土壤理化分析实验指导书.doc
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土
壤
理
化
分
析
实
验
指
导
书
北京林业大学
本书的术语和代号说明
1．水：
在试剂配制和操作步骤中所说的“水”，除非特别说明外，一律系指蒸馏水或去离子水。
2．试剂级别：
除非特别说明，一般试剂溶液系指化学纯（CP）试剂配制，标定剂和标准溶液则用分析纯（AR）或优级纯（GR）试剂配制。
3．定容：
一定量的溶质溶解后，或取一整份溶液，在精密量器（容量瓶或比色管等）中准确稀释到一定的体积（刻度），塞紧，并充分摇匀为止，这一整个操作过程称为“定容”。
因此“定容”不仅指准确稀释，还包括充分混匀的意思。
4．养分的表示方法：
除化肥成分用K2O、P2O5外，其他一切土壤、植物的养分均用元素（N、P、K、Ca、Mg、Cu、Mn、Zn、B、Mo等）表示。
5．凡计算结果中用%或mg、kg、μg等表示的，均为某物质的质量分数。
6．根据1984年颁布的《中华人民共和国法定计量单位》及有关量和单位的国家标准，现将土壤理化分析方法中常用法定计量单位与废止计量单位之间的转换关系列表如下：
量的单位
非法定计量单位
表达式①
法定计量单位
表达式②
由①换成②的乘数
物质B的浓度
（cB=nB·V-1）
1NHCl
1NH2SO4
1NH2SO4
1NK2Cr2O7
1NK2Cr2O7
1NKMnO4
1NKMnO4
1MHCl
1MH2SO4
1MK2Cr2O7
1MKMnO4
c（HCl）=1mol·L-1
c（1/2H2SO4）=1mol·L-1
c（H2SO4）=1/2mol·L-1
c（1/6K2Cr2O7）=1mol·L-1
c（K2Cr2O7）=1/6mol·L-1
c（1/5KMnO4）=1mol·L-1
c（KMnO4）=1/5mol·L-1
c（HCl）=1mol·L-1
c（H2SO4）=1mol·L-1
c（K2Cr2O7）=1mol·L-1
c（KMnO4）=1mol·L-1
1
1
1/2
1
1/6
1
1/5
1
1
1
1
交换量CEC
meq/100g
cmol·kg-1
1
物质B的质量浓度
（ρB=mB·V-1）
5%（W/V）NaCl
5%（W/V）HCl
1ppmP
1ppbSe
ρ（NaCl）=50g·L-1
ρ（HCl）=50g·L-1
ρ（P）=1mg·L-1或1μg·mL-1
ρ（Se）=1μg·mL-1
10
10
1
1
物质B的质量分数
（ωB=mB·m-1）
5%（W/W）NaCl
1ppmP
1ppbSe
ω（NaCl）=0.05=5%
ω（P）=1×10-6或ω（P）=1mg·kg-1
ω（Se）=1×10-9或ω（Se）=1μg·kg-1
1
1
1
量的单位
非法定计量单位
表达式①
法定计量单位
表达式②
由①换成②的乘数
物质B的体积分数
（ψB=VB·V-1）
5%（V/V）HCl
5%（V/V）
ψ（HCl）=0.05=5%
ψ（HCl）=50mL·L-1
1
10
体积比（V1：
V2）
1+1HCl
1+1H2SO4
3+1HCl:
HNO3
HCl（1:
1）
H2SO4（1:
1）
HNO3（3:
1）
[旋]转速[度]（n）
rpm
r·min-1或（1/60）s-1
1
压力和压强（p）
bar
atm（760mmHg）
mmH2O
kPa
kPa
Pa
102
101.325
9.80665
面积（A）
市亩
市亩
m2
hm2
666.66
0.06666
目录
绪论
1.概述
