土壤分析方法论

① 科学种植要先检测土壤中的养分含量，有哪些方法

众所周知，盲人种植有一个大问题，如盲施肥会导致农作物中缺乏营养，土壤层营养。这种不平衡的成分不仅对食物作物的生长和发育不利，而且还会导致土壤层和土壤中的问题。过量的营养素是易于对作物产生生理障碍，导致生产和质量显着下降，土壤层营养的不平衡将导致坏徽章。因此，为了解决农业的这种特定问题，对土壤层营养素的科学研究方法非常重要。

② 土地资源评价及土壤质量研究进展

关于土地的研究评价工作，涉及土地资源评价和土壤质量研究两大方面。国外和国内在这方面的研究互有借鉴，也各具特点。

(一)土地资源评价方法研究进展

1.国外土地评价方法

土地评价的目的就是为合理利用土地、发展经济提供科学依据。根据评价过程和指标的不同，土地评价方法分为三大类。第一类是定性方法，第二类是定量方法，第三类是介于前二者之间的半定量土地评价方法。国际上典型的定性化土地评价方法有以美国为代表的土地潜力评价和联合国粮农组织的土地适宜性评价；定量化土地评价方法主要有模型方法和系统动力学方法；半定量土地评价有参数方法和生态带(区)方法。

1)土地潜力评价方法。1961年美国对土地潜力进行了评价分类。该土地潜力分类系统首先按土地的用途区分为野生、林业、牧用和农用四类，再根据土地潜力影响因子的限定性和障碍性程度将土地分为八级(表2-1、图2-1)。

2)土地适宜性评价方法。1976年，联合国粮农组织(FAO)发布了土地适宜性评价(《A Framework for Land Evaluation》)。FAO土地适宜性评价分类系统将土地分为适宜和不适宜两大类，又按适宜程度和限制性因子分为纲、级、亚级、单元四级(表2-2)。由表2-2可以看出，FAO土地适宜性评价分类系统仅仅是一个评价框架，评价结果的详略程度可以根据地区条件和评价要求的不同而定。

表2-1 美国的土地潜力分类系统Table 2-1 Land potential classification system of the USA

图2-1 美国的土地潜力分类示意图

图中Ⅰ—Ⅷ表示土地分级

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

表2-2 联合国FAO土地适宜性评价分类系统Table 2-2 Classification system of the FAO of the UN for estimating land applicability

3)农业生态区方法(AEZ)。1978年，联合国发布的农业生态区方法(AEZ)是把一个土地区域划分为具有相同性质的很小的土地单元，评价土地适宜性、土地潜力和环境影响的方法。农业生态区是依气候、地形、土壤、土地覆被来定义的土地资源单位，每个区内对土地利用来说具有特定的潜力和限制性范围；农业生态单元(AEC)是由地形、土壤、气候特征组成的最小单元，是农业生态区法的基本单元。其基本工作程序是：第一步，确定土地利用方式及其生态要求，即确定土地利用方式和土地利用方式的生态要求；第二步，从土壤和地形、气候、土地利用或土地覆被现状、行政区等方面开展土地资源调查工作，并结合农业生态区根据土地特性和质量划分农业生态单元；第三步，根据自然产量，划分土地等级。

4)持续土地利用管理评价。1993年，联合国FAO发布了《持续土地利用管理评价纲要(An International Framework for Evaluating Sustainable Land Management)》(FESLM)。该评价方法遵循生产性(proctivity)、稳定性(security)、保护性(protection)、经济可行性(viability)和社会接受性(acceptability)等五个评价准则(pillars)。FESLM指标分为自然方面、生物方面、经济方面、社会方面的指标共四大类。各类指标详尽而复杂，例如《无灌溉农业土地评价指南》中自然方面的指标包括太阳辐射、温度、有效给水状况、根层有效给氧状况(排水)、有效给养状况、养分保持能力、扎根条件、影响发芽与成苗的条件、影响生长的空气湿度、成熟条件、洪水风险、气候风险、盐碱化、有毒物质、病虫害、土壤可使用性、机械化潜力、土地预备与清理要求(植被/杂草)、存储与加工条件、影响生产时间安排的条件、生产单元内的可达性、潜在管理单元大小、区位、侵蚀风险、土壤退化风险等等。

5)模型方法。1990年，根据1989年七国首脑会议的要求，经济合作与发展组织(OECD)启动了生态环境指标研究项目，创立了“压力-状态-响应”(PSR)模型的概念框架。有关指标见表2-3和表2-4。

表2-3 压力-状态-响应模型的部分指标Table 2-3 Part of the indexes of the pressure-condition-reaction model

表2-4 环境性状相关指标(EPI)Table 2-4 Relative environmental properties index

续表

2.国内土地评价方法

我国古代对土地分类定级的工作开始较早，如禹贡时代将土地分为9等，战国时代将土地分为3等18类共90种，宋朝、明朝、清朝分别将土地分为5等、13等和4等。我国现代土地分类定级工作主要涉及三个部门或单位，即农业部、国土资源部和中国科学院南京土壤研究所。

