年环境土壤学试验教案.docx

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年环境土壤学试验教案

实验一 土壤样品的采集与处理及吸湿水的测定

一、目的意义

土壤样品采集和制备是土壤理化分析的重要环节。

采样过程中引起的误差往往比室内分析引起的误差大得多，因此，必须采集有代表性的土样。

样品的采集和制备必须严格认真地进行，否则尽管以后分析工作很精细，仍不能得出正确的结果。

从野外采回来的土壤样品，常常含有砾石、根系等杂物，土粒又相互粘聚在一起，这就会影响分析结果的准确性，所以在进行分析前，必须经过一定的制备处理。

经处理后的土壤含有吸湿水，吸湿水含量随空气相对湿度的变化而变化，土壤不同，吸湿水含量各异。

因此，在一般土壤分析工作中，结果的计算都不以风干土重为基数，而是以烘干土重为基数。

而分析时一般都用风干土，故分析前必须先测定吸湿水含量，以便把风干土重换算成烘干土重。

二、土壤样品的采集

土壤样品的采集方法，根据分析目的不同而有差别。

如果要研究整个土体的发生发育，则必须按土壤发生层次采样：

如果要进行土壤物理性质的测定，需采原状土样品：

如果研究耕层土壤的理化性质、养分状况，则应选择代表性田块，在耕作层多点采取混合样品，如有必要，还可在耕作层以下再采一层混合样品。

混合样品的采集方法，样点的数目和分布，应视田块的形状、大小、土壤肥力状况、研究目的和要求的精细程度等而有不同，一般有下列三种采样方法：

1．对角线采样法：

田块面积较小，接近方形，地势平坦，肥力较均匀的田块可用此法（见图1—1），取样点不少于5个。

2．棋盘式采样法：

面积中等，形状方整，地势较平坦，而肥力不太均匀的大田块宜采用此法（见图1—2），取样点不少于10个。

3．蛇形采样法：

适用于面积较大，地势不太平坦，肥力不均匀的田块（见图1—3）。

按此法采样，在田间是曲折前进来分布样点，至于曲折的次数则依田块的长度、样点密度而有变化，一般在3—7次之间。

　  图1—1：

对角线采样法      图2—2：

棋盘式采样法   图3—3：

蛇形采样法

到达田间以后，先要确定采样方法，如果是采集耕作层土壤，则先在样点部位把地面的作物残茬、杂草、石块等除去。

如果是新耕翻的土地，就将土壤略加踩实，以免挖坑时土块散落。

用铁铲挖一个小坑，坑的一面修成垂直的切面，再用铁铲垂直向下切取一片土壤，采样深度应等于耕作层的深度，用采土刀把大片切成宽度一致的长方形土块。

各个土坑中取的土样数量要基本一致，合并在一起，装入干净的布袋，携回室内。

一般每个混合样品约需一公斤左右，如果样品取得过多，可用四分法将多余的土壤弃去。

四分法的做法是：

将采集的土壤样品放在干净的塑料薄膜上弄碎，混合均匀并铺成四方形，划分对角线，分成四份，保留对角的两份，其余两份弃去，如果保留的土样数量仍很多，可再用四分法处理，直至对角的两份达到所需数量为止。

      将土样装入布袋或塑料袋中，用铅笔写两张标签，一张放在布袋内，将有字的一面向里叠好，字迹不得搞模糊。

另一张扎在布袋外面。

标签上应该填写样品编号（采样地点、土壤名称、采样深度，采样日期、采样人等）。

      在撒播作物田里挖坑时，应选择作物长势较均匀的地方作为采样点，在中耕作物田里挖坑时，应在株间和行间的几种不同部位进行，在作物生长期间如不允许挖坑损害多量植株时，则改用土钻（或取土器）取土，但要适当增加取样点数目。

      应避免在田边、路边、沟边、特殊的地形部位以及堆放肥料的地方采样。

当发现土壤存在差异，如有盐碱斑，或作物生长不正常时，则就分别取样，以便单独进行分析和研究。

       对果园土壤采样，根据分析目的不同而有差异。

如要进行土壤农化性质的分析，可以选定能代表果园的果树5—6株，从距各树干30厘米左右的内侧选2—3个点，分别取表土（即主根系区，在0—20cm深度）和下层土（在30—50cm深处），从2—3个点取出的表土和下层土样分别进行混合，或分别分析每个点试样。

