土壤分析方法論

① 科學種植要先檢測土壤中的養分含量，有哪些方法

眾所周知，盲人種植有一個大問題，如盲施肥會導致農作物中缺乏營養，土壤層營養。這種不平衡的成分不僅對食物作物的生長和發育不利，而且還會導致土壤層和土壤中的問題。過量的營養素是易於對作物產生生理障礙，導致生產和質量顯著下降，土壤層營養的不平衡將導致壞徽章。因此，為了解決農業的這種特定問題，對土壤層營養素的科學研究方法非常重要。

② 土地資源評價及土壤質量研究進展

關於土地的研究評價工作，涉及土地資源評價和土壤質量研究兩大方面。國外和國內在這方面的研究互有借鑒，也各具特點。

(一)土地資源評價方法研究進展

1.國外土地評價方法

土地評價的目的就是為合理利用土地、發展經濟提供科學依據。根據評價過程和指標的不同，土地評價方法分為三大類。第一類是定性方法，第二類是定量方法，第三類是介於前二者之間的半定量土地評價方法。國際上典型的定性化土地評價方法有以美國為代表的土地潛力評價和聯合國糧農組織的土地適宜性評價；定量化土地評價方法主要有模型方法和系統動力學方法；半定量土地評價有參數方法和生態帶(區)方法。

1)土地潛力評價方法。1961年美國對土地潛力進行了評價分類。該土地潛力分類系統首先按土地的用途區分為野生、林業、牧用和農用四類，再根據土地潛力影響因子的限定性和障礙性程度將土地分為八級(表2-1、圖2-1)。

2)土地適宜性評價方法。1976年，聯合國糧農組織(FAO)發布了土地適宜性評價(《A Framework for Land Evaluation》)。FAO土地適宜性評價分類系統將土地分為適宜和不適宜兩大類，又按適宜程度和限制性因子分為綱、級、亞級、單元四級(表2-2)。由表2-2可以看出，FAO土地適宜性評價分類系統僅僅是一個評價框架，評價結果的詳略程度可以根據地區條件和評價要求的不同而定。

表2-1 美國的土地潛力分類系統Table 2-1 Land potential classification system of the USA

圖2-1 美國的土地潛力分類示意圖

圖中Ⅰ—Ⅷ表示土地分級

Fig.2-1 Land potential classification sketch map of the USA

表2-2 聯合國FAO土地適宜性評價分類系統Table 2-2 Classification system of the FAO of the UN for estimating land applicability

3)農業生態區方法(AEZ)。1978年，聯合國發布的農業生態區方法(AEZ)是把一個土地區域劃分為具有相同性質的很小的土地單元，評價土地適宜性、土地潛力和環境影響的方法。農業生態區是依氣候、地形、土壤、土地覆被來定義的土地資源單位，每個區內對土地利用來說具有特定的潛力和限制性范圍；農業生態單元(AEC)是由地形、土壤、氣候特徵組成的最小單元，是農業生態區法的基本單元。其基本工作程序是：第一步，確定土地利用方式及其生態要求，即確定土地利用方式和土地利用方式的生態要求；第二步，從土壤和地形、氣候、土地利用或土地覆被現狀、行政區等方面開展土地資源調查工作，並結合農業生態區根據土地特性和質量劃分農業生態單元；第三步，根據自然產量，劃分土地等級。

4)持續土地利用管理評價。1993年，聯合國FAO發布了《持續土地利用管理評價綱要(An International Framework for Evaluating Sustainable Land Management)》(FESLM)。該評價方法遵循生產性(proctivity)、穩定性(security)、保護性(protection)、經濟可行性(viability)和社會接受性(acceptability)等五個評價准則(pillars)。FESLM指標分為自然方面、生物方面、經濟方面、社會方面的指標共四大類。各類指標詳盡而復雜，例如《無灌溉農業土地評價指南》中自然方面的指標包括太陽輻射、溫度、有效給水狀況、根層有效給氧狀況(排水)、有效給養狀況、養分保持能力、紮根條件、影響發芽與成苗的條件、影響生長的空氣濕度、成熟條件、洪水風險、氣候風險、鹽鹼化、有毒物質、病蟲害、土壤可使用性、機械化潛力、土地預備與清理要求(植被/雜草)、存儲與加工條件、影響生產時間安排的條件、生產單元內的可達性、潛在管理單元大小、區位、侵蝕風險、土壤退化風險等等。

5)模型方法。1990年，根據1989年七國首腦會議的要求，經濟合作與發展組織(OECD)啟動了生態環境指標研究項目，創立了「壓力-狀態-響應」(PSR)模型的概念框架。有關指標見表2-3和表2-4。

表2-3 壓力-狀態-響應模型的部分指標Table 2-3 Part of the indexes of the pressure-condition-reaction model

表2-4 環境性狀相關指標(EPI)Table 2-4 Relative environmental properties index

續表

2.國內土地評價方法

我國古代對土地分類定級的工作開始較早，如禹貢時代將土地分為9等，戰國時代將土地分為3等18類共90種，宋朝、明朝、清朝分別將土地分為5等、13等和4等。我國現代土地分類定級工作主要涉及三個部門或單位，即農業部、國土資源部和中國科學院南京土壤研究所。

(1)耕地地力調查與質量評價

農業部開展全國耕地地力調查與質量評價的目的在於查清我國耕地土壤養分狀況、土壤污染問題。該工作以縣為單位，圖件比例尺1：5萬；耕地基礎地力構成要素包括立地條件、土壤條件和農田基礎設施條件。立地條件又包括地貌類型、地形坡度和坡向等、成土母質(殘積物、坡積物、洪積物、沖積物、湖積物、海積物、黃土母質等)；土壤條件包括土壤剖面與土體構型、土層狀況(耕層厚度、有效土層厚度、土體厚度、障礙層深度和厚度等)、耕層土壤理化性狀(質地、容重、pH值、交換量、有機質、礦質養分、含鹽量、鹽分構成、地下水礦化度、鹼化度和石灰含量等)、直接污染源的背景值、土壤侵蝕程度；農田基礎設施條件包括農田水利工程、水土保持工程、田園化與植被生態建設、土壤培肥水平等。不同類型區的耕地基礎地力評價因素應反映地區性特點(表2-5)。

通過全國耕地地力調查與質量評價，將全國耕地類型區系統劃分為東北黑土型耕地類型區(水稻土)、北方平原潮土-砂姜黑土耕地類型區、北方山地丘陵棕壤-褐土型耕地類型區(含黃棕壤、黃褐土)、黃土高原黃土型耕地類型區、內陸灌漠(淤)土耕地類型區、南方稻田類型區、南方山地丘陵紅黃壤(含紫色土、石灰岩土)旱耕地類型區等7個類型。1996年頒布了農業部行業標准《全國耕作類型區、耕地地力等級劃分》，2002年全國農業技術推廣服務中心會同有關單位又制定了《全國耕地地力調查與質量評價技術規程》(試行)。由上可知，該評價體系側重於分類，在土地等級劃分上仍然是以糧食產量為標准，沒有將自然條件和人為投入體現出來。

表2-5 我國南方耕地基礎地力評價因素Table 2-5 Factors for estimating the soil fertility of the farmland in south China

(2)農用地分等定級估價

國土資源部開展的農用地分等定級估價是「新一輪國土資源大調查——土地資源監測調查工程」的重要組成部分，是繼土地詳查摸清農用地數量和權屬後，對農用地質量和價格的大調查，旨在摸清我國農用地質量等級與價格，建立起農用地的等、級、價體系。《農用地分等規程》、《農用地定級規程》、《農用地估價規程》三個行業標准從2003年8月1日起正式頒布實施。