(1)耕地地力调查与质量评价

农业部开展全国耕地地力调查与质量评价的目的在于查清我国耕地土壤养分状况、土壤污染问题。该工作以县为单位，图件比例尺1：5万；耕地基础地力构成要素包括立地条件、土壤条件和农田基础设施条件。立地条件又包括地貌类型、地形坡度和坡向等、成土母质(残积物、坡积物、洪积物、冲积物、湖积物、海积物、黄土母质等)；土壤条件包括土壤剖面与土体构型、土层状况(耕层厚度、有效土层厚度、土体厚度、障碍层深度和厚度等)、耕层土壤理化性状(质地、容重、pH值、交换量、有机质、矿质养分、含盐量、盐分构成、地下水矿化度、碱化度和石灰含量等)、直接污染源的背景值、土壤侵蚀程度；农田基础设施条件包括农田水利工程、水土保持工程、田园化与植被生态建设、土壤培肥水平等。不同类型区的耕地基础地力评价因素应反映地区性特点(表2-5)。

通过全国耕地地力调查与质量评价，将全国耕地类型区系统划分为东北黑土型耕地类型区(水稻土)、北方平原潮土-砂姜黑土耕地类型区、北方山地丘陵棕壤-褐土型耕地类型区(含黄棕壤、黄褐土)、黄土高原黄土型耕地类型区、内陆灌漠(淤)土耕地类型区、南方稻田类型区、南方山地丘陵红黄壤(含紫色土、石灰岩土)旱耕地类型区等7个类型。1996年颁布了农业部行业标准《全国耕作类型区、耕地地力等级划分》，2002年全国农业技术推广服务中心会同有关单位又制定了《全国耕地地力调查与质量评价技术规程》(试行)。由上可知，该评价体系侧重于分类，在土地等级划分上仍然是以粮食产量为标准，没有将自然条件和人为投入体现出来。

表2-5 我国南方耕地基础地力评价因素Table 2-5 Factors for estimating the soil fertility of the farmland in south China

(2)农用地分等定级估价

国土资源部开展的农用地分等定级估价是“新一轮国土资源大调查——土地资源监测调查工程”的重要组成部分，是继土地详查摸清农用地数量和权属后，对农用地质量和价格的大调查，旨在摸清我国农用地质量等级与价格，建立起农用地的等、级、价体系。《农用地分等规程》、《农用地定级规程》、《农用地估价规程》三个行业标准从2003年8月1日起正式颁布实施。

农用地分等技术思路表明，土地等别揭示了生产能力及其分布，包括光温生产潜力(土地质量差异基准面)、自然质量(土地自然条件差异)、开发利用(生产者平均利用水平差异)和综合因素(平均投入产出水平差异)等，等别层次揭示了开发利用潜力。该农用地评价体系具有以下特点：①与土地详查、土壤普查成果相衔接；②综合运用土地自然评价、土地经济评价和土地利用评价的理论与方法；③在全国范围内可比，通过包括光温生产潜力指数、标准耕作制度、产量比系数、指定作物最大产量、最大“产量-成本”指数等国家级参数体系实现；④综合农用地利用现状评价、潜力评价和适宜性评价，将分等和定级结合起来。其不足之处在于没能够开展土壤样品的采样分析，部分数据陈旧。

(3)土壤质量演变规律与持续利用研究

中国科学院南京土壤研究所主持完成的国家重点基础研究计划项目(973项目)“土壤质量演变规律与持续利用”的总体目标是：建立土壤质量指标体系与评价系统，提出土壤质量国家标准的建议方案；评估我国主要类型耕地土壤质量，揭示其演变规律；揭示土壤圈层界面物质交换规律及其对土壤质量的影响机理；创建主要耕地土壤质量的保持与定向培育理论，建立典型耕地土壤质量数据库与咨询系统。主要关注的科学问题包括：①土壤质量的演变机理、分异规律及保持与定向培育理论，着重阐明影响我国土壤质量变化的主要过程、机理和调控理论，以提出均衡土壤养分和提高土壤肥力、调控盐碱和酸化障碍因子，修复污染土壤，减轻土壤侵蚀，有效提高土壤质量的理论依据，为发展土壤资源的持续利用理论奠定基础；②土壤圈层界面物质交换对土壤质量与动植物健康的影响机制，着重阐明土壤圈与水、气、生物及岩石圈层界面的主要物质交换过程、速率、通量及关键因子，揭示土壤圈层界面物质交换的规律，及与土壤质量形成和环境演变的关系，提出土壤质量培育的界面调控理论和途径；③土壤质量指标的表征理论与方法，运用先进的量化表达理论和方法，对遴选获得的表征土壤质量的指标进行赋值、标准化，依据系统研究建立的土壤质量指标体系和评价系统，对土壤质量状况进行评价。