采样时应将复盖在表层未分解的有机物、杂草等清除后，再开始采样。

当果树由于某种原因出现异常症状，而又可能是土壤为媒介引起的，采集土壤分析样品时，应准确区别健壮树和异常树，分别选5—6株，采集根际及其下层土壤样品；各样点土壤不要混合，分别测定。

三、土壤样品的处理

风干后的土壤在磨土板上用木棍碾碎，将细土通过2毫米的筛子。

留在筛上的土块再倒在木板上重新碾碎，再过筛，如此反复进行，除小石块外，必须使全部土样都碾碎过筛，不得随意丢弃。

将通过2毫米筛孔的土样混合均匀，用四分法取出1/2装入广口瓶中，保存备用。

余下的土样进一步碾碎，使全部土壤都通过1毫米筛孔。

这部分土样可供速效性养分及交换量，pH等项目的测定用。

再从通过1毫米筛孔的土样中，用骨匙多点取出样品，约30克左右，放入瓷研钵中进一步研磨，使全部通过0.25毫米筛孔的筛子。

这部分样品供分析有机质、全氮等项目用。

将磨好的土样分别装入广口瓶或塑料瓶中备用，瓶外贴一张标签，瓶内也要放一张相同的标签。

四、土壤吸湿水的测定：

1、操作步骤

   取风干过筛的土样（过1毫米筛）5克，放入已知重量的铝盒中，在分析天平上称重。

然后，把盒盖套置在铝盒下面，放进烘箱，在105~110℃温度下烘8小时，取出，将铝盒盖好，放入干燥器冷却至室温，称重。

然后重新放入烘箱中再烘2小时冷却后称重，以验证土样是否达到恒重（两次重量之差，不大于3毫克）。

一般要做2—3个重复。

2、结果计算：

土壤吸湿水（g/kg）

 式中    W1——风干土重+铝盒重（克）

         W2————烘干土重+铝盒重（克）

         W————铝盒重（克）

吸湿水测定后，将一定数量的风干土重换算成为烘干土重可按下式计算：

五、记录格式和思考题：

土壤吸湿水测定记录表

土壤

名称

铝盒重

W（克）

风干土重+铝盒重W1（克）

烘干土重+铝盒重W2（克）

烘干土重（克）

水分重（克）

土壤吸湿水（g/kg）

1、在田间采样应注意哪些问题？

2、怎样才能采集一个有代表性的混合样品？

3、为什么要测定吸湿水？

实验二　土壤酸碱度的测定

一、目的和意义：

土壤溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度比例不同，所表现出来的酸碱性质称为土壤的酸碱度，通常用pH表示。

土壤酸碱度是土壤重要的化学性质，它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性，对作物生长和土壤微生物活动也有影响。

土壤的各种理化性质、生物化学性质也和酸碱度有密切的关系。

测定土壤pH值可以作为改良酸性土和碱性土的参考依据，可以指导合理施肥，确定适宜的肥料种类。

测定土壤pH通常用比色法和电位测定法，电位法精确度比较高，pH的误差在0.02左右；混合指示剂比色法精确度较差，pH的误差在0.5左右，适用于野外速测，pH标准溶液系列的比色法精确度较混合剂比色法高，但不及电位法精确。

二、原理

用电位法测定溶液或土壤悬液的pH值，常用的pH指示电极为玻璃电极，参比电极有甘汞电极和银—氯化银电极。

当上述两种电极插入待测液中时，构成一电池反应，两者之间产生电位差，由于参比电极的电位是固定的，所以电位差的大小就决定于溶液中的氢离子活度。

根据测得的电位差和参比电极的电位，可求出pH指示电极的电位。

再根据指示电极的电位与溶液pH值的直线关系，算出溶液的pH值，一般可直接从酸度计上读得pH值。

复合电极的主要部分是电极下端的一个玻璃球泡和比它高一些地方的一个直径约2mm的多孔的瓷芯，当电极插入溶液中后，它把溶液和银—氯化银电极的饱和氯化钾溶液通成为盐桥，玻璃电极的内部也有一个银—氯化银电极，内参比电极通过玻璃和溶液接触，二个银—氯化银电极之间的电位差由于玻璃球泡的作用，随着溶液pH值的变化而变化。