農用地分等技術思路表明，土地等別揭示了生產能力及其分布，包括光溫生產潛力(土地質量差異基準面)、自然質量(土地自然條件差異)、開發利用(生產者平均利用水平差異)和綜合因素(平均投入產出水平差異)等，等別層次揭示了開發利用潛力。該農用地評價體系具有以下特點：①與土地詳查、土壤普查成果相銜接；②綜合運用土地自然評價、土地經濟評價和土地利用評價的理論與方法；③在全國范圍內可比，通過包括光溫生產潛力指數、標准耕作制度、產量比系數、指定作物最大產量、最大「產量-成本」指數等國家級參數體系實現；④綜合農用地利用現狀評價、潛力評價和適宜性評價，將分等和定級結合起來。其不足之處在於沒能夠開展土壤樣品的采樣分析，部分數據陳舊。

(3)土壤質量演變規律與持續利用研究

中國科學院南京土壤研究所主持完成的國家重點基礎研究計劃項目(973項目)「土壤質量演變規律與持續利用」的總體目標是：建立土壤質量指標體系與評價系統，提出土壤質量國家標準的建議方案；評估我國主要類型耕地土壤質量，揭示其演變規律；揭示土壤圈層界面物質交換規律及其對土壤質量的影響機理；創建主要耕地土壤質量的保持與定向培育理論，建立典型耕地土壤質量資料庫與咨詢系統。主要關注的科學問題包括：①土壤質量的演變機理、分異規律及保持與定向培育理論，著重闡明影響我國土壤質量變化的主要過程、機理和調控理論，以提出均衡土壤養分和提高土壤肥力、調控鹽鹼和酸化障礙因子，修復污染土壤，減輕土壤侵蝕，有效提高土壤質量的理論依據，為發展土壤資源的持續利用理論奠定基礎；②土壤圈層界面物質交換對土壤質量與動植物健康的影響機制，著重闡明土壤圈與水、氣、生物及岩石圈層界面的主要物質交換過程、速率、通量及關鍵因子，揭示土壤圈層界面物質交換的規律，及與土壤質量形成和環境演變的關系，提出土壤質量培育的界面調控理論和途徑；③土壤質量指標的表徵理論與方法，運用先進的量化表達理論和方法，對遴選獲得的表徵土壤質量的指標進行賦值、標准化，依據系統研究建立的土壤質量指標體系和評價系統，對土壤質量狀況進行評價。

通過重點研究，初步制定了我國主要土壤類型黑土、潮土、紅壤、水稻土、菜園土的土壤肥力質量評價指標和土壤健康質量基準。

(二)土壤質量研究進展

1.國外土壤質量評價

土壤質量是土壤在一定的生態系統內，提供生命必須養分和生產生物物質的能力，容納、降解、凈化污染物質和維護生態平衡的能力，影響和促進植物、動物和人類生命安全和健康的能力之綜合量度。

土壤質量包括三層內涵和功能：第一，土壤生產力，即土壤提高植物和生物生產力的能力；第二，環境質量，即土壤降低環境污染物和病菌損害的能力；第三，動物健康，即土壤質量影響動植物和人類健康的能力。這三項功能也被稱為土壤肥力質量、土壤環境質量和土壤健康質量，有關指標見表2-6、表2-7和表2-8。

表2-6 土壤質量田間描述性指標Table 2-6 Descriptive index of the soil quality in the field

續表

表2-7 常用土壤質量分析性指標Table 2-7 Common analytic index for soil quality

表2-8 土壤質量和健康狀況參數及其與土壤質量的聯系Table 2-8 Soil quality and health condition parameters and their relationship with soil quality

續表

2.國內土壤質量評價

國內關於土壤質量的研究主要集中在土壤背景值、土壤環境容量和土壤環境質量標准研究等三個方面。

(1)土壤背景值調查和研究

土壤環境背景值是指土壤在發育形成過程中，未受或很少受到人為活動的影響，特別是未受或很少受到污染、破壞的情況下，土壤本身固有的化學組成和含量。它基本反映土壤環境原有的物質組成、性質和結構特徵。「七五」期間，由國家環境保護局主持、國家教育委員會和中國科學院參與主持的國家科技攻關項目「全國土壤環境背景值研究」，是迄今為止最為系統的土壤重金屬背景值研究成果。與世界土壤相比，我國土壤的砷、鋅、銅含量高於世界均值；汞、錳、鈷在世界范圍值之中；鎘、鉻、鎳低於世界均值；鉛的變異超出世界平均范圍。歷時16年的全國第二次土壤普查工作，重點對土壤中N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等9 種營養元素進行了系統測試分析，建立了土壤肥力分級標准。

(2)土壤環境容量研究

環境容量這一概念，大約於20世紀70年代引入到環境科學領域。目前關於土壤環境容量的概念尚在探索之中。一種觀點認為，土壤存在一個可承納一定污染物而不致污染作物的量。一般將土壤所允許承納污染物質的最大數量稱為土壤環境容量。另一種觀點認為，土壤環境容量是在不使土壤生態系統的結構和功能受到損害的條件下，土壤中所承納污染物的最大數量。後者強調必須明確污染物對土壤生態系統的結構和功能的影響，以及系統結構和功能方面的要求。不少國家，如前聯邦德國、日本、前蘇聯、澳大利亞等國家確定了某些污染物的土壤環境污染標准。我國對土壤環境容量研究已有一些報道。

土壤臨界容量可用於表徵土壤對各種污染物的容納能力。在獲得土壤對污染物的各種生態效應和環境效應，並獲得各種單一體系的臨界含量後，就可以採用各種效應的綜合臨界指標得出整個土壤生態系統的臨界含量，並作為國家制定環境標準的依據和確定土壤環境容量的依據。表2-9為我國草甸褐土區各單體系的臨界含量。

表2-9 我國草甸褐土區各單體系臨界含量Table 2-9 Critical content of each system in meadow brown soil area of China

註：*地表徑流、地下滲漏水不超標；**3.5mg/kg時，地表徑流、地下滲漏水不超標。(據夏增祿，1986)

用數學模型定量表達土壤環境容量的方法尚在探索之中。目前，常採用的確定土壤環境容量的方法包括土壤靜容量和土壤動容量。土壤靜容量是根據土壤的環境背景值和環境標準的差值來推算容量的一種簡易方法，可由C_s=M(C_i—C_Bi)表示(式中：M為每畝耕層土壤重量(kg)，C_i為i元素的土壤臨界含量(mg/kg)，C_Bi為i元素的土壤背景值(mg/kg))。這時，現存容量C_sp=M(C_i—C_Bi—C_P)，C_P是土壤中人為污染而增加的量。另外，土壤環境容量也可用Q=(C_K-B)×150粗略估計(式中：Q為基本的土壤環境容量(g/畝)，C_K為土壤環境標准值(mg/kg)，B為區域土壤背景值(mg/kg))。

土壤是一個開放的物質體系，污染物可進入土壤，也可以輸出。土壤動容量是根據污染物的殘留來計算土壤的環境容量。假定年輸入量為Q，年輸出量為Q′，若Q大於Q′，則殘留量為Q-Q′。隨著時間的推移，殘留量也不斷地增加，造成積累。累積率(K)為殘留量(Q-Q′)與輸入量Q之比，則n年內土壤污染物累積總量A_T(含當年輸入量)為A_T=Q+QK+QK²+…+QKⁿ，而n年內的污染物殘留總量R_T(不含當年輸入量)則為R_T=QK+QK²+…+QKⁿ。當年限n足夠長時，QKⁿ趨於零，A_T達到最大極限值。因此，污染物在土壤中的年累積量為A_T′=K(B+Q)(式中：A_Tˊ為污染物在土壤中的年累積量(mg/kg)，K 為土壤污染物年殘留率(%)，B 為污染物的區域土壤背景值(mg/kg)，Q為土壤污染物的年輸入量(mg/kg))。假定每年殘留率(K)相同、年輸入量相同，則n年內土壤的總累積量為A_T=BKⁿ+QK

。從式中可以看出，年殘留率K值的大小，對計算結果影響很大。不同地區的土壤，不同的污染物，其K 值也有差異，需通過試驗求得。利用這種計算方法，可預測某污染物累積達到區域的環境標准所需要的年限。