通过重点研究，初步制定了我国主要土壤类型黑土、潮土、红壤、水稻土、菜园土的土壤肥力质量评价指标和土壤健康质量基准。

(二)土壤质量研究进展

1.国外土壤质量评价

土壤质量是土壤在一定的生态系统内，提供生命必须养分和生产生物物质的能力，容纳、降解、净化污染物质和维护生态平衡的能力，影响和促进植物、动物和人类生命安全和健康的能力之综合量度。

土壤质量包括三层内涵和功能：第一，土壤生产力，即土壤提高植物和生物生产力的能力；第二，环境质量，即土壤降低环境污染物和病菌损害的能力；第三，动物健康，即土壤质量影响动植物和人类健康的能力。这三项功能也被称为土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量，有关指标见表2-6、表2-7和表2-8。

表2-6 土壤质量田间描述性指标Table 2-6 Descriptive index of the soil quality in the field

续表

表2-7 常用土壤质量分析性指标Table 2-7 Common analytic index for soil quality

表2-8 土壤质量和健康状况参数及其与土壤质量的联系Table 2-8 Soil quality and health condition parameters and their relationship with soil quality

续表

2.国内土壤质量评价

国内关于土壤质量的研究主要集中在土壤背景值、土壤环境容量和土壤环境质量标准研究等三个方面。

(1)土壤背景值调查和研究

土壤环境背景值是指土壤在发育形成过程中，未受或很少受到人为活动的影响，特别是未受或很少受到污染、破坏的情况下，土壤本身固有的化学组成和含量。它基本反映土壤环境原有的物质组成、性质和结构特征。“七五”期间，由国家环境保护局主持、国家教育委员会和中国科学院参与主持的国家科技攻关项目“全国土壤环境背景值研究”，是迄今为止最为系统的土壤重金属背景值研究成果。与世界土壤相比，我国土壤的砷、锌、铜含量高于世界均值；汞、锰、钴在世界范围值之中；镉、铬、镍低于世界均值；铅的变异超出世界平均范围。历时16年的全国第二次土壤普查工作，重点对土壤中N、P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo等9 种营养元素进行了系统测试分析，建立了土壤肥力分级标准。

(2)土壤环境容量研究

环境容量这一概念，大约于20世纪70年代引入到环境科学领域。目前关于土壤环境容量的概念尚在探索之中。一种观点认为，土壤存在一个可承纳一定污染物而不致污染作物的量。一般将土壤所允许承纳污染物质的最大数量称为土壤环境容量。另一种观点认为，土壤环境容量是在不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的条件下，土壤中所承纳污染物的最大数量。后者强调必须明确污染物对土壤生态系统的结构和功能的影响，以及系统结构和功能方面的要求。不少国家，如前联邦德国、日本、前苏联、澳大利亚等国家确定了某些污染物的土壤环境污染标准。我国对土壤环境容量研究已有一些报道。

土壤临界容量可用于表征土壤对各种污染物的容纳能力。在获得土壤对污染物的各种生态效应和环境效应，并获得各种单一体系的临界含量后，就可以采用各种效应的综合临界指标得出整个土壤生态系统的临界含量，并作为国家制定环境标准的依据和确定土壤环境容量的依据。表2-9为我国草甸褐土区各单体系的临界含量。

表2-9 我国草甸褐土区各单体系临界含量Table 2-9 Critical content of each system in meadow brown soil area of China

注：*地表径流、地下渗漏水不超标；**3.5mg/kg时，地表径流、地下渗漏水不超标。(据夏增禄，1986)

用数学模型定量表达土壤环境容量的方法尚在探索之中。目前，常采用的确定土壤环境容量的方法包括土壤静容量和土壤动容量。土壤静容量是根据土壤的环境背景值和环境标准的差值来推算容量的一种简易方法，可由C_s=M(C_i—C_Bi)表示(式中：M为每亩耕层土壤重量(kg)，C_i为i元素的土壤临界含量(mg/kg)，C_Bi为i元素的土壤背景值(mg/kg))。这时，现存容量C_sp=M(C_i—C_Bi—C_P)，C_P是土壤中人为污染而增加的量。另外，土壤环境容量也可用Q=(C_K-B)×150粗略估计(式中：Q为基本的土壤环境容量(g/亩)，C_K为土壤环境标准值(mg/kg)，B为区域土壤背景值(mg/kg))。

