,四、土壤阳离子交换量和交换性盐基,测定交换性盐基可以用乙酸铵交换法，也可以用乙酸铵-EDTA交换法，其方法是在做CEC时，把提取液收集到量瓶中，用乙酸铵定容。溶液可直接在等离子光谱上测定出几种离子的含量。对石灰性土壤，目前没有很好的测定方法。,4.3 交换性酸,用1mol/L的KCl溶液淋洗土壤时，土壤无机胶体吸附的H+和 Al3+被K+交换进入溶液，用氢氧化钠标准溶液直接滴定浸出液所得结果为交换性酸总量。另取一份浸出液，加入足量的氟化钠溶液，使Al3

28、+形成络离子，防止其水解，再用氢氧化钠标准溶液滴定，所得结果为交换性H+，两者之差为交换性Al3+。,目 录,5.1 土壤含水量的测定,五、土壤水分、容重和颗粒组成,土壤水分含量是表征土壤水分状况的一个指标，含水量的多少，直接影响土壤的固、液、气三相比，以及土壤的适耕性和作物的生长发育。通常所说的土壤水实际上是指在105从土壤中驱逐出来的水。土壤含水量的常用测定方法：烘干法、中子法、TDR法（时域反射仪法），后两种需要特别的仪器，以及一定的防护条件。,5.1.1 烘干法测定土壤含水量,5.1 土壤含水量的测定,概念,土壤样品在1052烘至恒重时的失重，即为土壤样品所含水分的质量。,试样的选取与

29、制备：,风干土样：选取有代表性的风干土壤样品，压碎，通过1mm筛，混合均匀后备用；,5.1.1 烘干法测定土壤含水量,5.1 土壤含水量的测定,注意事项,用于除石膏性土壤和有机土（含有机质20%以上的土壤）以外各类土壤的水分含量。在定期测定土壤含水量时，由于不可能在原处再取样，而不同位置上由于土壤的空间变异性，会给测定结果带来误差。,5.1.1 烘干法测定土壤含水量,5.1 土壤含水量的测定,注意事项,快速烘干法（红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃烧法等）虽然可以缩短烘干和测定时间，但是需要特殊设备。同时也不能避免由于每次取出土样和更换位置所带来的误差。,5.2 土壤容重,五、土壤水分、容重和

30、颗粒组成,土壤的密度和容重是两个常用的基本参数，两者都是计算土壤的孔度和三相组成的因素，土壤容重值更有多方面的用途。,土壤容重：田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质量，土壤容重值多介于1.0-1.5 g/cm3。两者的质量均以烘干土计。,5.3 土壤颗粒,五、土壤水分、容重和颗粒组成,土壤颗粒（土粒）是构成土壤固相骨架的基本颗粒，它们的数目众多，大小（粗细）和形状迥异，矿物组成和理化性质变化甚大。根据土粒的成分，可分为矿物质土粒和有机质土粒两类，通常所说的土粒是指矿质土粒。,5.3 土壤颗粒,五、土壤水分、容重和颗粒组成,土壤颗粒分析亦称土壤机械分析，常用的有吸管法、比重计法。

31、吸管法繁琐，但精确，比重计法操作简单，但精度略差，而且计算麻烦。这两种方法都是以司笃克斯定律为基础的，司笃克斯（G.G.Stokes）定律：球体在解质中沉降，其沉降速度与球体半径的平方成正比，而与解质的粘滞系数成反比。其关系式如下：,5.3 土壤颗粒,五、土壤水分、容重和颗粒组成,v 半径为r的颗粒在解质中沉降的速度（厘米/秒）g 物体为自由落体时的重力加速度，为981厘米/秒2r 沉降颗粒的半径（厘米）d1 沉降颗粒的比重（克/厘米3）d2 介质比重（克/厘米3）介质的粘滞系数（克/厘米秒）,5.3 土壤颗粒,五、土壤水分、容重和颗粒组成,吸管法以司笃克斯定律为基础。利用土粒在静水中沉降规律