1.1土壤理化分析课程介绍
1.2课堂要求
第一篇基础知识和化学及养分分析
第一章土壤理化分析的基本知识
1.1土壤理化分析用纯水
1.1.1纯水的制备
1.2试剂的标准、规格、选用和保存
1.2.1试剂的标准
1.2.2试剂的规格
1.2.3试剂的选用
1.2.4试剂的保存
1.2.5试剂的配制
1.3常用器皿的性能、选用和洗涤
1.3.1玻璃器皿
1.3.2瓷、石英、玛瑙、铂、塑料和石墨等器皿
1.4滤纸的性能与选用
第二章土壤样品的采集与制备
2.1土壤样品的采集
2.1.1概述
2.1.2混合土样的采集
2.1.3特殊土样的采集
2.1.4其他特殊样品的采集
2.1.5采集土壤样品的工具
2.2土壤样品的制备和保存
2.2.1新鲜样品和风干样品
2.2.2样品的风干、制备和保存
2.3土壤水分测定
2.3.1适用范围
2.3.2方法原理
2.3.3仪器设备
2.3.4试样的选取和制备
2.3.5测定步骤
2.3.6结果的计算
第三章土壤有机质的测定
3.1概述
3.1.1土壤有机质含量及其在肥力上的意义
3.1.2土壤有机碳不同测定方法的比较和选用
3.1.3有机碳的校正系数
3.1.4有机质含水量量的计算
3.2土壤有机质测定
3.2.1重铬酸钾容量法——外加热法
第四章土壤氮的分析
4.1概述
4.2土壤全氮量的测定
4.2.1方法概述[1]
4.2.2土壤全氮测定---半微量开氏法
4.3矿化氮的测定
4.3.1厌气培养法
4.3.2好气培养法
4.4土壤无机氮的实验室测定
4.4.1方法概述
4.4.2土壤硝态氮的测定
4.4.3土壤铵态氮的测定
第五章土壤中磷的测定
5.1概述
5.2土壤全磷的测定
5.2.1土壤样品的分解和溶液中磷的测定
5.2.2土壤全磷测定方法之一——HClO4—H2SO4法
5.2.3土壤全磷测定方法之二——NaOH熔融—钼锑抗比色法
5.3土壤速效磷的测定
5.3.1概述
5.3.2土壤有效磷的化学浸提方法
5.3.3中性和石灰性土壤速效磷的测定——0.05mol·L-1NaHCO3法
第六章土壤中钾的测定
6.1概述
6.2土壤全钾的测定
6.2.1土壤样品的分解和溶液中钾的测定
6.2.2土壤中全钾的测定方法——NaOH熔融法，火焰光度法
6.3土壤中速效钾、有效钾和缓效钾的测定
6.3.1概述
6.3.2土壤速效钾的测定——NH4OAc浸提，火焰光度法
6.3.3土壤有效性钾的测定（冷的2mol·L-1HNO3溶液浸提——火焰光度法）
6.3.4土壤缓效钾的测定——1mol·L-1热HNO3浸提，火焰光度法
第七章土壤中微量元素的测定
7.1概述
7.2土壤中铜、锌的测定
7.2.1概述
第八章土壤阳离子交换性能的分析
8.1概述
8.2酸性土交换量和交换阳离子的测定
8.2.1酸性土交换量的测定
8.2.2土壤交换性盐基及其组成的测定
8.2.3土壤活性酸、交换性酸的测定
8.3石灰性土壤交换量的测定
8.3.1概述
8.3.2乙酸钠——火焰光度法（适用于石灰性土和盐碱土）
8.4盐碱土交换量及交换性钠的测定
8.4.1盐碱土交换量的测定
8.4.2交换性钠的测定
第九章土壤水溶性盐的分析
9.1概述
9.2土壤水溶性盐的浸提（1:
1和5:
1水土比及饱和土浆浸出液的制备）
9.2.1主要仪器
9.2.2试剂
9.2.3操作步骤
9.2.4注释
9.3土壤水溶性盐总量的测定
9.3.1电导法
9.3.2残渣烘干法——质量法
9.3.3用阳离子和阴离子总量计算土壤或水样中的总盐量
9.4阳离子的测定
9.4.1钙和镁的测定——EDTA滴定法
9.4.2钙和镁的测定——原子吸收分光光度法