土壤是一个开放的物质体系，污染物可进入土壤，也可以输出。土壤动容量是根据污染物的残留来计算土壤的环境容量。假定年输入量为Q，年输出量为Q′，若Q大于Q′，则残留量为Q-Q′。随着时间的推移，残留量也不断地增加，造成积累。累积率(K)为残留量(Q-Q′)与输入量Q之比，则n年内土壤污染物累积总量A_T(含当年输入量)为A_T=Q+QK+QK²+…+QKⁿ，而n年内的污染物残留总量R_T(不含当年输入量)则为R_T=QK+QK²+…+QKⁿ。当年限n足够长时，QKⁿ趋于零，A_T达到最大极限值。因此，污染物在土壤中的年累积量为A_T′=K(B+Q)(式中：A_Tˊ为污染物在土壤中的年累积量(mg/kg)，K 为土壤污染物年残留率(%)，B 为污染物的区域土壤背景值(mg/kg)，Q为土壤污染物的年输入量(mg/kg))。假定每年残留率(K)相同、年输入量相同，则n年内土壤的总累积量为A_T=BKⁿ+QK

。从式中可以看出，年残留率K值的大小，对计算结果影响很大。不同地区的土壤，不同的污染物，其K 值也有差异，需通过试验求得。利用这种计算方法，可预测某污染物累积达到区域的环境标准所需要的年限。

(3)土壤环境质量标准研究

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》，防止土壤污染，保护生态环境，保障农林生产，维护人体健康，我国于1995年制定颁布了土壤环境质量标准(GB15618—1995)(表2-10)。该标准按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值，用于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等的土壤。该标准根据土壤应用功能和保护目标，将土壤划分为三类：Ⅰ类主要适用于国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量高的除外)、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤，土壤质量基本保持自然背景水平；Ⅱ类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染；Ⅲ类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。

表2-10 土壤环境质量标准值Table 2-10 Environmental quality standard for soils(mg/kg)

注：①重金属(铬主要是三价)和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量＞5cmol(+)/kg的土壤，若≤5cmol(+)/kg，其标准值为表内数值的半数；②水旱轮作地的土壤环境质量标准，砷采用水田值，铬采用旱地值。

该标准规定，一级标准为保护区域自然生态、维持自然背景的土壤环境质量的限制值；二级标准为保障农业生产、维护人体健康的土壤限制值；三级标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。各类土壤环境质量执行标准的级别规定为：Ⅰ类土壤环境质量执行一级标准；Ⅱ类土壤环境质量执行二级标准；Ⅲ类土壤环境质量执行三级标准。

③ 土壤重金属含量变化的研究方法

1.土壤重金属来源及其预测方法

富含重金属的土壤是引发土壤重金属生态危害效应的物质基础。矿化作用、富含重金属的黑色岩系地层等特殊地质背景条件下发育形成的富含重金属土壤，各种人类污染作用如矿山开发、金属冶炼、污水灌溉、化肥和农药施用、大气干湿沉降、垃圾和污泥农用等人类活动不断向土壤输入重金属元素，通过长期的累积同样可以形成土壤重金属富集异常区，这些地区是土壤重金属生态风险预测评价的重点区域。

可以采取多种方法研究土壤重金属的累积变化趋势。

1）通量计算法。即通过对研究区内灌溉水、化肥农药、大气干湿沉降等各种输入端元，以及农田退水、作物收割带出、水土流失、向地下的淋滤迁移等输出端元的代表性样品的监测采样分析，计算土壤重金属的输入输出通量及其净增量，从而预测土壤重金属含量变化趋势。通量计算法具有覆盖面积广、采样测试工作量较小、可操作性较强、研究周期较短（根据1～2年的调查监测资料即可进行初步预测）的优点。但是，采样分析涉及介质类型较多，要求监测点、样品代表性强，各类样品特别是水样的采样和分析质量要求高，当然，一次性采样或监测时间过短（如大气沉降）必然影响到研究成果的可信度。

2）动态监测法。即建立土壤环境地球化学监测网络，在监测点上重复采集分析土壤样品，获取土壤重金属含量、土壤理化指标和重金属存在形态的动态变化资料，确定重金属累积与活化的变化规律，以监测数据为依据建立模型进行科学预测。其优点是数据资料及预测结果可信度较高，但是要达到预测目的需要进行长期的监测分析，研究周期长。

浙江省农业地质环境调查主要是利用了相隔10余年的2次区域土壤地球化学调查资料，结合与区域土壤环境背景值调查、第二次土壤普查数据的对比，统计得出了土壤重金属累积速率和土壤酸化趋势。根据过去十多年间土壤重金属累积与酸化速率，采用线性模型预测若干年后土壤重金属含量、土壤酸碱度值（见本章第三节），从而预测评价土壤环境质量及其生态风险。

2.土壤重金属元素总量对可浸提量的影响

从已有研究成果来看，除了表生地球化学活动性较强的重金属元素Cd之外，土壤中多数重金属元素主要以活动性弱的残渣态、有机结合态和铁锰氧化态存在，而水溶态、离子交换态等活动态组分所占的比例极小，并且从理论上讲经由各种输入途径进入土壤的重金属元素通过物理、化学、生物的复杂作用最终达到平衡时，也应该主要以稳定态存在，这就意味着尽管输送进入土壤的重金属总量很大，但实际产生危害作用的重金属浸提量的增长幅度可能要小得多，即土壤重金属生态危害作用与其污染程度（以重金属总量衡量）并不一定相称。

