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土壤空氣分析

作者:匯感農業百科  閱讀:次  類別:土壤卷

    土壤空氣的容量、組成和通氣性強弱的測定。

    空氣容量測定 取決于土壤顆粒的排列狀況和含水量,一般采用土壤密度和容重計算土壤總孔隙度然后減去持水孔隙度求得的。在田間條件下,由于受水分含量的影響,所以它是一個變量。良好土壤的空氣容量要求在10%以上,若達到15%~20%以上則更佳。

    空氣組成測定 大體可分為氣量法和儀器分析法兩類。

    氣量法 用某一特定化學試劑吸收土壤空氣中某一特定成分后,測量其體積的變化來確定含量。如用堿液吸收CO2,用焦性沒石子酸的堿性溶液吸收氧,氯化亞銅的氨溶液吸收CO2,鈀的膠態溶液吸收氫,溴水和發煙硫酸液吸收不飽和烴,磷酸酐或氯化鈣吸收水汽等。

    儀器分析法 可用選擇性電極測定溶解態氣體成分的含量。測氧儀已得到了比較廣泛的應用。土壤水中溶解態CO2的測定,是用化學滴定法測定水的總酸度,然后再測與非揮發性有機化合物有關的水的酸度。兩者之差即為游離CO2的含量。土壤水中溶解態氧也可用碘量法測定,所加的Mn(OH)2在堿性溶液中被水中所含的氧定量地氧化成四價錳的化合物。然后,用HCl去還原四價錳為亞錳,同時將原先加入的碘化鉀氧化使產生游離的碘。碘在量上與水中氧的含量相當,用Na2S2O3滴定所產生的碘的數量可計算氧的含量。用氣相色譜儀測定土壤空氣的組成及其含量,是較通用而精確的方法,該方法要求選用特定的吸附劑,如用分子篩的管柱,在一定溫度和一定時間內,能將待測混合氣體分離為單一的成分。用載氣(氦或氫)將其導入熱傳導監測器并轉換成電信號記錄下來,再與標準樣品比較而得出準確的結果。該法的優點是:①需要的樣品用量少,這對空氣含量本來就不多的土壤來說,是很適合的,一般用1毫升左右樣品即可;②分析速度快,幾分鐘就行了;③分析精確度高;④最大的優點是能一次分離測定幾種氣體成分,如O2、N2、N2O、CO2、CH4等。

    土壤通氣性測定 分田間直接測定和室內分析兩類。用特定儀器或氧電極測定代表土壤通氣性的某些特性表示,如①通氣系數,②氣體擴散系數,③氧擴散率,④通氣孔隙度和⑤氧化還原電位(Eh)等。

    通氣系數 指土壤在大氣溫度25℃及1達因壓力下,在1小時的時間內和1平方厘米面積上通過1厘米厚度土層的空氣量。即為:

    

式中:K為通氣系數;Q為通氣量(厘米3);d為入土管面積(厘米2);L為入土管插入土壤的深度(厘米);△P為貯氣罩內的壓力(達因/厘米2);△t為測定所經歷的時(秒);n25是25℃時水汽飽和的空氣滯度(184.5×10-8泊);nr是測定時的大氣溫度(T)下水汽飽和空氣的滯度。K值愈大,說明土壤通氣性愈好。

    氣體擴散系數 一般采用的是土壤的相對擴散系數,即氣體在土壤中的擴散系數D與該氣體在自由空氣中的擴散系數D0的比值D/D0。它是判斷土壤通氣性的指標之一,但是,由于D值的測定較為復雜,在實際工作中應用得不廣。

    氧擴散率 指每分鐘通過每平方厘米土層擴散的氧的克數(或微克數),又稱土壤氧流,其英文縮寫符號是ODR。它的大小標志著土壤空氣中氧的補給更新速率的快慢。據斯托爾茲等(L.H.Stolzy,etc.,1964)的報道,當土壤的ODR下降至約20×10-8克/厘米2·分時,大部分植物根系就停止生長,要保持植物的正常生長,土壤的ODR一般要求保持在30×10-8到40×10-8克/厘米2·分以上。各類植物對ODR的反應十分不同。一般來說,豆科植物的要求比禾本科植物的高,塊莖類植物的要求則更高。ODR是根據氧在土壤溶液到模擬根系的細鉑絲面上被還原,所產生的電流量來進行測定的。正極為鉑電極,負極是一個標準參比電極(甘汞電極)。田間測定時通常要求達到穩定狀態后再讀電流微安數,并按下式算出ODR值。

    

式中:M為氧的分子量;i為電流微安數;n為還原一分子的氧所需的電子數;A為鉑電極的表面積(厘米2);F為法拉第常數;60為換算成每分鐘的系數。這個方法有快速、準確、簡便的特點,但要求電極表面一定要形成水膜。因此,它只適用于土壤含水量較高的范圍(大致在pF1~2的范圍內,或田間持水量以上)。

    通氣孔隙度 因通氣孔隙的直徑較大,存在于其中的水分在重力作用下可以自由排出,留出通氣的通道。一般認為,通氣孔隙直徑的下限約在0.02或0.03毫米。通氣孔隙度決定著土壤通氣性的好壞。良好的土壤通氣性,要求通氣孔隙度在10%以上,如在15%~20%以上則更佳。確定土壤通氣孔隙的方法,是由土壤總孔隙度減去土壤田間持水量時水分所占的容積百分數,或采用土壤總孔隙度減去pF2時土壤所保持的水分的容積百分數計算。

    氧化還原電位(Eh) 土壤中氧化態物質和還原態物質的相對濃度,決定著土壤氧化還原電位的高低。土壤中氧化態物質和還原態物質的相對濃度,主要受土壤溶液的氧壓或溶解態氧的濃度所制約,而溶液的氧壓又直接與土壤空氣中氧的含量密切有關。因此,土壤的氧化還原電位可以作為土壤通氣性的指標。大體而言,土壤氧化還原電位在400毫伏以上可視為氧化狀態,土壤通氣性良好。一般說,旱地土壤的氧化還原電位較高,在沒有漬水情況下Eh變化較小。但對于水稻土,由于它有淹水和脫水兩個過程,因此Eh值的變化就十分明顯。用土壤氧化還原電位作為判別水稻土的通氣性具有非常重要的意義,亦是一個很有用的指標。土壤氧化還原電位的測定,在野外可應用pHS-29A型酸度計或其他型號的電位計。測定時將鉑電極和飽和甘汞電極直接插在田間土壤中,平衡2分鐘后讀數,取得相對的結果。為了測得較為精確的Eh值,除對鉑電極進行表面處理外,最常用的辦法是延長平衡時間,直至讀數穩定。

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