9.4.3钾和钠的测定——火焰光度法
9.5阴离子的测定
9.5.1碳酸根和重碳酸根的测定——双指示剂——中和滴定法
9.5.2氯离子的测定
9.5.3硫酸根的测定
第二篇土壤物理性质分析
第一章土粒密度、土壤容重（土壤密度）和孔隙度的测定
1.1测定意义
1.2土粒密度的测定（比重瓶法）
1.3土壤容重的测定
第二章土壤粒径分布和分析
2.1分析意义
2.2土粒的粒级和土壤的质地
2.3土粒粒径分析—吸管法
2.4吸管法
2.5比重计法
第三章土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定
3.1测定意义
3.2方法选择的依据
3.3土壤含水量的测定（烘干法）
3.4土水势的测定（张力计法）
3.5土壤水特征曲线的测定[压力膜（板）法
附录
1．KDY-9830凯氏定氮仪使用说明
2．UV-120-02紫外-可见分光光度计操作说明
3.AA7001原子吸收光谱仪操作说明
绪论
1.概述
土壤理化分析也称土壤测定，它包括土壤物理性质测定和化学性质测定两个方面。
土壤物理性质测定包括土壤三相性质的测定如：
颗粒组成、孔隙性质、比重、容重，水分特性等。
土壤化学性质测定可分为两个部分：
1．与土壤发生学有关的方面，多研究土壤中的化学元素组成、迁移、积累等特点，常测定的项目有：
粘粒的矿物组成，全量分析，碳酸钙含量，盐分测定等。
2．与土壤肥力有关的方面，多研究植物生长发育的各种土壤化学性质，如：
各种养分的形态和含量，土壤交换性能等。
土壤理化分析是研究土壤理化性质的重要技术手段，做为农林学科的研究生来讲，学习本门课程将会大大提高自己的科研动手能力，尤其是实验操作技能。
土壤理化分析有它的基本理论、基本知识和基本操作技术三个主要环节组成，就某一项目的全部分析过程来讲，有以下几个环节：
1．样品的采集
2．样品的处理及保存
3．分析项目及测定方法的选择
4．测定过程
5．数据处理
6．测定结果的评价
1.1土壤理化分析课程介绍
土壤理化分析课是一门强调技术操作的课程,从这种意义上讲是一门实验课。
在教学上采用理论讲授和实际操作相结合来进行。
学时分配：
讲课16实验操作44共计60学时
课程进度安排：
11周讲授绪论，第一章土壤理化分析的基本知识，第二章土壤样品的采集与制备。
实验：
领仪器，洗涤器皿；纯水检验；样品处理；吸湿水测定。
12周土壤有机质的测定
13周土壤全氮的测定
14周土壤磷的测定
15周土壤钾的测定
16周土壤颗粒组成的测定
17周土壤比重、容重、土壤含水量、土壤水势的测定
18周土壤阳离子交换量或土壤微量元素的测定
参考书：
1．鲍士旦主编，土壤理化分析——3版北京：
中国农业出版社2000-12
2．中国土壤学会农业化学专业委员会编，土壤农业化学常规分析方法科学出版社1984
3．鲁如坤主编，中国土壤学会编，土壤农业化学分析方法中国农业科技出版社1999
1.2课堂要求
1．预习并写出分析流程卡片，回答课堂提问。
2．独立并严格按照操作规程操作。
3．建立原始数据记录本。
4．完成实验报告，内容如下：
（1）实验测定项目，方法
（2）实验原理
（3）原始数据、计算方法、标准曲线、最终结果
（4）实验结果讨论（方法评述、出现问题、注意事项、数据评价等）。
第一篇
第一章土壤理化分析的基本知识
学习土壤理化分析，和学习其他课程一样，必须掌握有关的基本理论、基本知识和基本操作技术。
基本知识包括与土壤理化分析有关的数理化知识、分析实验室知识、林业生产知识。
这些基本知识必须在有关课程的学习中以及在生产实践和科学研究工作中为断吸取和积累。