研究表明，土壤重金属总量对其可浸提量有着显着的影响。由表5-17可见，除了Hg和浙北、浙东地区的As之外，其他各种重金属可浸提量与其总量间具有较好的相关性，多数情况下两者间达到显着正相关性，即土壤重金属可浸提量随总量的增加而线性增长。以浙北地区Pb为例，土壤中Pb可浸提量与全量的回归方程为：

w（Pb_浸提量）=0.224×w（Pb_全量）-1.712

按照这一方程，假设污染影响下土壤Pb含量从25mg/kg上升为75mg/kg，则土壤中可浸提态Pb相应从3.88mg/kg上升为15.06mg/kg，显然，土壤Pb污染的生态危害风险大大上升。

表5-17 浙北、浙东、浙中地区土壤重金属全量与有效量相关系数

注：置信度为0.01时，显着相关的临界值为F₁₀₀=0.254。

由此推断，尽管土壤重金属生态危害程度与其总量不完全一致，但土壤重金属总量的增长仍然是引发重金属生态危害的物质基础。本章第四节指出，浙北、浙东地区土壤中Cd、Cu、Pb、Zn等多数有害重金属元素含量具有较快的累积富集趋势，因此，土壤重金属可浸提量及其生态危害风险也在增加。

④ 土壤物理指标

一、土壤粒径

土壤粒径分布是最基本的土壤物理性质之一，它强烈地影响着水力、热力性质等重要的土壤物理特性。土壤粒径分布的测定方法相对简单便捷，精度也较高，而且在常规的土壤调查资料中也有详细程度不一的粒径分析数据。而土壤水分特征曲线和(非)饱和水力传导率、土壤热导率、土壤热容量等土壤水力、热力性质的直接测定比较费时、昂贵，且精度较低，可重复性差。因此，根据土壤粒径分布来估计土壤的其他水力学性质已经成为相关领域的研究热点。

土壤基质是由不同比例的、粒径粗细不一、形状和组成各异的颗粒(土粒)组成，一般分为砾、砂、粉粒和黏粒4级。粒径分析的目的，是为了测定不同直径土壤颗粒的组成，进而确定土壤的质地。土壤颗粒组成在土壤形成和土壤的农业利用中具有重要意义，土壤质地直接影响土壤水、肥、气、热的保持和运动，并与作物的生长发育有密切的关系。

1.土工实验法

土粒的粒径变化范围非常大(粒径由﹥60mm到﹤0.002mm)，故对不同的粒组采用不同的试验方法：粗粒组一般用筛析法，细粒组采用密度计法或移液管法。

对于粒径﹥0.075mm的粗粒土，一般采用筛析法分析土的颗粒大小。筛析法是采用不同孔径的分析筛，由上至下孔径自大到小叠在一起。试验时，取干土放入最上的筛里，通过筛析后，得到不同孔径筛上土质量，进而计算出粒组含量和累积含量。

2.激光粒度仪法

激光粒度分析仪是根据光的散射原理测量粉颗粒大小的，是一种比较通用的粒度仪。其特点是测量的动态范围宽、测量速度快、操作方便，尤其适合测量粒度分布范围宽的粉体和液体雾滴。对粒度均匀的粉体，比如磨料微粉，要慎重选用。

激光粒度仪集成了激光技术、现代光电技术、电子技术、精密机械和计算机技术，具有测量速度快、动态范围大、操作简便、重复性好等优点，现已成为全世界最流行的粒度测试仪器。

3.吸管法

颗粒组成(粒径分布)常用吸管法测定，方法由筛分和静水沉降结合组成，通过2mm筛孔的土样经化学和物理方法处理成悬浮液定容后，根据司笃克斯(Stokes)定律及土粒在静水中的沉降规律，﹥0.25mm的各级颗粒由一定孔径的筛子筛分，﹤0.25mm的粒级颗粒则用吸管从其中吸取一定量的各级颗粒，烘干称量，计算各级颗粒含量的百分数，确定土壤的颗粒组成(粒径分布)和土壤质地名称。

4.比重计法

土样经化学和物理方法处理成悬浮液定容后，根据司笃克斯(Stokes)定律及土壤比重计浮泡在悬浮液中所处的平均有效深度，静置不同时间后，用土壤比重计直接读出每升悬浮液中所含各级颗粒的质量，计算其百分含量，并定出土壤质地名称。比重计法操作较简便，但精度较差，可根据需要选择使用。

二、土壤绝对含水量

土壤绝对含水量是土壤中所含水分的数量，即100g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率。土壤含水率是农业生产中一个重要参数，其主要方法有称重法、张力计法、电阻法、中子法、γ-射线法、驻波比法、时域反射法及光学法等。土壤中水分含量通常采用质量含水率(θ_g)和体积含水率(θ_υ)两种表示方法。