(3)土壤環境質量標准研究

為貫徹《中華人民共和國環境保護法》，防止土壤污染，保護生態環境，保障農林生產，維護人體健康，我國於1995年制定頒布了土壤環境質量標准(GB15618—1995)(表2-10)。該標准按土壤應用功能、保護目標和土壤主要性質，規定了土壤中污染物的最高允許濃度指標值，用於農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場、林地、自然保護區等的土壤。該標准根據土壤應用功能和保護目標，將土壤劃分為三類：Ⅰ類主要適用於國家規定的自然保護區(原有背景重金屬含量高的除外)、集中式生活飲用水源地、茶園、牧場和其他保護地區的土壤，土壤質量基本保持自然背景水平；Ⅱ類主要適用於一般農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤，土壤質量基本上對植物和環境不造成危害和污染；Ⅲ類主要適用於林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產附近等地的農田土壤(蔬菜地除外)，土壤質量基本上對植物和環境不造成危害和污染。

表2-10 土壤環境質量標准值Table 2-10 Environmental quality standard for soils(mg/kg)

註：①重金屬(鉻主要是三價)和砷均按元素量計，適用於陽離子交換量＞5cmol(+)/kg的土壤，若≤5cmol(+)/kg，其標准值為表內數值的半數；②水旱輪作地的土壤環境質量標准，砷採用水田值，鉻採用旱地值。

該標准規定，一級標准為保護區域自然生態、維持自然背景的土壤環境質量的限制值；二級標准為保障農業生產、維護人體健康的土壤限制值；三級標准為保障農林業生產和植物正常生長的土壤臨界值。各類土壤環境質量執行標準的級別規定為：Ⅰ類土壤環境質量執行一級標准；Ⅱ類土壤環境質量執行二級標准；Ⅲ類土壤環境質量執行三級標准。

③ 土壤重金屬含量變化的研究方法

1.土壤重金屬來源及其預測方法

富含重金屬的土壤是引發土壤重金屬生態危害效應的物質基礎。礦化作用、富含重金屬的黑色岩系地層等特殊地質背景條件下發育形成的富含重金屬土壤，各種人類污染作用如礦山開發、金屬冶煉、污水灌溉、化肥和農葯施用、大氣干濕沉降、垃圾和污泥農用等人類活動不斷向土壤輸入重金屬元素，通過長期的累積同樣可以形成土壤重金屬富集異常區，這些地區是土壤重金屬生態風險預測評價的重點區域。

可以採取多種方法研究土壤重金屬的累積變化趨勢。

1）通量計演算法。即通過對研究區內灌溉水、化肥農葯、大氣干濕沉降等各種輸入端元，以及農田退水、作物收割帶出、水土流失、向地下的淋濾遷移等輸出端元的代表性樣品的監測采樣分析，計算土壤重金屬的輸入輸出通量及其凈增量，從而預測土壤重金屬含量變化趨勢。通量計演算法具有覆蓋面積廣、采樣測試工作量較小、可操作性較強、研究周期較短（根據1～2年的調查監測資料即可進行初步預測）的優點。但是，采樣分析涉及介質類型較多，要求監測點、樣品代表性強，各類樣品特別是水樣的采樣和分析質量要求高，當然，一次性采樣或監測時間過短（如大氣沉降）必然影響到研究成果的可信度。

2）動態監測法。即建立土壤環境地球化學監測網路，在監測點上重復採集分析土壤樣品，獲取土壤重金屬含量、土壤理化指標和重金屬存在形態的動態變化資料，確定重金屬累積與活化的變化規律，以監測數據為依據建立模型進行科學預測。其優點是數據資料及預測結果可信度較高，但是要達到預測目的需要進行長期的監測分析，研究周期長。

浙江省農業地質環境調查主要是利用了相隔10餘年的2次區域土壤地球化學調查資料，結合與區域土壤環境背景值調查、第二次土壤普查數據的對比，統計得出了土壤重金屬累積速率和土壤酸化趨勢。根據過去十多年間土壤重金屬累積與酸化速率，採用線性模型預測若干年後土壤重金屬含量、土壤酸鹼度值（見本章第三節），從而預測評價土壤環境質量及其生態風險。

2.土壤重金屬元素總量對可浸提量的影響

從已有研究成果來看，除了表生地球化學活動性較強的重金屬元素Cd之外，土壤中多數重金屬元素主要以活動性弱的殘渣態、有機結合態和鐵錳氧化態存在，而水溶態、離子交換態等活動態組分所佔的比例極小，並且從理論上講經由各種輸入途徑進入土壤的重金屬元素通過物理、化學、生物的復雜作用最終達到平衡時，也應該主要以穩定態存在，這就意味著盡管輸送進入土壤的重金屬總量很大，但實際產生危害作用的重金屬浸提量的增長幅度可能要小得多，即土壤重金屬生態危害作用與其污染程度（以重金屬總量衡量）並不一定相稱。

研究表明，土壤重金屬總量對其可浸提量有著顯著的影響。由表5-17可見，除了Hg和浙北、浙東地區的As之外，其他各種重金屬可浸提量與其總量間具有較好的相關性，多數情況下兩者間達到顯著正相關性，即土壤重金屬可浸提量隨總量的增加而線性增長。以浙北地區Pb為例，土壤中Pb可浸提量與全量的回歸方程為：

w（Pb_浸提量）=0.224×w（Pb_全量）-1.712

按照這一方程，假設污染影響下土壤Pb含量從25mg/kg上升為75mg/kg，則土壤中可浸提態Pb相應從3.88mg/kg上升為15.06mg/kg，顯然，土壤Pb污染的生態危害風險大大上升。

表5-17 浙北、浙東、浙中地區土壤重金屬全量與有效量相關系數

註：置信度為0.01時，顯著相關的臨界值為F₁₀₀=0.254。

由此推斷，盡管土壤重金屬生態危害程度與其總量不完全一致，但土壤重金屬總量的增長仍然是引發重金屬生態危害的物質基礎。本章第四節指出，浙北、浙東地區土壤中Cd、Cu、Pb、Zn等多數有害重金屬元素含量具有較快的累積富集趨勢，因此，土壤重金屬可浸提量及其生態危害風險也在增加。

④ 土壤物理指標

一、土壤粒徑

土壤粒徑分布是最基本的土壤物理性質之一，它強烈地影響著水力、熱力性質等重要的土壤物理特性。土壤粒徑分布的測定方法相對簡單便捷，精度也較高，而且在常規的土壤調查資料中也有詳細程度不一的粒徑分析數據。而土壤水分特徵曲線和(非)飽和水力傳導率、土壤熱導率、土壤熱容量等土壤水力、熱力性質的直接測定比較費時、昂貴，且精度較低，可重復性差。因此，根據土壤粒徑分布來估計土壤的其他水力學性質已經成為相關領域的研究熱點。

土壤基質是由不同比例的、粒徑粗細不一、形狀和組成各異的顆粒(土粒)組成，一般分為礫、砂、粉粒和黏粒4級。粒徑分析的目的，是為了測定不同直徑土壤顆粒的組成，進而確定土壤的質地。土壤顆粒組成在土壤形成和土壤的農業利用中具有重要意義，土壤質地直接影響土壤水、肥、氣、熱的保持和運動，並與作物的生長發育有密切的關系。

1.土工實驗法

土粒的粒徑變化范圍非常大(粒徑由﹥60mm到﹤0.002mm)，故對不同的粒組採用不同的試驗方法：粗粒組一般用篩析法，細粒組採用密度計法或移液管法。

對於粒徑﹥0.075mm的粗粒土，一般採用篩析法分析土的顆粒大小。篩析法是採用不同孔徑的分析篩，由上至下孔徑自大到小疊在一起。試驗時，取干土放入最上的篩里，通過篩析後，得到不同孔徑篩上土質量，進而計算出粒組含量和累積含量。