三、试剂及主要仪器

（1）试剂：

pH4.01标准缓冲液：

称取在105℃烘过的苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4）10.21克，用蒸馏水溶解后稀释至一升，即为pH4.01，浓度为0.05mol·L-1的苯二甲酸氢钾溶液。

（2）pH6.87标准缓冲液：

称取在45℃烘过的磷酸二氢钾（KH2PO4）3.39克和无水磷酸氢二钠（Na2HPO4）3.53克，溶解在蒸馏水中，定容至一升。

（3）pH9.18标准缓冲液：

称取3.80克绷砂（Na2B4O7.10H2O）溶于蒸馏水中，定容至一升。

此溶液易变化，应注意保存。

（4）1mol·L-1氯化钾溶液：

称取氯化钾74.6克，溶于400毫升蒸馏水中，用10%氢氧化钾和盐酸调节pH至5.56.0，然后稀释至1升。

仪器：

pH计。

四、操作步骤

1.待测液的制备：

称取通过1毫米筛孔的风干土壤25克，放入50毫升的小烧杯中，加无二氧化碳蒸馏水25毫升，间断搅拌半小时，使土壤充分分散（此时应避免空气中有氨或挥发性酸的影响）。

待测。

2.仪器校正：

用酸度计测定待测液的pH值前，要用标准的缓冲液进行校正。

a）用pH6.86的标准缓冲液校正。

b）如待测液是碱性，要用pH9.18的标准缓冲液校正；如果待测液是酸的，则用pH4.01的标准缓冲液校正；中性的用pH6.86的标准缓冲液校正。

校正方法:

每天接通电源后需对主机预热10分钟，然后对电极进行标定1次，保证仪器处于最佳工作状态。

1）将选择按钮调制pH档，“斜率”旋钮顺时针旋到底，温度旋钮旋到溶液的温度值。

2）蒸馏水冲洗电极，并用滤纸擦干，然后将电极置于pH6.86的缓冲溶液中，读数稳定后调节“定位”旋钮至该溶液在当时温度下的pH值（可查）。

3）蒸馏水冲洗电极，并用滤纸擦干。

根据被测溶液的酸碱性，选择pH4.00（待测也为酸性时）或pH9.18（待测也为碱性时）的标准缓冲溶液值进行标定。

标定方法同2）。

4）重复2）、3）的标定2-3次，直至不需要通过调节旋钮即可准确读出标准液pH为止。

5）用蒸馏水冲洗电极，并用滤纸擦干待用。

3.样品测定：

将复合电极玻璃球泡插到土壤悬液中。

轻轻摇动烧杯以去除玻璃表面的水膜，使电极电位达到平衡，但要注意不得使烧杯壁碰撞玻璃电极，防止球泡损坏，每测完一个样品，都要用蒸馏水将电极表面粘附的土粒洗净，并用滤纸轻轻将电极吸附的水吸干，然后再测定第二个样品。

4.记录数据。

实验三　土壤有机质的测定

一、目的和意义

土壤有机质含量是衡量土壤肥力高低的重要指标之一，它能促使土壤形成结构，改善土壤物理、化学及生物学过程的条件，提高土壤的吸收性能和缓冲性能，同时它本身又含有植物所需要的各种养分，如碳、氮、磷、硫等。

因此，要了解土壤的肥力状况，必须进行土壤有机质含量的测定。

本实验所指的有机质是土壤有机质的总量，包括半分解的动植物残体、微生物生命活动的各种产物及腐殖质，另外还包括少量能通过0.25毫米筛孔的未分解的动植物残体。

如果要测定土壤腐殖质含量，则样品中的植物根系及其它有机残体应尽可能地去除。

二、方法原理

在加热条件下，用一定量的氧化剂（重铬酸钾—硫酸溶液）氧化土壤中的有机碳，剩余的氧化剂用还原剂（硫酸亚铁铵或硫酸亚铁）滴定，这样，可从所消耗的氧化剂数量计算出有机碳的含量。