1.称重法

也称烘干法，这是唯一可以直接测量土壤水分的方法，也是目前国际上的标准方法。用土钻采取土样，用0.1g精度的天平称取土样的质量，记作土样的湿重(M-M_H)，在105℃的烘箱内将土样烘6～8h至恒重，然后测定烘干土样，记作土样的干重(M_S-M_H)。土壤含水量计算公式如下：

地质环境监测技术方法及其应用

式中：θ—土壤含水率；M—烘干前铝盒及土壤质量(g)；M_S—烘干后铝盒及土壤质量(g)；M_H—铝盒质量(g)。

2.张力计法

也称负压计法，它测量的是土壤水吸力，测量原理如下：当陶土头插入被测土壤后，管内自由水通过多孔陶土壁与土壤水接触，经过交换后达到水势平衡，此时，从张力计读到的数值就是土壤水(陶土头处)的吸力值，也即为忽略重力势后的基质势的值，然后根据土壤含水率与基质势之间的关系(土壤水特征曲线)就可以确定出土壤的含水率。

3.电阻法

多孔介质的导电能力是同它的含水量以及介电常数有关的，如果忽略含盐的影响，水分含量和其电阻间是有确定关系的。电阻法是将两个电极埋入土壤中，然后测出两个电极之间的电阻。但是在这种情况下，电极与土壤的接触电阻有可能比土壤的电阻大得多。因此采用将电极嵌入多孔渗水介质(石膏、尼龙、玻璃纤维等)中形成电阻块以解决这个问题。

4.中子法

中子法就是用中子仪测定土壤含水率。中子仪的组成主要包括：一个快中子源，一个慢中子检测器，监测土壤散射的慢中子通量的计数器及屏蔽匣，测试用硬管等。快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子，当它和氢原子核碰撞时，损失能量最大，转化为慢中子(热中子)，热中子在介质中扩散的同时被介质吸收，所以在探头周围，很快地形成了持验密度的慢中子云。

5.γ-射线法

γ-射线法的基本原理是放射性同位素(现常用的是¹³⁷Cs，²⁴¹Am)发射的γ-射线法穿透土壤时，其衰减度随土壤湿容重的增大而提高。

6.驻波比法

自从Topp等人在1980年提出了土壤含水率与土壤介电常数之间存在着确定性的单值多项式关系，从而为土壤水分测量的研究开辟了一种新的研究方向，即通过测量土壤的介电常数来求得土壤含水率。从电磁学的角度来看，所有的绝缘体都有可以看作是电介质，而对于土壤来说，则是由土壤固相物质、水和空气3种电介质组成的混合物。在常温状态下，水的介电常数约为80，土壤固相物质的介电常数为3～5，空气的介电常数为1，可以看出，影响土壤介电常数主要是含水率。Roth等提出了利用土、水和空气3相物质的空间分配比例来计算土壤介电常数，并经Gardner等改进后，为采用介电方法测量土壤水分含量提供了进一步的理论依据，并利用这些原理进行土壤含水率的测量。

7.光学测量法

光学测量法是一种非接触式的测量土壤含水率的方法。光的反射、透射、偏振也与土壤含水率相关。先求出土壤的介电常数，从而进一步推导出土壤含水率。

8.时域反射法

时域反射法(Time Domain Reflectrometry，TDR)也是通过测量土壤介电常数来获得土壤含水率的一种方法。TDR的原理是电磁波沿非磁性介质中的传输导线的传输速度υ＝c/ε，而对于已知长度为L的传输线，又有υ＝L/t，于是可得ε＝c×t/L，其中，c 为光在真空中的传播速度，ε为非磁性介质的介电常数，t为电磁波在导线中的传输时间。而电磁波在传输到导线终点时，又有一部分电磁波沿导线反射回来，这样入射与反射形成了一个时间差T。因此通过测量电磁波在埋入土壤中的导线的入射和反射时间差T就可以求出土壤的介电常数，进而求出土壤的含水率。

9.土壤水分传感器法

水分传感器按显示方式来分，可分为两大类：一是直接显示方式，一是用二次传感的方式。

直接显示方式又可分为3种类型：一是用吸力负压表显示型(又称负压张力计)；二是电接点真空表显示型，常用于报警式水分传感器；三是用U型管水银柱显示型。3种直接显示方式中，U型水银柱显示型的精度最高，读数最准，误差最小，可精确到毫巴。其缺点是：在农田使用中U型管破裂时，水银会污染农田，造成环境污染。3种显示方式的选择常根据使用者的具体要求而定。