本章只对土壤理化分析用的纯水、试剂、器皿等基本知识作一简要说明。
定量分析教材中的内容一般不再重复。
1.1土壤理化分析用纯水
1.1.1纯水的制备
分析工作中需用的纯水用量很大,必须注意节约用水、水质检查和正确保存,勿使其受器皿和空气等来源的污染，必要时装苏打-石灰管防止CO2的溶解沾污。
纯水的制备常用蒸馏法和离子交换法。
蒸馏法是利用水与杂质的沸点不同，经过外加热使所产生的水蒸气经冷凝后制得。
蒸馏法制得的蒸馏水，由于经过高温处理，不易长霉；但蒸馏器皿多为铜制或锡制，因此蒸馏水中难免有痕量的这些金属离子存在。
实验室自制时可用电热蒸馏水器，出水量有5、10、20或50L/h等几种，使用尚称方便，但耗电较多，出水速度较小。
工厂和浴室利用废蒸汽所得的副产蒸馏水，质量较差，必须先检查后才能使用。
离子交换法可制得质量较高的纯水——去离子水，一般是用自来水通过离子纯水器制得，因未经高温灭菌，往往容易长霉。
离子交换纯水器可以自己装置，各省市也有商品纯水器供应。
水通过交换树脂获得的纯水称离子交换水或去离子水。
离子交换树脂是一种不溶性的高分子化合物。
组成树脂的骨架部分具有网状结构，对酸碱及一般溶剂相当稳定，而骨架上又有能与溶液中阳离子或阴离子进行交换的活性基团。
在树脂庞大的结构中，磺酸基（—SO3-H+）或季铵基[—CH2N+（CH3）3OH-，简作==N+OH-]等是活性基团，其余的网状结构是树脂的骨架，可以用R表示。
上述两种树脂的结构可简写为R—SO3H和R=NOH。
当水流通过装有离子交换树脂的交换器时，水中的杂质离子被离子交换树脂所截留。
这是因为离子交换基中的H+或OH-与水中的杂质离子（如Na+、Ca2+、Cl-、SO42-）交换，交换下来的H+和OH-结合为H2O，而杂质离子则被吸附在树脂上，以阳离子Na+和阴离子Cl-为例，其化学反应式为：
上述离子反应是可逆的，当H+与OH-的浓度增加到一定程度时，反应向相反方向进行，这就是离子交换树脂再生的原理。
在纯水制造中，通常采用强酸性阳离子交换树脂（如国产732树脂）和强碱性阴离子树脂（如国产717树脂）。
新的商品树脂一般是中性盐型式的树脂（常制成R—SO3Na和R=NCl等型式），性质较稳定，便于贮存。
在使用之前必须进行净化和转型处理，使之转化为所需的H+与OH-型和型树脂。
离子交换树脂的性能与活性基团和网状骨架、树脂的粒度和温度、pH等有关。
①活性基团越多，交换量越大。
一般树脂的交换容量为3～6mol·kg-1,干树脂（离子型式）。
活性基团和种类不同，能交换的离子基团也不同。
②网状骨架的网眼是由交联剂形成的。
例如上述苯乙烯系离子交换树脂结构中的长碳链，是由若干个苯乙烯聚合而成。
长链之间则用二乙烯苯交联起来，二乙烯苯就是交联剂。
树脂骨架中所含交联剂的质量百分率就是交联度。
交联度小时，树脂的水溶性强，泡水后的膨胀性大，网状结构的网眼大，交换速度快，大小离子都容易进入网眼，交换的选择性低。
反之，交联度大时，则水溶性弱，网眼小，交换慢，大的离子不易进入，具有一定的选择性。
制备纯水的树脂，要求能除去多种离子，所以交联度要适当小。
但同时以要求树脂难溶于水，以免沾污纯水，所以交联度双要适当地大。
实际选用时，交联度以7%～12%为宜。
③树脂的粒度越小（颗粒越小），工作交换量（实际上能交换离子的最大量）越大，但在交换柱中充填越紧密，流速就越慢。
制备纯水用的树脂粒度以在0.3～1.2mm（50～16目）之间为宜。
④温度过高或过低，对树脂的强度和交换容量都有很大的影响。