32、，将不同直径的土壤颗粒按粒级分开，加以收集、烘干、称重，并计算各级颗粒含量百分数。确定土壤的颗粒组成，进行土壤质地命名。在土壤颗粒分析吸管法之前，土壤样品要进行预处理，包括1mm 石砾处理、去除有机质、去除碳酸盐、洗钙和氯离子。,5.3 土壤颗粒,五、土壤水分、容重和颗粒组成,制备好悬浊液后根据不同pH加不同的分散剂：石灰性土壤加0.5M六偏磷酸钠、中性土壤加0.5M草酸钠、酸性土壤加0.5N氢氧化纳。,5.3 土壤颗粒,五、土壤水分、容重和颗粒组成,除了采用吸管法或比重计法进行土壤颗粒分析外，现在还应用激光粒度仪分析，但还是要去除有机质、去除碳酸盐。吸管法结果是重量百分比，激光粒度仪测定的结

33、果是体积百分比，两者可以互相转换。（杨金玲,张甘霖,李德成,潘继花.激光法与湿筛-吸管法测定土壤颗粒组成的转换及质地确定J.土壤学报,2009,05:772-780.）,吸 管 仪 示 意 图,等待上机测定的样品,激 光 粒 度 仪,目 录,6.1 定量分析实验室过程简介,六、土壤元素分析,（1）取样：均匀，具有代表性粉碎、过筛、混匀、缩分（四分法，对角线）（2）干燥：去吸湿水；风干、烘干、干燥器（采用不同温度。保持原貌，防污染）（3）分解：转入溶液，呈离子态（4）消除干扰：掩蔽，分离（沉淀，萃取，挥发或蒸馏，离子交换）,6.1 定量分析实验室过程简介,六、土壤元素分析,（5）测定：根据组分含

34、量，任务性质，要求灵敏度与准确度选择方法（6）计算：报告分析结果，评价整个分析过程中记录要详细，不能用纸片。记录要有日期，分析对象，溶液配制详细过程，简要分析步骤，发生现象等。数据不能随意涂改。若确属记错了，可将错的数据轻轻划一道杠，并写上正确的数据。,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,注意事项：1、所有器皿要清洗干净；2、环境要求高，不要与其他分析共用实验室；3、药品至少优级纯以上；4、蒸馏水需要二次蒸馏；,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,湿法分解常用溶剂 酸溶:溶剂有易挥发酸（HCl、HNO3、HF）和难挥发酸（H2SO4、HClO4、H3PO4）和其他溶剂（

35、H2O2）,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,湿法分解的方式湿法分解可分为常压分解和高压分解常压分解：一般将玻璃器皿或聚四氟乙烯坩埚置于电热板上加热，在一定的条件下消煮，分解试样，待消解液清亮后，再用酸溶解，定容待测。,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,常压分解的优点：无需特殊设备，消化成功率高、安全、多数样品能定量回收。适应性强、重现性好、便于多个样品同时消解、易实现自动化。局限性：空白值高（试剂和容器）、操作强度大、有时安全性较差。影响因素：酸的组成、用量、消化温度、时间和方式等。,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,高压分解：是一种在高温、高压下进

36、行的湿法消解过程，样品和消解液（混酸或混酸+氧化剂）置于合适的容器中，再将容器装在保护套中，在密闭情况下进行分解。常用容器：PTFE、玻璃碳或石英材料，易于清洗，器壁不沾污，保护套为不锈钢材料。高压分解常用试剂：HNO3，加入HF、HClO4或H2SO4,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,优点：由于在一定压力和温度下消解，酸的活性增强，难溶的固体试样也可迅速地被分解因为是密闭系统，可以有效防止样品挥发，适于易挥发元素测定防止外界污染物，酸的分解效率提高，用酸量少，空白低。,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,局限性：高压消解处理样品不宜过多（0.5g)，对于样品的代表