2.激光粒度儀法

激光粒度分析儀是根據光的散射原理測量粉顆粒大小的，是一種比較通用的粒度儀。其特點是測量的動態范圍寬、測量速度快、操作方便，尤其適合測量粒度分布范圍寬的粉體和液體霧滴。對粒度均勻的粉體，比如磨料微粉，要慎重選用。

激光粒度儀集成了激光技術、現代光電技術、電子技術、精密機械和計算機技術，具有測量速度快、動態范圍大、操作簡便、重復性好等優點，現已成為全世界最流行的粒度測試儀器。

3.吸管法

顆粒組成(粒徑分布)常用吸管法測定，方法由篩分和靜水沉降結合組成，通過2mm篩孔的土樣經化學和物理方法處理成懸浮液定容後，根據司篤克斯(Stokes)定律及土粒在靜水中的沉降規律，﹥0.25mm的各級顆粒由一定孔徑的篩子篩分，﹤0.25mm的粒級顆粒則用吸管從其中吸取一定量的各級顆粒，烘乾稱量，計算各級顆粒含量的百分數，確定土壤的顆粒組成(粒徑分布)和土壤質地名稱。

4.比重計法

土樣經化學和物理方法處理成懸浮液定容後，根據司篤克斯(Stokes)定律及土壤比重計浮泡在懸浮液中所處的平均有效深度，靜置不同時間後，用土壤比重計直接讀出每升懸浮液中所含各級顆粒的質量，計算其百分含量，並定出土壤質地名稱。比重計法操作較簡便，但精度較差，可根據需要選擇使用。

二、土壤絕對含水量

土壤絕對含水量是土壤中所含水分的數量，即100g烘乾土中含有若干克水分，也稱土壤含水率。土壤含水率是農業生產中一個重要參數，其主要方法有稱重法、張力計法、電阻法、中子法、γ-射線法、駐波比法、時域反射法及光學法等。土壤中水分含量通常採用質量含水率(θ_g)和體積含水率(θ_υ)兩種表示方法。

1.稱重法

也稱烘乾法，這是唯一可以直接測量土壤水分的方法，也是目前國際上的標准方法。用土鑽採取土樣，用0.1g精度的天平稱取土樣的質量，記作土樣的濕重(M-M_H)，在105℃的烘箱內將土樣烘6～8h至恆重，然後測定烘乾土樣，記作土樣的乾重(M_S-M_H)。土壤含水量計算公式如下：

地質環境監測技術方法及其應用

式中：θ—土壤含水率；M—烘乾前鋁盒及土壤質量(g)；M_S—烘乾後鋁盒及土壤質量(g)；M_H—鋁盒質量(g)。

2.張力計法

也稱負壓計法，它測量的是土壤水吸力，測量原理如下：當陶土頭插入被測土壤後，管內自由水通過多孔陶土壁與土壤水接觸，經過交換後達到水勢平衡，此時，從張力計讀到的數值就是土壤水(陶土頭處)的吸力值，也即為忽略重力勢後的基質勢的值，然後根據土壤含水率與基質勢之間的關系(土壤水特徵曲線)就可以確定出土壤的含水率。

3.電阻法

多孔介質的導電能力是同它的含水量以及介電常數有關的，如果忽略含鹽的影響，水分含量和其電阻間是有確定關系的。電阻法是將兩個電極埋入土壤中，然後測出兩個電極之間的電阻。但是在這種情況下，電極與土壤的接觸電阻有可能比土壤的電阻大得多。因此採用將電極嵌入多孔滲水介質(石膏、尼龍、玻璃纖維等)中形成電阻塊以解決這個問題。

4.中子法

中子法就是用中子儀測定土壤含水率。中子儀的組成主要包括：一個快中子源，一個慢中子檢測器，監測土壤散射的慢中子通量的計數器及屏蔽匣，測試用硬管等。快中子源在土壤中不斷地放射出穿透力很強的快中子，當它和氫原子核碰撞時，損失能量最大，轉化為慢中子(熱中子)，熱中子在介質中擴散的同時被介質吸收，所以在探頭周圍，很快地形成了持驗密度的慢中子雲。

5.γ-射線法

γ-射線法的基本原理是放射性同位素(現常用的是¹³⁷Cs，²⁴¹Am)發射的γ-射線法穿透土壤時，其衰減度隨土壤濕容重的增大而提高。

6.駐波比法

自從Topp等人在1980年提出了土壤含水率與土壤介電常數之間存在著確定性的單值多項式關系，從而為土壤水分測量的研究開辟了一種新的研究方向，即通過測量土壤的介電常數來求得土壤含水率。從電磁學的角度來看，所有的絕緣體都有可以看作是電介質，而對於土壤來說，則是由土壤固相物質、水和空氣3種電介質組成的混合物。在常溫狀態下，水的介電常數約為80，土壤固相物質的介電常數為3～5，空氣的介電常數為1，可以看出，影響土壤介電常數主要是含水率。Roth等提出了利用土、水和空氣3相物質的空間分配比例來計算土壤介電常數，並經Gardner等改進後，為採用介電方法測量土壤水分含量提供了進一步的理論依據，並利用這些原理進行土壤含水率的測量。

7.光學測量法

光學測量法是一種非接觸式的測量土壤含水率的方法。光的反射、透射、偏振也與土壤含水率相關。先求出土壤的介電常數，從而進一步推導出土壤含水率。

8.時域反射法

時域反射法(Time Domain Reflectrometry，TDR)也是通過測量土壤介電常數來獲得土壤含水率的一種方法。TDR的原理是電磁波沿非磁性介質中的傳輸導線的傳輸速度υ＝c/ε，而對於已知長度為L的傳輸線，又有υ＝L/t，於是可得ε＝c×t/L，其中，c 為光在真空中的傳播速度，ε為非磁性介質的介電常數，t為電磁波在導線中的傳輸時間。而電磁波在傳輸到導線終點時，又有一部分電磁波沿導線反射回來，這樣入射與反射形成了一個時間差T。因此通過測量電磁波在埋入土壤中的導線的入射和反射時間差T就可以求出土壤的介電常數，進而求出土壤的含水率。

9.土壤水分感測器法

水分感測器按顯示方式來分，可分為兩大類：一是直接顯示方式，一是用二次感測的方式。

直接顯示方式又可分為3種類型：一是用吸力負壓表顯示型(又稱負壓張力計)；二是電接點真空表顯示型，常用於報警式水分感測器；三是用U型管水銀柱顯示型。3種直接顯示方式中，U型水銀柱顯示型的精度最高，讀數最准，誤差最小，可精確到毫巴。其缺點是：在農田使用中U型管破裂時，水銀會污染農田，造成環境污染。3種顯示方式的選擇常根據使用者的具體要求而定。

二次感測顯示型是將直接顯示型感測器中的壓力讀數換算成水分含量，比如，可將U型管水銀指示部分換成以壓阻感測器為二次感測的數字化土壤水分測量裝置，即可實現數字化，直接顯示感測器土壤吸力值的大小。二次感測還可運用於土壤水勢的遙測。例如，將土壤水分張力計(感測器部分)，埋設在田間所需要的土壤深度中，土壤水負壓吸力通過多孔陶土探頭內水膜的滲透傳遞，使水分感測器產生負壓，此負壓傳給壓阻變送感測器，給出一電信號，通過導線傳輸給遠端的遙測溫度儀，可用介面線輸送給計算機，從而完成土壤水勢在田間的遙測。但利用負壓張力計只能測定低吸力范圍，高吸力時，陶土頭會被空氣「穿透」因而不能測定高吸力情況下的土壤水勢。

感測器法測定土壤水分具有田間原位測定、快速直讀、不破壞土壤結構、價格低廉、無放射性物質、安全可靠、便於長期觀測和積累田間水勢資料等優點。特別是二次感測器，具有數字化的優勢，而且可與計算機介面連接，使土壤水分測量能夠自動監測，例如根據測量結果可自動控制灌溉水閘，實現自動灌溉，這一現代化的測量手段已成為目前土壤水分測量方法研究的新趨勢。