氧化及滴定时的化学反应如下：

2K2Cr2O7+3C+8H2SO4→2K2SO4+2Cr2（SO4）3+3CO2+8H2O

K2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4→2K2SO4+Cr2（SO4）3+3Fe2（SO4）3+7H2O

三、主要试剂

1.0.4mol/L（1/6K2Cr2O7）溶液:

称取化学纯重铬酸钾20.00克，溶于500毫升蒸馏水中（必要时可加热溶解），冷却后，缓缓加入化学纯硫酸500毫升于重铬酸钾溶液中，并不断搅动，冷却后定容至1000毫升，贮于棕色试剂瓶中备用。

2.0.2mol/L硫酸亚铁溶液:

称取化学纯硫酸亚铁（FeSO4•7H2O）56克，溶于500毫升蒸馏水中，加6mol/L（1/2H2SO4）30毫升搅拌至溶解，然后再加蒸馏水稀释至1升，贮于棕色瓶中，此溶液的准确浓度用0.1000mol/L（1/6K2Cr2O7）的标准溶液标定。

3.邻啡罗啉指示剂：

称取邻啡罗啉（GB1293-77，分析纯）1.485g与FeSO47H2O0.695g，溶于100ml水中。

四、操作步骤

准确称取通过0.25毫米筛孔的土样0.1000—0.5000克，土样数量视有机质含量多少而定。

有机质含量大于5%的称土样0.2克以下，4—5%的称0.3—0.2克，3—4%的称0.4—0.3克，2—3%的称0.5—0.4克，小于2%则称0.5克以上。

由于土样数量少，为了减少称样误差，最好用减重法。

将称好的土样放入干燥的硬质试管中，用滴定管或移液管准确加入0.4mol/L（1/6K2Cr2O7）溶液10毫升（先加入3毫升，摇动试管，使溶液与土混匀，然后再加其余的7毫升），在试管口套一小漏斗，以冷凝蒸出的水汽，把试管放入铁丝笼中。

将装有8—10个试管的铁丝笼（每笼应有1—2个试管做空白试验，用灼烧过的土壤代替土样，其他手续均相同）放入温度为185—190℃的油浴锅中（也可用石腊油、磷酸代替菜油或用多孔铝锭代替油浴），要求放入油浴锅温度下降至170—180℃左右，以后必须控制温度在170—180℃，当试管内液体开始沸腾（溶液表面开始翻动，有较大的气泡发生）时记时，缓缓煮沸5分钟，取出铁丝笼，稍冷，用纸擦净试管外部的油液。

等试管冷却后，将试管内溶液倒至150毫升三角瓶中，用蒸馏水少量多次地洗净试管内部及小漏斗的内外，洗涤液均冲洗至三角瓶中，最后总的体积约60—70毫升。

滴加4滴邻啡罗啉指示剂，用0.2mol/L硫酸亚铁铵或硫酸亚铁溶液滴定，三角瓶中溶液的颜色由橙黄色经兰绿色突变到砖红色为终点。

五、结果计算

土壤有机质

式中V1—滴定空白时用去的还原剂毫升数

 V2—滴定土壤样品时用去的还原剂毫升数

 3—1/4碳原子的摩尔质量

 C—还原剂的摩尔浓度

   10-3___将ml换算为L

 1.1—是因有机碳只能被氧化90%而需乘的校正系数

 1.724—是按有机质平均含碳58%，由碳含量换算成有机质含量的系数

六、记录格式和思考题：

土壤有机质测定记录表

土壤名称：

_____________    层次及深度____________

土壤吸湿水%_____________       测定日期_____________

风干土重（克）

烘干土重（克）

还原剂的当量浓度N

空白液消耗的还原剂毫升数V1

土壤样品消耗的还原剂毫升数V2

V1－V2

有机质含量（g/kg）

1、用一定量的氧化剂氧化土壤中的有机碳为什么要在一定温度下进行？

温度过高过低有什么影响？

2、消煮后的溶液如变成绿色，是什么原因？

怎么办？

3、计算公式中，1.724是如何得来的？

4、为什么要做空白？

5、滴定过程中溶液颜色由______经_______至______为终点,为什么会有这样的变化?