二次传感显示型是将直接显示型传感器中的压力读数换算成水分含量，比如，可将U型管水银指示部分换成以压阻传感器为二次传感的数字化土壤水分测量装置，即可实现数字化，直接显示传感器土壤吸力值的大小。二次传感还可运用于土壤水势的遥测。例如，将土壤水分张力计(传感器部分)，埋设在田间所需要的土壤深度中，土壤水负压吸力通过多孔陶土探头内水膜的渗透传递，使水分传感器产生负压，此负压传给压阻变送传感器，给出一电信号，通过导线传输给远端的遥测温度仪，可用接口线输送给计算机，从而完成土壤水势在田间的遥测。但利用负压张力计只能测定低吸力范围，高吸力时，陶土头会被空气“穿透”因而不能测定高吸力情况下的土壤水势。

传感器法测定土壤水分具有田间原位测定、快速直读、不破坏土壤结构、价格低廉、无放射性物质、安全可靠、便于长期观测和积累田间水势资料等优点。特别是二次传感器，具有数字化的优势，而且可与计算机接口连接，使土壤水分测量能够自动监测，例如根据测量结果可自动控制灌溉水闸，实现自动灌溉，这一现代化的测量手段已成为目前土壤水分测量方法研究的新趋势。

10.探地雷达法(GPR)

探地雷达(Ground Penetrating Radar)的工作原理是当高频雷达脉冲到达介电性质显着不同的两层物质界面时，部分信号被反射，由接收装置接收反射信号，并将其放大。反射信号的大小决定于两物质介电常数的差值大小和雷达波穿透深度。土壤含水量是影响土壤介电常数的主要因子，而雷达脉冲穿透深度又受到土壤中水分含量的显着影响。

GPR以不同的方式来测定土壤水分含量。一种方式就是利用所谓地面波(Ground Wave)的天线分离法，这种方法只能测定表层(10cm)土壤的含水量；另一种方式就是使用回波(Reflected Wave)测定土壤中的波速，进而确定出反射层与地表之间的含水量。

11.遥感法(RS)

遥感法(Remote Sensing)是一种非接触式、大面积、多时相的土壤水分监测方法。土壤水分的遥感监测取决于土壤表面发射或反射的电磁能的测定，而土壤水分的电磁辐射强度的变化则取决于其电介特性或温度，或者这两者的组合。遥感法中所涉及的波段很宽，从可见光、近红外、热红外到微波都有一定的研究。尤其在热红外、微波遥感监测土壤水分研究中，取得了可喜的进展。微波遥感与大气条件无关并可获得高分辨率图像，加之对地面有一定穿透能力，使得它成为土壤水分遥测中最有前途的一种工具。微波遥感虽具有全天时、全天候、多极化和一定的穿透特性等优点，但由于影响土壤水分变化的因素较多，如土壤质地、容重、表面粗糙度、地表坡度和植被覆盖等也对雷达等微波遥感监测土壤水分造成影响，因而遥感监测土壤含水率仍是农业遥感中的一个难题。最有效的途径应该是多种遥感方法并用，发挥各自的优点，比如利用可见光和近红外信息估算植被覆盖，用主动微波估算粗糙度，据此由被动微波资料研究土壤水分的综合遥感方法。

遥感法目前只适合区域尺度下土壤表层水分状况的动态实时调查，而不适合于田间尺度下深层土壤水分的监测，因而还有必要对其理论模型、成像机制与极化方式、土壤水分、地表粗糙度和植被覆盖等的关系进行深入研究。

12.分离示踪剂法

常规土壤含水量测定方法(如烘干称重法、中子仪法、TDR法等)只能在较小范围内对土壤水分进行点上的测定，而分离示踪剂法(Partitioning Tracer)能够在较大范围内测定土壤含水量。该法是将非分离示踪剂和分离示踪剂通入气相系统中，分离示踪剂溶解于水，使得其在气相中的运移相对滞后于非分离示踪剂，且滞后因子为土壤含水量与亨利常数的函数。分离示踪剂法测得的结果往往低估了土壤水分含量，这是由于土壤的空间异质性、土壤水分的非均匀分布，以及土壤中优势流等影响因素的存在所致。

分离示踪剂法能够测定从小尺度至区域尺度下的土壤水分，而且测深不限，还能适应特殊需求的测定。分离示踪剂法能够测定田间尺度下的土壤水分区域分布，还能确定土壤水分的垂直分布。但分离示踪剂法用于区域土壤水分的测定时，必然增加示踪剂的用量，从而导致测试费用高昂，且分离示踪剂法在较理想的条件(如均质土壤)下测得的水分含量结果精度较高，而要提高其在非均质土壤中的测定精度，还有待于进一步研究。

三、土壤电导率(EC)

土壤溶液具有导电性，导电能力的强弱可用电导率表示。土壤电导率是测定土壤水溶性盐的指标，而土壤水溶性盐是土壤的一个重要属性，是判定土壤中盐类离子是否限制作物生长的因素。土壤电导率通常作为一个重要指标被应用，它可以直接反映出混合盐的含量，故常被用作土壤盐分测定方法之一，尤其近年来，国内外许多学者建议直接用电导率表示土壤含盐量。