10.探地雷達法(GPR)

探地雷達(Ground Penetrating Radar)的工作原理是當高頻雷達脈沖到達介電性質顯著不同的兩層物質界面時，部分信號被反射，由接收裝置接收反射信號，並將其放大。反射信號的大小決定於兩物質介電常數的差值大小和雷達波穿透深度。土壤含水量是影響土壤介電常數的主要因子，而雷達脈沖穿透深度又受到土壤中水分含量的顯著影響。

GPR以不同的方式來測定土壤水分含量。一種方式就是利用所謂地面波(Ground Wave)的天線分離法，這種方法只能測定表層(10cm)土壤的含水量；另一種方式就是使用回波(Reflected Wave)測定土壤中的波速，進而確定出反射層與地表之間的含水量。

11.遙感法(RS)

遙感法(Remote Sensing)是一種非接觸式、大面積、多時相的土壤水分監測方法。土壤水分的遙感監測取決於土壤表面發射或反射的電磁能的測定，而土壤水分的電磁輻射強度的變化則取決於其電介特性或溫度，或者這兩者的組合。遙感法中所涉及的波段很寬，從可見光、近紅外、熱紅外到微波都有一定的研究。尤其在熱紅外、微波遙感監測土壤水分研究中，取得了可喜的進展。微波遙感與大氣條件無關並可獲得高解析度圖像，加之對地面有一定穿透能力，使得它成為土壤水分遙測中最有前途的一種工具。微波遙感雖具有全天時、全天候、多極化和一定的穿透特性等優點，但由於影響土壤水分變化的因素較多，如土壤質地、容重、表面粗糙度、地表坡度和植被覆蓋等也對雷達等微波遙感監測土壤水分造成影響，因而遙感監測土壤含水率仍是農業遙感中的一個難題。最有效的途徑應該是多種遙感方法並用，發揮各自的優點，比如利用可見光和近紅外信息估算植被覆蓋，用主動微波估算粗糙度，據此由被動微波資料研究土壤水分的綜合遙感方法。

遙感法目前只適合區域尺度下土壤表層水分狀況的動態實時調查，而不適合於田間尺度下深層土壤水分的監測，因而還有必要對其理論模型、成像機制與極化方式、土壤水分、地表粗糙度和植被覆蓋等的關系進行深入研究。

12.分離示蹤劑法

常規土壤含水量測定方法(如烘乾稱重法、中子儀法、TDR法等)只能在較小范圍內對土壤水分進行點上的測定，而分離示蹤劑法(Partitioning Tracer)能夠在較大范圍內測定土壤含水量。該法是將非分離示蹤劑和分離示蹤劑通入氣相系統中，分離示蹤劑溶解於水，使得其在氣相中的運移相對滯後於非分離示蹤劑，且滯後因子為土壤含水量與亨利常數的函數。分離示蹤劑法測得的結果往往低估了土壤水分含量，這是由於土壤的空間異質性、土壤水分的非均勻分布，以及土壤中優勢流等影響因素的存在所致。

分離示蹤劑法能夠測定從小尺度至區域尺度下的土壤水分，而且測深不限，還能適應特殊需求的測定。分離示蹤劑法能夠測定田間尺度下的土壤水分區域分布，還能確定土壤水分的垂直分布。但分離示蹤劑法用於區域土壤水分的測定時，必然增加示蹤劑的用量，從而導致測試費用高昂，且分離示蹤劑法在較理想的條件(如均質土壤)下測得的水分含量結果精度較高，而要提高其在非均質土壤中的測定精度，還有待於進一步研究。

三、土壤電導率(EC)

土壤溶液具有導電性，導電能力的強弱可用電導率表示。土壤電導率是測定土壤水溶性鹽的指標，而土壤水溶性鹽是土壤的一個重要屬性，是判定土壤中鹽類離子是否限製作物生長的因素。土壤電導率通常作為一個重要指標被應用，它可以直接反映出混合鹽的含量，故常被用作土壤鹽分測定方法之一，尤其近年來，國內外許多學者建議直接用電導率表示土壤含鹽量。

1.室內電導法

傳統的實驗室測定方法即田間取回目標深度的土壤樣品，室內用電導法測定其水浸液的電導率(EC)。測量原理是：土壤可溶性鹽按一定水土比例用平衡法浸出，這些可溶性鹽是強電解質，其水溶性具有導電作用，導電能力的強弱可用電導率表示。在一定濃度范圍內，可溶性鹽的含量與電導率呈正相關，含鹽量越高，溶液的滲透壓越大，電導率也越大。土壤浸出液電導率值可用電導率儀測定，並直接用電導率值表示土壤含鹽量的高低。

2.電導率感測器法

傳統實驗室測定土壤電導率的方法雖然精確，但過程煩瑣，給工程實踐帶來不便。目前國內外應用於農業的土壤電導率快速測量感測器大體可以歸為兩種：接觸式和非接觸式。接觸式土壤電導率感測器是一種電極式感測器，一般採用「電流-電壓四端法」，即將恆流電源、電壓表、電極和土壤構成迴路；非接觸式則利用了電磁感應原理。

3.EM38大地電導儀

大地電導儀EM38能在地表直接測量土壤表觀電導率，為非接觸直讀式，適用於大面積土地鹽漬化的測量，EM38用連接DlfaO0數據採集器電纜的方式，較常規方法的調查速度快100倍以上，能輕鬆快速地完成一般常規測量。

大地電導儀EM38總長度1m，主要由信號發射(T_s)和信號接收(R)兩個埠組成(圖4-1)，兩者之間相隔一定的距離(S)，發射頻率為14.6 kHz。測量的有效深度可達1.5m。工作時，首先信號發射端子產生磁場強度隨大地深度的增加而逐漸減弱的原生磁場(H_p)，原生磁場的強度隨時間動態變化，因此該磁場使得大地中出現了非常微弱的交流感應電流，這種電流又誘導出現次生磁場(H_s)。信號接收端子既接受原生磁場信息又接受次生磁場信息。通常，原生磁場H_p和次生磁場H_s均是兩端子間距(S)、交流電頻率及大地電導率的復雜函數，且次生磁場與原生磁場強度的比值與大地電導率呈線性關系，可表示為

EC₀＝4(H_s/H_p)/ωμ₀S²

式中：EC₀—大地電導率(mS/m)；H_s—信號接收端子處次生磁場強度；H_p—信號接收端子處原生磁場強度；μ₀—空間磁場傳導系數；ω—角頻率，ω＝2πƒ，ƒ —交流電頻率；S—信號發射端子與接受端子之間的距離(m)。

圖4-1 電磁感應技術原理示意

⑤ 土壤學研究的基本方法有哪些

土壤物理學主要研究土壤中固、液、氣三相體系的物理現象及其變化規律。內容包括：土壤水分的保持和移動及其對植物的有效性，土壤空氣的組成與交換，熱的傳導與轉化，土壤固相的組成與排列，土壤的力學性質和電、磁性質等。

土壤化學主要研究土壤固、液相的化學組成、化學變化以及固液相之間的反應。內容包括土壤固體顆粒的表面化學性質及陽離子交換，土壤溶液及土壤的酸鹼性、氧化還原性等。

土壤生物學主要研究棲居於土壤中的有機體(主要是微生物)的活動及其與土壤中物質轉化和循環的關系。內容包括土壤中微生物的數量、組成及分布規律，碳、氮、磷、硫等元素的生物循環，生物固氮作用以及有機質的分解和腐殖質的形成及其對土壤肥力的影響等。

土壤肥力與植物營養學主要研究土壤供應礦質養分的能力及其影響因子與植物營養的關系。內容包括土壤肥力的實質及其指標，土壤養分的強度因素和容量因素土壤和植物的營養診斷，主要作物對土壤肥力的要求等。