37、性要求较高；消化温度不得超过250，一般150；温度不能升得过快，以免有机质与酸反应在短时间内生成大量气体至压力过高发生爆炸；有机质含量高时需要预处理。,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,微波消解微波是一种频率范围在300300 000 MHz的电磁波。微波能穿透绝缘体介质，直接把能量辐射到有电介特性的物质上，电介质（样品和酸）吸收微波后被加热，样品表层经搅动、破裂，不断产生新的样品表面与酸接触直至样品消解完全。,6.2 土壤样品常规分解方法,六、土壤元素分析,微波消解容器：大部分是绝缘体材料，玻璃、聚四氟乙烯（PTFE）、全氟代烷氧乙烯（Tellon PFA）等，耐腐蚀、易加工

38、、不吸收微波，热导性差。优点：快速、用酸少，空白低。局限性：消化多个样品时，费用高。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,1、土壤中A s、Hg分析的前处理分析意义过量砷、汞通过食物链进入人体后均能引起神经系统病变。砷中毒主要表现为神经衰弱、消化系统障碍等，并有致癌作用。在农药、铜或砷冶炼、钨矿周围及焦化厂等排出的废水中均含有砷化合物，含砷废水灌溉农田后，土壤受到砷污染。受砷污染的土壤会降低农作物产量，同时引起食物链砷污染，最终损害人类的健康。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,汞(Hg)对植物为低毒，但 对人体健康和动物的危害较大，在人体中蓄积于肾、肝和脑中，毒害神经，

39、从而出现手足麻木、神经紊乱、多汗、易怒和头痛等症状。“八大公害事件”之一的日本水俣病就是由无机汞转化为有机汞，经食物链进入人体而引起的。世界土壤总汞的范围值0.01-0.5 mgkg-1，土壤总汞超过1 mgkg-1 时，相应农产品中残留汞可能超过食用标准。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,（1）土壤中总砷的分析土壤中砷的测定方法常用的有原子吸收法、原子荧光法及分光光度法从方法的灵敏度、准确度、精密度、抗干扰能力及适用性上来看，这几种方法均可采用，原子吸收法与原子荧光法比分光光度法简便、快速。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,注意事项试样酸度不宜过大，一般在1.2

40、mol L1 HCl为宜。仪器测As的检测限可达0.0060 g L-1，方法检测限为0.01 mg kg-1，不同仪器之间会有一定差异。土壤中总砷测定的国家标准方法（原子荧光法）可参阅（GB/T 22105.2-2008 土壤质量总汞、总砷、总铅的测定（原子荧光法）第2部分：土壤中总砷的测定。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,（2）土壤总汞的测定土壤中汞的测定方法较多，主要有冷原子吸收法、冷原子荧光法及原子荧光法等，均能满足土壤测定要求。原子荧光法具有较高的灵敏度、较好的选择性、较小的干扰、较宽的线性范围和较快的分析速度等优点，得到了广泛的应用。,6.3 消解方法的操作示例,六

41、、土壤元素分析,注意事项玻璃对汞有吸附作用，因此反应瓶、容量瓶等玻璃器皿每次使用后都需用10的硝酸溶液浸泡，随后用去离子水洗净备用。玻璃对汞吸附较强，因此，在配制汞标准溶液时，一般均加入5硝酸-0.5 g/L重铬酸钾溶液（汞保存液）配制。由于重铬酸钾的空白值较大，一般采用不加保存液，而采用标准系列溶液随用随配，且样品消化液要尽快测定。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,仪器测Hg的检出限可达0.0004 g/L，但原子吸收和原子荧光法Hg的检出限为0.002 mg/kg，不同仪器之间有一定的差异。土壤中总汞测定的国家标准方法（原子荧光法）可参阅（GB/T T 22105.1-200

42、8）土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法第1部分：土壤中总汞的测定。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,（3）、土壤中Cd、Cu、Cr、Pb、Zn分析前处理分析方法的选择Cd、Cu、Cr、Pb、Zn的测定方法有原子吸收分光光度法、ICP-AES、ICP-MS和比色法。原子吸收分光光度法、ICP-AES、ICP-MS具有灵敏度高、选择性好、操作简便、快速的特点，是测定土壤重金属元素的主要方法之一。根据含量的高低可分别采用AAS（火焰法），ICP-AES，AAS（无焰法）或ICP-MS来进行测定。元素标准贮备液，尽量向有资质部门购买,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,提