温度降低时，树脂的交换容量和机械强度都随之降低；冷至≤0℃时，树脂即冻结，并由于内部水分的膨胀而使树脂破裂，从而影响寿命。
温度过高，则容易使树脂的活性基团分解，从而影响树脂的交换容量和使用寿命。
一般阳离子树脂的耐热性高于阴离子树脂；盐型树脂以Na型最好。
水的pH对于树脂活性基团的离解也有影响。
因为H+与OH-离子是活性基团的解离产物。
显然pH下降将抑制阳离子树脂活性基团的离解；pH上升，则抑制阴离子树脂活性基团的离解。
这种抑制作用对酸、碱性较强的树脂的影响较小，对酸、碱性较弱的树脂则影响较大。
中性盐式的树脂，性质较稳定，便于贮存，所以商品树脂常制成R—SO3Na和R=NCl等型式。
新树脂使用时要先经净化和“转型”处理：
用水和酒精洗去低聚物、色素、灰沙等杂质，分别装入交换柱，用稀HCl和NaOH溶液分别浸洗阳、阴离子交换树脂，使之转化为H+与OH-树脂，再用纯水洗去过量的酸碱和生成的盐。
转型后将各交换柱按照阳→阴→阳→阴的顺序串联起来。
洁净的天然水通过各柱，即得去离子水。
树脂使用老化后，就要分别用HCl和NaOH再生为H+与OH-型。
再生的反应和转型的反应相似，上述交换方法称为复柱法。
它的设备和树脂再生处理都很简单，便于推广；串联的柱数越多，所得去离子水的纯度越高。
它的缺点是，柱中的交换产物多少会引起逆反应，制得水的纯度不是很高。
制取纯度很高的水，可采用混合柱法：
将阳、阴离子按1:
1.5或1:
2或1:
3的比例（随两种树脂交换能力的相对大小而定）混合装在交换柱中，它相当于阳、阴离子交换柱的无限次串联。
一种树脂的交换产物（例如HCl或Ca（OH）2等）可立即被另一种树脂交换除去，整个系统的交换产物就是中性的水，因此交换作用更完全，所得去离子水的纯度也更高。
但混合柱中两种树脂再生时，需要先用较浓的NaOH或HCl溶液逆流冲洗，使比重较小的阴离子交换树脂浮升到阳离子交换树脂上面，用水洗涤后，再在柱的上下两层分别进行阳、阴离子交换树脂的再生。
也可以采用联合法，即在“复柱”后面安装一个“混合柱”，按照阳→阴→混的顺序串联各柱，则可优质纯水，可以减少混合柱中树脂分离和再生的次数。
关于新树脂的预处理、纯水器的装置、树脂的再生、纯水的制备等操作细节，可查阅商品的说明书。
1.1.2实验室用水的检验
实验室用水的外观应为无色透明的液体.它分为3个等级.一级水,基本上不含有溶解或胶态离子杂质及有机质.它可用二级水经过石英装置重蒸馏、离子交换混合床和0.2µm的过滤膜的方法制得。
二级水，可允许含有微量的无机、有机或胶态杂质。
可用蒸馏、反渗透或去离子后再蒸馏等方法制得。
三级水，可采用蒸馏、反渗透或去离子等方法制得。
按照我国国家标准《实验室用水规格》（GB6682-86）之规定，实验室用水要经过pH、电导率、可氧化物限度、吸光度及二氧化硅五个项目的测定和试验，并应符合相应的规定和要求（表1-1）。
表1-1实验室用水标准
级别
一级水
二级水
三级水
pH
难于测定，不规定
难于测定，不规定
5.0～7.5
（pH计测定）
电导率（µs•cm-1
<0.1
<1.0
<5.0
可氧化物限度
无此测定项目
1L水+98g·L-1硫酸10mL+0.002mol·L-1高锰酸钾1.0mL煮沸5min,淡红色不褪尽
100mL水
同左测定
吸光度（λ=254nm）
<0.001（石英比色杯，1cm为参比，测2cm
比色杯中水的吸光度）
<0.01（同左）
无此测定项目
二氧化硅（mg·L-1）
<0.02
<0.05
无此测定项目
*详细测定方法步骤见楼书聪编,《化学试剂配制手册》江苏科学技术出版社1995,380～386页.