土壤地理學主要研究土壤與自然地理環境的關系，內容包括土壤的形成、分類、分布及土壤調查、制圖等。

土壤礦物學主要研究土壤礦物的結構、組成、性質和化學反應。內容包括粘土礦物和氧化物的數量、組成以及相互間的反應，土壤中各種元素的遷徙狀況，粘粒與有機質之間的相互作用，礦物的形成與轉變以及礦物鑒定等。

土壤管理學主要研究人工措施對土壤和作物生產的影響，內容包括耕作、施肥、灌溉、排水及其他改良、保護措施對土壤肥力、生產力和作物產量的影響。

土壤學經歷了近代150餘年的發展，已經形成了一套較為完整的研究方法，主要有：

野外調查法，即在野外(田間)通過對土壤形成因素和剖面形態的觀察，並結合對周圍自然地理環境和土壤利用情況的綜合分析來掌握土壤的基本特徵。這是研究土壤的形成、分類、分布、肥力特徵以及進行土壤制圖的最基本的傳統方法之一。

實驗室研究，即在實驗室內藉助各種儀器設備和溫室設施等對土壤的物理、化學、物理化學和生物學性質等進行定量或定性的測定，或對土壤肥力水平進行生物學試驗(水培、砂培或土培)和模擬試驗等。

定位研究法，即在田間選定某一土壤或某一地區，對土壤的某種屆性或過程進行長期、系統的觀察測定，以研究其動態變化和發展趨勢及其對土壤性質或肥力的影響。最常用的方法是田間生物試驗法和排水採集器法。

⑥ Mehlich3（M3）法的土壤養分測試（推薦方法）的方法原理是什麼

答：Mehlich3（M3）是1982年美國北卡羅來納州立大學Mehlich博士根據美國的實際情況，經過較為系統的研究後，提出的一種適合於中性和酸性土壤的聯合浸提劑，可分析土壤中P、K、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Cr、Cd等多種元素。就測定原理而論，Mehlich3（M3）浸提劑與其他元素的常規浸提劑相比具有以下特點：

一是含有NH4F，其浸提原理與Bray1相似；

二是比Mehlich1浸提中性和鹼性土壤中有效磷的能力強；

三是在大部分土壤上與作物的養分吸收量均有較好的相關性，能反映出土壤有效養分的供應能力；

四是測定效率高，便於自動化（如結合ICP可同時測定多種元素）。所以M3具有前兩種浸提劑所沒有的優點，一經推出，有望成為適合於不同土壤類型的多元素浸提劑。

⑦ 土壤化學指標

一、土壤酸鹼度(pH值)

土壤酸鹼度對土壤肥力及植物生長影響很大，我國西北、北方不少土壤pH值大，南方紅壤pH值小。因此可以種植和土壤酸鹼度相適應的作物和植物。如紅壤地區可種植喜酸的茶樹，而苜蓿的抗鹼能力強等。土壤酸鹼度對養分的有效性影響也很大，如中性土壤中磷的有效性大；鹼性土壤中微量元素(錳、銅、鋅等)有效性差。在農業生產中應該注意土壤的酸鹼度，積極採取措施，加以調節。

1.電位法

土壤實驗室基本上都採用電位法測定土壤pH值，電位法有準確、快速、方便等優點。其基本原理是：用pH計測定土壤懸濁液的pH值時，由於玻璃電極內外溶液H^＋離子活度的不同產生電位差。

2.比色法

取土壤少許(約黃豆大)，弄碎後放在白磁碟中，滴入土壤混合指示劑數滴，到土壤全部濕潤，並有少量剩餘。震盪磁碟，使指示劑與土壤充分作用，靜置1min，和標准比色卡比色，即得出土壤的酸鹼度。

3.原位酸鹼度感測器法

土壤原位pH測定儀可直接埋入土壤測試，直接讀數，非常方便，在指導農業科研及農業生產中起到了非常重要的作用。

二、土壤氧化還原電位(Eh)

土壤氧化還原電位是以電位反映土壤溶液中氧化還原狀況的一項指標，用Eh表示，單位為mV。

土壤氧化還原電位的高低，取決於土壤溶液中氧化態和還原態物質的相對濃度，一般採用鉑電極和飽和甘汞電極電位差法進行測定。影響土壤氧化還原電位的主要因素有：①土壤通氣性；②土壤水分狀況；③植物根系的代謝作用；④土壤中易分解的有機質含量。

旱地土壤的正常Eh為200～750mV，若Eh﹥750mV，則土壤完全處於氧化狀態，有機質消耗過快，有些養料由此喪失有效性，應灌水適當降低Eh。若Eh﹤200mV，則表明土壤水分過多，通氣不良，應排水或鬆土以提高其Eh值。

水田土壤Eh變動較大，在淹水期間Eh值可低至-150mV，甚至更低；在排水曬田期間，土壤通氣性改善，Eh值可增至500mV以上。一般地說，稻田適宜的Eh值在200～400mV之間，若Eh經常在180mV以下或低於100mV，則水稻分櫱或生長發育受阻。若長期處於-100mV以下，水稻會嚴重受害甚至死亡，此時應及時排水曬田以提高其Eh值。

1.二電極法

測定氧化還原電位的常用方法是鉑電極直接測定法，方法是基於鉑電極本身難以腐蝕、溶解，可作為一種電子傳導體。當鉑電極與介質(土壤、水)接觸時，土壤或水中的可溶性氧化劑或還原劑，將從鉑電極上接受電子或給予電子，直至在鉑電極上建立起一個平衡電位，即該體系的氧化還原電位。由於單個電極電位是無法測得的，故須與另一個電極電位固定的參比電極(飽和甘汞電極)構成電池，用電位計測量電池電動勢，然後計算出鉑電極上建立的平衡電位，即氧化還原電位Eh值。

2.去極化測定儀法

對復雜的介質，可採用去極化法測定氧化還原電位。可以在較短時間內得到較為精確的結果，用去極化法測得的平衡Eh值，與直接電位法平衡48h後測得的穩定Eh值，差數一般﹤10mV。所以去極化法能縮短測定時間，並有較高的測定精度。

將鉑電極接到極化電壓的正端(極化電壓為600mV或750mV)，以銀-氯化銀電極作為輔助電極，接到電源的負端，陽極極化10 s以上(自由選擇)。接著切斷極化電源，進行去極，時間在20 s以上(視極化曲線而定)，在去極化後監測鉑電極的電位(對甘汞電極)，對於大多數的測試樣品，電極電位E(mV)和去極化時間的對數log t間存在直線關系。以相同的方法進行陰極極化和隨後的去極化和監測電位。陽極去極化曲線與陰極去極化曲線的延長線的交點相當於平衡電位。

三、土壤陽離子交換量(CEC)

CEC的大小，基本上代表了土壤可能保持的養分數量，即保肥性的高低。陽離子交換量的大小，可作為評價土壤保肥能力的指標。陽離子交換量是土壤緩沖性能的主要來源，是改良土壤和合理施肥的重要依據。

1.乙酸銨交換法

適用於酸性與中性土壤陽離子交換量的測定。原理：用1mol/L乙酸銨溶液(pH7.0)反復處理土壤，使土壤成為銨離子飽和土。過量的乙酸銨用95%乙醇洗去，然後加氧化鎂，用定氮蒸餾方法進行蒸餾，蒸餾出的氨用硼酸溶液吸收，然後用鹽酸標准溶液滴定，根據銨離子的量計算土壤陽離子交換量。

