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土壤原位盐分计的原位测定方法

更新时间:2015-05-29    浏览次数:1511

  土壤原位盐分计是托普仪器自主研发生产的专业土壤盐分检测仪器。用于测量土壤盐分含量精确度高,性能稳定。
  盐渍土主要存在于干旱半干旱地区,据统计,全球受到盐渍化影响的土地面积达到 9.55 亿 hm2[1], 广泛分布于全世界 100 多个国家和地区。我国盐渍土面积约 0.17 亿 hm2[2],主要分布在东北、西北、内蒙-宁夏-甘肃以及沿海地区,严重制约了我国经济的发展。土壤盐分的测定和诊断是土壤盐渍化研究工作中的重要内容。由于土壤盐分与灌溉管理措施、降雨蒸发、土壤质地、地下水位和地下水矿化度等因素密切相关[3],而土壤的空间变异性,使得盐渍的诊断变得十分复杂。测定土壤盐分的传统方法为土壤浸提液法,其中饱和土壤浸提液由于可表征土壤中盐分状况的优点而被推荐为测定土壤盐分的一般方法[4-5],但是,较大水土比(如1:1、1:2、1:5 和 1:10)的土壤悬液容易制备,且较大水土比浸提液和饱和浸提液测定结果之间存在高度的相关性[6-7],所以被广泛应用于各种研究中[7-8]。但是,浸提液法过程繁琐,费时费事,不可避免要破坏原样,且由于土壤盐分的时空变异性,精度有限,不能用于原位监测,更不适用于长期监测或水盐动态研究中。在提倡精准农业的今天,土壤盐分的快速、有效和可靠的原位测量显得非常重要。现有常用的土壤盐分原位测量方法大致可分为土壤溶液法和土壤表观电导率法两大类,本文主要就其测定原理和应用进行综述,并讨论各方法的优缺点,为土壤盐渍化研究中土壤盐分的测定方法选用提供参考。
  1  土壤溶液电导率法
  土壤溶液是含有溶质和溶解性气体的土壤间隙水,其不仅是多数土壤化学反应和土壤形成过程发生的场所,也是植物根系吸取养分的源泉。土壤溶液的盐分状况直接影响着植物的生长,理论上是评价土壤盐渍化更直接的指标,但由于土壤溶液电导率(ECw)随土壤含水率变化剧烈和土壤溶液难以采集的原因未被推广应用[9]。原位测定土壤溶液盐分方法有两种,一种为采集土壤溶液后在实验室测定,另一种为以土壤盐分传感器直接测量土壤溶液电导率
[3]。 1.1  土壤溶液原位采样  原位土壤溶液样品通常通过真空提取器(vacuum extractor)采集。1904 年 Briggs 和 McCall 描述了用吸杯法(suction cup)采集土壤溶液的原理[10],其主要由吸杯(suction cup)、采样瓶(sampling bottle)和抽气容器(suction-container)3 个部分组成,其中吸杯是最重要的组成部分,大多由陶瓷制成,也可用人造刚玉、烧结玻璃、尼龙、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(Teflon)和不锈钢等材料制成,如罗小三等[11]以聚丙烯纤维为过滤材料制成了一种简单实用的采集器。经过几十年的发展,土壤溶液采样器发展了多种版本,如可忽略土壤水分迁移影响的微型采样器[12]、采样后可自动停止采样的采样器[13]、利用被动扩散原理收集土壤溶液的 Temionic 陶瓷杯采样器[14] 和根际土壤溶液采样器(Rhizon-SMS) 等 [15] 。无论何种采样器,误差是不可避免的,这与土 壤溶质的吸附解吸、扩散、采样速率和采样器尺寸等密切相关[3] 。土壤溶液采样器的主要缺点包括:①土壤采样器只能采集土壤大孔隙中的水溶液,但小孔隙溶液中却有不同的离子组成和浓度;②采样时土壤溶液需经过多孔陶瓷(或其他材质)过滤,所得样品与土壤原溶液也有一定的差异;③采样器采集范围有限,只能采集某点样品,不能消除土壤盐分的空间变异。另外,土壤溶液原位采集需要较高的土壤含水率,采样耗时长并且难以获得足量样品,在盐渍土研究中具有很大的局限性。  1.2  土壤溶液电导率的原位测量  当不需测量土壤溶液的离子组成时,可采用土壤盐分传感器直接测量土壤溶液电导率来评估土壤盐分。Kemper [16]首次提出并研制了土壤盐分传感器,其工作构件是一个充满一定浓度的盐溶液(KCl)的“多孔陶瓷电导池”,当传感器埋设于土壤中时,电导池内溶液与土壤溶液达到平衡,从而表征了土壤溶液浓度。常用的土壤盐分传感器有 Cat No 5500 和 TYC-2 等,已广泛应用于农业研究中 [17-19] ,特别是在长期连续的 土壤盐分监测中。现行的土壤盐分传感器具有较高的灵敏度、稳定性和准确度,但也有着明显不足。Wood[20]和Wesseling 等[21]研究发现,当土壤基质势为 -0.05 ~ -0.15 MPa 时,土壤盐分传感器响应时间长达 2 ~ 5 天,在更低的土壤基质势条件下响应时间更长;我国研制的 TYC-2 型盐分传感器在土壤中达到平衡需要 18 ~ 24 h,要求土壤最小含水率不能低于12%[22]。由此可见,土壤盐分传感器不适于监测短期和快速的盐分变化,更不适用于干燥环境。  2  土壤原位盐分计电导率法  2.1  理论基础  土壤表观电导率(apparent electrical conductivity)是土壤的一个基本性质,包含了反映土壤质量与物理化学性质的丰富信息。


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