七、注意事项

1、在消煮后，溶液仍为黄棕色或黄中稍带绿色，如颜色变绿，则表明样品用量过多，重铬酸钾用量不足，有机碳的氧化不完全，需重做。

2、对于水稻土及一些长期渍水的土壤，由于土壤中含有亚铁，会使测定结果偏高，因为在这种情况下，重铬酸钾不仅氧化了有机碳，而且也氧化了土壤中的亚铁，须将土磨碎后摊平风干10天，使亚铁充分氧化为高铁后再测定。

3、在含氯化物的盐渍土中，测定结果也较高，因氯离子被氧化成氯分子。

可加入硫酸银0.1克，使氯离子沉淀为氯化银，避免氯离子的干扰作用。

实验四土壤呼吸强度的测定

土壤空气的变化过程主要是氧的消耗和二氧化碳的累积。

土壤空气中二氧化碳浓度大，对作物根系是不利的，若排出二氧化碳，不仅可消除其不利影响，而且可促进作物光合作用。

因此，反映土壤排出二氧化碳能力的土壤呼吸强度是—个重要的土壤性质。

土壤中的生物活动，包括根系呼吸及微生物活动，是产生二氧化碳的主要来源，因此测定土壤呼吸强度还可反映土壤中生物活性，作为土壤肥力的一项指标。

（一）测定原理

用Na0H吸收土壤呼吸放出的CO2，生成Na2CO3：

2Na0H+C02——→Na2CO3+H20

（1）

先以酚酞作指示剂，用HCl滴定，中和剩余的Na0H，并使

（1）式生成的Na2CO3转变为NaHCO3：

Na0H+HCl——→NaCl+H20

（2）

Na2CO3+HCl——→NaHCO3十NaCl（3）

再以甲基橙作指示剂，用HCl滴定，这时所有的NaHC03均变为NaCl：

NaHCO3+HCl——→NaCl+H20+CO2（4）

从（3）、（4）式可见，用甲基橙作指示剂时所消耗HCl量的2倍，即为中和Na2CO3的用量，从而可计算出吸收CO2的数量。

（二）测定方法

方法

（一）

1、称取相当于干土重20克的新鲜土样，置于150毫升烧杯或铝盒中（也可用容重圈采取原状土）；

2、准确吸取2molL-1NaOHl0毫升于另一150毫升烧杯中；

3、将两只烧杯同时放入无干燥剂的干燥器中，加盖密闭，放置1—2天；

4、取出盛Na0H的烧杯，洗入250毫升容量瓶中，稀释至刻度；

5、吸取稀释液25毫升，加酚酞1滴，用标准0.05molL-1HCl滴定至无色，再加甲基橙1滴，继续用0.05molL-1HCl滴定至溶液由橙黄色变为桔红色，记录后者所用HCl的毫升数（或用溴酚兰代替甲基橙，滴定颜色由兰变黄）；