2.EDTA——銨鹽法

銨鹽法不僅適用於中性、酸性土壤，並且適用於石灰性土壤陽離子交換量的測定。採用0.005mol/L EDTA與1mol/L的醋酸銨混合液作為交換劑，在適宜的pH條件下(酸性土壤pH7.0，石灰性土壤pH8.5)，這種交換配合劑可以與2價鈣離子、鎂離子和3價鐵離子、鋁離子進行交換，並在瞬間即形成電離度極小而穩定性較大的配合物，不會破壞土壤膠體，加快了2價以上金屬離子的交換速度。同時由於醋酸緩沖劑的存在，對於交換性氫和1價金屬離子也能交換完全，形成銨質土，再用95%酒精洗去過剩的銨鹽，用蒸餾法測定交換量。對於酸性土壤的交換液，同時可以用作為交換性鹽基組成的待測液用。

3.氯化鋇-硫酸強迫交換法

土壤中存在的各種陽離子可被氯化鋇(BaCl₂)水溶液中的陽離子(Ba^2＋)等價交換。土壤用BaCl₂溶液處理，使之和Ba^2＋飽和，洗去剩餘的BaCl₂溶液後，再用強電解質硫酸溶液把交換到土壤中的Ba^2＋交換下來，由於形成了硫酸鋇(BaSO₄)沉澱，而且氫離子(H^＋)的交換吸附能力很強，使交換反應基本趨於完全。這樣可以通過計算消耗硫酸的量，計算出陽離子交換量。

四、土壤鹼化度(ESP)

土壤的鹼化度是用Na^＋的飽和度來表示，它是指土壤膠體上吸附的交換性Na^＋占陽離子交換量的百分率。當鹼化度達到一定程度時，土壤的理化性質會發生一系列的變化，土壤呈極強的鹼性反應pH﹥8.5甚至超過10.0，且土粒分散、濕時泥濘、不透氣、不透水、干時硬結、耕性極差，土壤理化性質所發生的這一系列變化稱為鹼化作用。鹼化度是鹽鹼土分類、利用、改良的重要指標。一般把鹼化度﹥20%定為鹼土，5%～20%定為鹼化土(15%～20%為強鹼化土，10%～15%為中度鹼化土，5%～10%為輕度鹼化土)。

計算公式：

鹼化度＝(交換性鈉/陽離子交換量)× 100%

式中：交換性鈉[cmol(Na^＋)/kg]用乙酸銨-氫氧化鈉銨交換-火焰光度法測得；陽離子交換量[cmol(＋)/kg]用氯化銨-乙酸銨交換法測得。

五、土壤水溶性全鹽量(易溶鹽)

土壤水溶性鹽是鹽鹼土的一個重要屬性，是限製作物生長的障礙因素。我國的鹽鹼土分布廣，面積大，類型多。在乾旱、半乾旱地區鹽漬化土壤，以水溶性的氯化物和硫酸鹽為主。濱海地區由於受海水浸漬，生成濱海鹽土，所含鹽分以氯化物為主。在我國南方(福建、廣東、廣西等省區)沿海還分布著一種反酸鹽土。鹽土中含有大量水溶性鹽類，影響作物生長，同一濃度的不同鹽分危害作物的程度也不一樣。鹽分中以碳酸鈉的危害最大，增加土壤鹼度和惡化土壤物理性質，使作物受害。其次是氯化物，氯化物又以MgCl₂的毒害作用較大，另外，氯離子和鈉離子的作用也不一樣。

土壤(及地下水)中水溶性鹽的分析，是研究鹽漬土鹽分動態的重要方法之一，對於了解鹽分對種子發芽和作物生長的影響以及擬訂改良措施都是十分必要的。

1.電導法

土壤中的水溶性鹽是強電介質，其水溶液具有導電作用，導電能力的強弱可用電導率表示。在一定濃度范圍內，溶液的含鹽量與電導率呈正相關，含鹽量愈高，溶液的滲透壓愈大，電導率也愈大。土壤水浸出液的電導率用電導儀測定，直接用電導率數值表示土壤的含鹽量。

2.質量法

吸取一定量的土壤浸出液放在瓷蒸發皿中，在水浴上蒸干，用過氧化氫(H₂O₂)氧化有機質，然後在105～110℃烘箱中烘乾，稱重，即得烘乾殘渣質量。

六、土壤養分元素

土壤養分元素是指由土壤提供的植物生長所必需的營養元素，能被植物直接或者轉化後吸收。土壤養分可大致分為大量元素、中量元素和微量元素，包括氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、硼(B)、鉬(Mo)、鋅(Zn)、錳(Mn)、銅(Cu)和氯(Cl)等13種。在自然土壤中，土壤養分主要來源於土壤礦物質和土壤有機質，其次是大氣降水、坡滲水和地下水。在耕作土壤中，還來源於施肥和灌溉。

根據在土壤中存在的化學形態，土壤養分的形態分為：①水溶態養分，土壤溶液中溶解的離子和少量的低分子有機化合物；②代換態養分，水溶態養分的來源之一；③礦物態養分，大多數是難溶性養分，有少量是弱酸溶性的(對植物有效)；④有機態養分，礦質化過程的難易強度不同。

根據植物對營養元素吸收利用的難易程度，土壤養分又分為速效性養分和遲效性養分。一般來說，速效養分僅占很少部分，不足全量的1%。應該注意的是速效養分和遲效養分的劃分是相對的，兩者是處於動態平衡之中。

土壤養分的總儲量中，有很小一部分能為當季作物根系迅速吸收同化的養分，稱速效性養分；其餘絕大部分必須經過生物的或化學的轉化作用方能為植物所吸收的養分，稱遲效性養分。一般而言，土壤有效養分含量約占土壤養分總儲量的百分之幾至千分之幾或更少。故在農業生產中，作物經常出現因某些有效養分供應不足而發生缺素症的現象。

1.全氮測定法

(1)開氏定氮法。土壤、植株和其他有機體中全氮的測定通常都採用開氏消煮法，用硫酸鉀-硫酸銅-硒粉做加速劑。此法雖然消煮時間長，但控制好加速劑的用量，不易導致氮素損失，消化程度容易掌握，測定結果穩定，准確度較高，適用於常規分析。

土壤中的含氮有機化合物在加速劑的參與下，經濃硫酸消煮分解，有機氮轉化為銨態氮，鹼化後把氨蒸餾出來，用硼酸吸收，標准酸滴定，求出全氮含量。硫酸鉀起提高硫酸溶液沸點的作用，硫酸銅起催化劑作用，加速有機氮的轉化，硒粉是一種高效催化劑，用量不宜過多，否則會引起氮素損失。

(2)半微量開氏法。樣品在加速劑的參與下，用濃硫酸消煮時，各種含氮有機化合物，經過復雜的高溫分解反應，轉化為銨態氮。鹼化後蒸餾出來的氨用硼酸吸收，以標准酸溶液滴定，求出土壤全氮含量(不包括全部硝態氮)。

包括硝態和亞硝態氮的全氮測定，在樣品消煮前，需先用高錳酸鉀將樣品中的亞硝態氮氧化為硝態氮後，再用還原鐵粉使全部硝態氮還原，轉化為銨態氮。

2.全磷硫酸-高氯酸消煮測定法

在高溫條件下，土壤中含磷礦物及有機磷化合物與高沸點的硫酸和強氧化劑高氯酸作用，使之完全分解，全部轉化為正磷酸鹽而進入溶液，然後用鉬銻抗比色法測定。

3.全鉀測定法

土壤中的有機物先用硝酸和高氯酸加熱氧化，然後用氫氟酸分解硅酸鹽等礦物，硅與氟形成四氟化硅逸去。繼續加熱至剩餘的酸被趕盡，使礦質元素變成金屬氧化物或鹽類。用鹽酸溶液溶解殘渣，使鉀轉變為鉀離子。經適當稀釋後用火焰光度法或原子吸收分光光度法測定溶液中的鉀離子濃度，再換算為土壤全鉀含量。

4.鹼解氮測定法

土壤水解性氮或稱鹼解氮包括無機態氮(銨態氮、硝態氮)及易水解的有機態氮(氨基酸、醯銨和易水解蛋白質)。用鹼液處理土壤時，易水解的有機氮及銨態氮轉化為氨，硝態氮則先經硫酸亞鐵轉化為銨。以硼酸吸收氨，再用標准酸滴定，計算水解性氮含量。