43、示王水-高氯酸法使土壤中重金属（Cd、Co、Cr、Cu、Ni和Pb）的结果偏低，尤其对土壤背景值的测定影响较大。一般测定土壤背景值时，建议采用HF-HClO4-HNO3法，测定污染土壤时可采用王水-高氯酸法。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,特别提示Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni和Co等的消解，采用HF-HClO4-HNO3全消解方法，可在同一消化液中测定上述元素，用此法测定的土壤标样GSS1-8的测定结果可达“可用值1S”范围内。此法对于大量样品的分析更为合适，可节省时间。在农田土壤质量普查中，有利于基层分析人员的掌握。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,注意事

44、项Cd、Pb 高氯酸的纯度对空白值影响很大，关系结果的准确度，消化时加入高氯酸的量应保持一致，尽可能少加，以降低空白值。消化时应尽可能将高氯酸白烟驱尽，否则加入碘化钾时会产生大量高氯酸钾的沉淀，少量沉淀不影响测定。若萃取液中Cd或Pb含量超出标准曲线范围，不可稀释测定，应减少消化液的量，重新萃取，否则将带来较大的误差。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,原子吸收分光光法的检出限与仪器性能有关。土壤中镉测定的国家标准方法（石墨炉原子吸收分光光度法）可参阅（GB/T 171411997）土壤中铅测定的国家标准方法（石墨炉原子吸收分光光度法）可参阅（GB/T 171411997）；（原子

45、荧光法）可参阅（GBT 22105.3-2008）土壤质量总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法第3部分：土壤中总铅的测定。Cu土壤中铜测定的国家标准方法（火焰原子吸收分光光度法）可参阅（GB/T 171381997）,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,Cr铬是易形成耐高温氧化物的元素，其原子化效率受火焰状态和燃烧器高度的影响较大，需使用富燃烧性（还原性）火焰，观测高度以10 mm处最佳加入氯化铵（待测液中含0.01g/mL）可以抑制铁、钴、镍、钒、铝、镁、铅等共存离子的干扰。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,Cr（续）特别提示：样品消解中，Cr与高氯酸或盐酸单独作用时，不

46、会形成二氯二氧化铬（或氯化铬酰，CrO2Cl2）。但用HClO4分解，而又存在氯化物时，铬会形成氯化铬酰而损失，因此铬的消解中，不能用HCl-HNO3-HF-HClO4消解。可用HF-HNO3-HClO4、HF-H2SO4-HNO3分解。土壤中铬测定的标准方法（火焰原子吸收分光光度法）可参阅（HJ 4912009）。,6.3 消解方法的操作示例,六、土壤元素分析,Zn 特别提示：锌是一个较易污染的元素，测定中要注意。HF溶解的样品在转移定容后，应立即倒回坩埚中或塑料瓶中，否则测定结果会偏高。土壤中锌测定的国家标准方法（火焰原子吸收分光光度法）可参阅（GB/T 171381997）,6.4 与前

47、处理有关的其他问题,六、土壤元素分析,平行双样允许最大相对偏差的控制（中国环境监测总站主编，1990)M质量范围 允许最大相对偏差(mgL-1)(%)100 5 10010 10 101 20 0.1 25 0.1 30,土壤理化分析 上海科学出版社 1978 土壤农业化学分析 中国农业科技出版社 1999 土壤分析技术规范（第二版）中国农业出版社 2006 土壤调查实验室分析方法 科学出版社 2012 陆地生态系统土壤观测质量保证与质量控制 中国环境科学出版社 2012,参考文献,鲁道夫博克著(吴湘澍,王信予译).1987.分析化学中试样分解方法手册.北京:中国标准出版社.江桂斌等,编著.2004.环境样品前处理技术.北京:化学工业出版社.周天泽,邹洪编著.2006.原子光谱样品处理技术.北京:化学工业出版社.鲁如坤主编.1999.土壤农业化学分析方法.北京:中国农业科技出版社.,参考文献,谢谢大家！,