土壤理化分析实验室的用水，一般使用三级水,有些特殊的分析项目要求用更高纯度的水。
其水的纯度可用电导仪测定电阻率、电导率或用化学的方法检查。
电导率在2µs·cm-1左右的普通纯水即可用于常量分析，微量元素分析和离子电极法、原子吸收光谱法等有时需用1µs·cm-1以下的优质纯水，特纯水可在0.06以上，但水中尚有0.0mg·L-1杂质离子。
几种水的电阻率和电导率如图1-1所示。
电阻率，Ω·cm108107106105104103102101
电导率,µs·cm-110-210-1110102103104105106
30%H2SO4
海水
劣质灌溉水
0.05%NaCl
优质灌溉水
最优天然水
普通蒸馏水
优质蒸馏水
特纯水
图1-1几种水的电阻率和电导率
一般土壤理化分析实验室用水还可以用以下化学检查方法：
（1）金属离子：
水样10mL，加铬黑T—氨缓冲溶液（0.5g铬黑T溶于10mL氨缓冲溶液，加酒精至100mL）2滴，应呈蓝色。
如为紫红色，表明含有Ca、Mg、Fe、Al、Cu等金属离子；此时可加入1滴0.01mol·L-1EDTA二钠盐溶液，如能变为蓝色表示纯度尚可，否则为不合格（严格要求时须用50mL水样检查，如加1滴EDTA不能变蓝即不合格。
（2）氯离子：
水样10mL，加浓HNO31滴和0.1mol·L－1AgNO3溶液5滴，几分钟后在黑色背景上观察完全澄清，无乳白色浑浊生成，否则表示Cl－较多。
（3）pH值。
应6.5～7.5在范围以内。
水样加1g·L－1甲基红指示剂应呈黄色；加1g·L－1溴百里酚蓝指示剂应呈草绿色或黄色，不能呈蓝色；加1g·L－1酚酞指示剂应完全无色。
pH值也可用广泛试纸检查。
纯水由于溶有微量CO2，pH值常小于7；太小则表明溶解的CO2太多，或者离子交换器有H＋泄漏；太大则表明含HCO3－太多或者离子交换器有OH－泄漏。
单项分析用的纯水有时须作单项检查。
例如测定氮时须检查无氮或无酸碱；测定磷时须检查无磷等（普通去离子水用于钼蓝比色法测磷和硅时，可能有不明原因的蓝色物质生成，应特别注意检验---编者）。
某些微量元素分析和精密分析需用纯度很高的水，可将普通纯水用硬质玻璃蒸馏器加少量的KMnO4（氧化有机质），并视需要加少量H2SO4（防止氨等馏出）或NaOH少量（防止CO2,SO2,H2S等馏出）重新蒸馏，制成“重蒸馏水”；也可用失明交换法制取优质去离子水。
1.2试剂的标准、规格、选用和保藏
1.2.1试剂的标准
“试剂”应是指市售包装的“化学试剂”或“化学药品”。
用试剂配成的各种溶液应称为某某溶液或“试液”。
但这种称呼并不严格，常常是混用的。
试剂标准化的开端源于19世纪中叶，德国伊默克公司的创始人伊马纽尔·默克（EmanuelMerck）1851年声明要供应保证质量的试剂。
在1888年出版了伊默克公司化学家克劳赫（Krauch）编著的《化学试剂纯度检验》，后历经多次修订。
该公司1971出版的《默克标准（MerckStandard）》（德文）。
在讲德语的国家中，它起到了试剂标准的作用。
在伊默克公司的影响下，世界上其它国家的试剂生产厂家很快也出版了这类汇编。
除了《默克标准》之外，其中比较著名的，对我国化学试剂工业影响较大的国外试剂标准有：
由美国化学家约瑟夫·罗津（JosephRosin，1937）首编，历经多次修订而成的《罗津（Rosin）标准》，全称为《具有试验和测定方法的化学试剂及其标准（ReagentChemicalsStandardsWithmethodsoftestingandassaying）》，它是世界上最著名的一部学者标准；美国化学学会分析试剂委员会编纂的《ASA规格》，全称为《化学试剂——美国化学学会规格（ReagentChemicals—AmericalSocietySpecification）》，类似于《ASA规格》早期文本出现于
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