5.速效磷測定法

(1)碳酸氫鈉法。石灰性土壤由於存在大量的游離碳酸鈣，不能用酸溶液來提取速效磷，可用碳酸鹽的鹼溶液。由於碳酸根的同離子效應，碳酸鹽的鹼溶液降低了碳酸鈣的溶解度，也就降低了溶液中鈣的濃度，這樣就有利於磷酸鈣鹽的提取。同時由於碳酸鹽的鹼溶液也降低了鋁和鐵離子的活性，有利於磷酸鋁和磷酸鐵的提取。此外，碳酸氫鈉鹼溶液中存在著OH^-，

，

等陰離子有利於吸附態磷的交換，因此，碳酸氫鈉不僅適用於石灰性土壤，也適用於中性和酸性土壤中速效磷的提取。待測液用鉬銻抗混合顯色劑在常溫下進行還原，使黃色的銻磷鉬雜多酸還原成為磷鉬藍進行比色。

(2)鉬銻抗比色法。酸性土壤中的磷主要是以Fe—P、Al—P的形態存在，利用氟離子在酸性溶液中有配合Fe^3＋，Al^3＋的能力，可使這類土壤中比較活性的磷酸鐵鋁鹽被陸續活化釋放，同時由於H^＋的作用，也能溶解出部分活性較大的Ca—P，然後用鉬銻抗比色法進行測定。

6.速效鉀測定法

用1mol/L NH₄OAc浸提土壤，可將膠體表面吸附的鉀離子全部浸提出來，而與黏土礦物晶格固定的鉀截然分開。

7.有機質重鉻酸鉀容量測定法

在加熱的條件下，用過量的重鉻酸鉀-硫酸(K₂Cr₂O₇-H₂SO₄)溶液，來氧化土壤有機質中的碳，

等被還原成Cr^＋3，剩餘的重鉻酸鉀(K₂Cr₂O₇)用硫酸亞鐵(FeSO₄)標准溶液滴定，根據消耗的重鉻酸鉀量計算出有機碳量，再乘以常數1.724，即為土壤有機質量。

七、土壤重金屬

土壤的重金屬主要包括汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)和類金屬砷(As)等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等元素。主要來自農葯、廢水、污泥和大氣沉降等，如汞主要來自含汞廢水，鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車廢氣沉降，砷則被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑。過量重金屬可引起植物生理功能紊亂、營養失調，鎘、汞等元素在作物子實中富集系數較高，即使超過食品衛生標准，也不影響作物生長、發育和產量，此外汞、砷能減弱和抑制土壤中硝化、氨化細菌活動，影響氮素供應。重金屬污染物在土壤中移動性很小，不易隨水淋濾，不為微生物降解，通過食物鏈進入人體後，潛在危害極大，應特別注意防止重金屬對土壤的污染。一些礦山在開采中尚未建立石排場和尾礦庫，廢石和尾礦隨意堆放，致使尾礦中富含難降解的重金屬進入土壤，加之礦石加工後餘下的金屬廢渣隨雨水進入地下水系統，造成嚴重的土壤重金屬污染。

1.原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法的測量對象是呈原子狀態的金屬元素和部分非金屬元素，是由待測元素燈發出的特徵譜線通過供試品經原子化產生的原子蒸氣時，被蒸氣中待測元素的基態原子所吸收，通過測定輻射光強度減弱的程度，求出供試品中待測元素的含量。原子吸收一般遵循分光光度法的吸收定律，通常借比較對照品溶液和供試品溶液的吸光度，求得供試品中待測元素的含量。所用儀器為原子吸收分光光度計，它由光源、原子化器、單色器、背景校正系統、自動進樣系統和檢測系統等組成。

2.X射線熒光光譜(XRF)法

XRF法是介於原子發射光譜(AES)和原子吸收光譜(AAS)之間的光譜分析技術。它的基本原理是基態原子(一般蒸氣狀態)吸收合適的特定頻率的輻射而被激發至高能態，而後激發過程中以光輻射的形式發射出特徵波長的熒光。該方法可定量分析測量待測元素的原子蒸氣在一定波長的輻射能激發下發射的熒光強度。原子熒光的波長在紫外、可見光區。氣態自由原子吸收特徵波長的輻射後，原子的外層電子從基態或低能態躍遷到高能態，經10～8 s，又躍遷至基態或低能態，同時發射出熒光。若原子熒光的波長與吸收波長相同，稱為共振熒光；若不同，則稱為非共振熒光。共振熒光強度大，分析中應用最多。在一定條件下，共振熒光強度與樣品中某元素濃度成正比。該法的優點是靈敏度高，譜線簡單；在低濃度時校準曲線的線性范圍寬達3～5個數量級，特別是用激光做激發光源時更佳。主要用於金屬元素的測定，在環境科學、高純物質、礦物、水質監控、生物製品和醫學分析等方面有廣泛的應用。

3.電感耦合等離子光譜(ICP)法

高頻振盪器發生的高頻電流，經過耦合系統連接在位於等離子體發生管上端，銅制內部用水冷卻的管狀線圈上。石英製成的等離子體發生管內有3個同軸氫氣流經通道。冷卻氣(Ar)通過外部及中間的通道，環繞等離子體起穩定等離子體炬及冷卻石英管壁，防止管壁受熱熔化的作用。工作氣體(Ar)則由中部的石英管道引入，開始工作時啟動高壓放電裝置讓工作氣體發生電離，被電離的氣體經過環繞石英管頂部的高頻感應圈時，線圈產生的巨大熱能和交變磁場，使電離氣體的電子、離子和處於基態的氖原子發生反復猛烈的碰撞，各種粒子的高速運動，導致氣體完全電離形成一個類似線圈狀的等離子體炬區面，此處溫度高達6000～10 000℃。樣品經處理製成溶液後，由超霧化裝置變成全溶膠由底部導入管內，經軸心的石英管從噴嘴噴入等離子體炬內。樣品氣溶膠進入等離子體焰時，絕大部分立即分解成激發態的原子、離子狀態。當這些激發態的粒子回收到穩定的基態時要放出一定的能量(表現為一定波長的光譜)，測定每種元素特有的譜線和強度，和標准溶液相比，就可以知道樣品中所含元素的種類和含量。

發射光譜分析方法只要將待測原子處於激發狀態，便可同時發射出各自特徵譜線同時進行測定。ICP-AES儀器，不論是多道直讀還是單道掃描儀器，均可以在同一試樣溶液中同時測定大量元素(30～50個，甚至更多)。已有文獻報道的分析元素可達78個，即除He，Ne，Ar，Kr，Xe惰性氣體外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法測定的報告。

⑧ 土壤環境監測的分析方法

分析方法
第一方法：標准方法(即仲裁方法)，按土壤環境質量標准中選配的分析方法。
第二方法：由權威部門規定或推薦的方法。
第三方法：根據各地實情，自選等效方法，但應作標准樣品驗證或比對實驗，其檢出限、准確度、精密度不低於相應的通用方法要求水平或待測物准確定量的要求。
分析報告
報告名稱，實驗室名稱，報告編號，報告每頁和總頁數標識，采樣地點名稱，采樣時間、分析時間，檢測方法，監測依據，評價標准，監測數據，單項評價，總體結論，監測儀器編號，檢出限（未檢出時需列出），采樣點示意圖，采樣（委託）者，分析者，報告編制、復核、審核和簽發者及時間等內容。
土壤環境質量評價報告
土壤環境質量評價涉及評價因子、評價標准和評價模式。評價因子數量與項目類型取決於監測的目的和現實的經濟和技術條件。評價標准常採用國家土壤環境質量標准、區域土壤背景值或部門（專業）土壤質量標准。評價模式常用污染指數法或者與其有關的評價方法。