6、再在另一干燥器中，只放NaOH，不放土壤，用同法测定，作为空白。

7、计算：

250毫升溶液中CO2的重量（W1克）

44250

W1=（V1-V2）×C×————×——

2×100025

式中：

V1——供试溶液用甲基橙作指示剂时所用HCl毫升数的2倍；

V2——空白试验溶液用甲基橙作指示剂时所用HCl毫升数的2倍

C——HCl的摩尔浓度（molL-1）

44

————为CO2的毫摩尔质量

2×1000

250

——为分取倍数，

25

再换算为土壤呼吸强度（CO2毫克/克干土，小时）

CO2毫克/克干土，小时=W1×1000×1/20×1/24

20——试验所用土壤的克数

24——试验所经历的时间（24小时）

（三）实验作业

1、计算土壤呼吸强度。

2、怎样判断吸收C02所用的Na0H溶液数量是否充足？

（四）思考题

1、吸收C02的NaOH溶液为什么必须准确吸取？

2、用标准HCl滴定剩余的Na0H时，第一次用酚酞作指示剂，此时消耗的HCl量并不参加计算，为什么要求准确滴定？

实验五土壤中磷含量的测定

（一）方法原理

本法通过两种作用释放土壤中的有效磷部分。

一是通过NH4F和Fe-P、AL-P中的Fe、AL酸性条件下形成络合物从而释放有效磷。

二是通过稀酸来溶解部分磷。

这种方法适用于酸性土壤而不适于石灰性土壤。

因为提取剂中的酸在水土比不大时很容易被石灰中和，另外有可能形成CaF2导致磷的再沉淀或再吸附使结果偏低。

加硼酸主要为了和氟离子形成络合物，避免氟对磷的测定干扰。

（二）仪器

往复振荡机；分光光度计或光电比色计。

（三）试剂

1、浸提剂[c（NH4F）=0.03mol·L-1,c（HCl）=0.025mol·L-1]：

1.11gNH4F（分析纯）溶于800ml水中，加盐酸[C（HCl）=1.0mol·L-1]25mL，然后稀释至1L，贮于塑料瓶中。

2、硼酸溶液[c（H3BO3）=0.8mol·L-1]：

49.0gH3BO3（分析纯）溶于约900mL热水中，冷却后稀释至1L。

3、钼锑贮存溶液：

浓硫酸（H2SO4，分析纯）153mL缓慢倒入约400mL蒸馏水中，同时搅拌。

放置冷却。

另称10g钼酸铵[（NH4）6Mo7O24·4H2O，分析纯]溶于约60℃的300mL蒸馏水中，冷却。

将配好的硫酸溶液缓缓倒入钼酸铵溶液中，同时搅拌。

随后加入酒石酸锑钾[P（KsbOC4H4O6·1/2H2O）=5g·L-1，分析纯]溶液100mL，最后用蒸馏水稀释至1000mL。

避光贮存。

4、钼锑抗显色剂：

1.50g抗坏血酸（C6H8O6，左旋，旋光度+21°~+22°，分析纯）加入到100mL钼锑贮存液中。

此液须随配随用，有效期一天。

5、二硝基酚指示剂：

0.2g，2.6-二硝基酚或是2，4-二硝基酚[C6H3OH（NO2）2]溶于100mL水中。

6、磷标准贮存溶液：

0.4390g磷酸二氢钾（KH2PO4分析纯，105℃烘2小时）溶于200mL，蒸馏水中，加入5mL，浓硫酸，转入1L容瓶中，用水定容。

此为磷标准贮存溶液[ρ（P）=100mg·L-1]，可以长期保存。

7、磷标准溶液：

取磷标准贮存溶液（试剂6）准确稀释20倍，即为磷标准溶液[ρ（P）=5mg·L-1]，此溶液不宜久存。

（四）操作步骤

称取通过2mm筛孔的风干土壤样品5.0g，置于50mL塑料瓶中，加入盐酸-氟化铵浸提剂（试剂1）50mL，在20℃~25℃下振荡30min（振荡机速率为150次/min~180次/min），取出后立即用于燥漏斗和无磷滤于纸过于塑料瓶中。

吸取滤液10ml（含5~25μgP）50mL空量瓶中，加入10mL硼酸溶液（试剂2），再加入二硝基酸显色剂2滴，用稀HCl和和NaOH溶液调节PH至待测液呈微黄色，中入5mL钼锑抗显色剂，定容至50mL，摇匀，30min后在分光光度计上用650nm波长比色。

同时作试剂空白试验。

（五）结果计算

W（P）=

P—从工作曲线上查出显色液中磷的浓度，mg·L-1；

V—湿色液体积，

ts—分取倍数；

m—土壤质量g

（六）注意事项

对于风化程度较高的土壤也可用c（NH4F）=0.003mol·L-1—c（HCL）=0.1mol·L作为浸提剂，测定步骤同上。

根据Jackson的建议，Braylal法结果可作如下分级：

＜3（mg·kg-1P，下同）极低

3~7低

7~20中

＞20高

但是，不同作物的分级标准有很大不同，鲁如坤等（1998）综合各研究者结果

提出如下分级：

不同作物磷水平分级

作物

低

中

高

大豆，水稻

冬小麦

玉米

蔬菜

温室作物

＜6

＜15

＜8

＜10

＜15

6~12

15~22

8~15

11~35

16~51

＞12

＞22

＞15

36

＞51