1.室内电导法

传统的实验室测定方法即田间取回目标深度的土壤样品，室内用电导法测定其水浸液的电导率(EC)。测量原理是：土壤可溶性盐按一定水土比例用平衡法浸出，这些可溶性盐是强电解质，其水溶性具有导电作用，导电能力的强弱可用电导率表示。在一定浓度范围内，可溶性盐的含量与电导率呈正相关，含盐量越高，溶液的渗透压越大，电导率也越大。土壤浸出液电导率值可用电导率仪测定，并直接用电导率值表示土壤含盐量的高低。

2.电导率传感器法

传统实验室测定土壤电导率的方法虽然精确，但过程烦琐，给工程实践带来不便。目前国内外应用于农业的土壤电导率快速测量传感器大体可以归为两种：接触式和非接触式。接触式土壤电导率传感器是一种电极式传感器，一般采用“电流-电压四端法”，即将恒流电源、电压表、电极和土壤构成回路；非接触式则利用了电磁感应原理。

3.EM38大地电导仪

大地电导仪EM38能在地表直接测量土壤表观电导率，为非接触直读式，适用于大面积土地盐渍化的测量，EM38用连接DlfaO0数据采集器电缆的方式，较常规方法的调查速度快100倍以上，能轻松快速地完成一般常规测量。

大地电导仪EM38总长度1m，主要由信号发射(T_s)和信号接收(R)两个端口组成(图4-1)，两者之间相隔一定的距离(S)，发射频率为14.6 kHz。测量的有效深度可达1.5m。工作时，首先信号发射端子产生磁场强度随大地深度的增加而逐渐减弱的原生磁场(H_p)，原生磁场的强度随时间动态变化，因此该磁场使得大地中出现了非常微弱的交流感应电流，这种电流又诱导出现次生磁场(H_s)。信号接收端子既接受原生磁场信息又接受次生磁场信息。通常，原生磁场H_p和次生磁场H_s均是两端子间距(S)、交流电频率及大地电导率的复杂函数，且次生磁场与原生磁场强度的比值与大地电导率呈线性关系，可表示为

EC₀＝4(H_s/H_p)/ωμ₀S²

式中：EC₀—大地电导率(mS/m)；H_s—信号接收端子处次生磁场强度；H_p—信号接收端子处原生磁场强度；μ₀—空间磁场传导系数；ω—角频率，ω＝2πƒ，ƒ —交流电频率；S—信号发射端子与接受端子之间的距离(m)。

图4-1 电磁感应技术原理示意

⑤ 土壤学研究的基本方法有哪些

土壤物理学主要研究土壤中固、液、气三相体系的物理现象及其变化规律。内容包括：土壤水分的保持和移动及其对植物的有效性，土壤空气的组成与交换，热的传导与转化，土壤固相的组成与排列，土壤的力学性质和电、磁性质等。

土壤化学主要研究土壤固、液相的化学组成、化学变化以及固液相之间的反应。内容包括土壤固体颗粒的表面化学性质及阳离子交换，土壤溶液及土壤的酸碱性、氧化还原性等。

土壤生物学主要研究栖居于土壤中的有机体(主要是微生物)的活动及其与土壤中物质转化和循环的关系。内容包括土壤中微生物的数量、组成及分布规律，碳、氮、磷、硫等元素的生物循环，生物固氮作用以及有机质的分解和腐殖质的形成及其对土壤肥力的影响等。

土壤肥力与植物营养学主要研究土壤供应矿质养分的能力及其影响因子与植物营养的关系。内容包括土壤肥力的实质及其指标，土壤养分的强度因素和容量因素土壤和植物的营养诊断，主要作物对土壤肥力的要求等。

土壤地理学主要研究土壤与自然地理环境的关系，内容包括土壤的形成、分类、分布及土壤调查、制图等。

土壤矿物学主要研究土壤矿物的结构、组成、性质和化学反应。内容包括粘土矿物和氧化物的数量、组成以及相互间的反应，土壤中各种元素的迁徙状况，粘粒与有机质之间的相互作用，矿物的形成与转变以及矿物鉴定等。

土壤管理学主要研究人工措施对土壤和作物生产的影响，内容包括耕作、施肥、灌溉、排水及其他改良、保护措施对土壤肥力、生产力和作物产量的影响。

土壤学经历了近代150余年的发展，已经形成了一套较为完整的研究方法，主要有：

野外调查法，即在野外(田间)通过对土壤形成因素和剖面形态的观察，并结合对周围自然地理环境和土壤利用情况的综合分析来掌握土壤的基本特征。这是研究土壤的形成、分类、分布、肥力特征以及进行土壤制图的最基本的传统方法之一。

实验室研究，即在实验室内借助各种仪器设备和温室设施等对土壤的物理、化学、物理化学和生物学性质等进行定量或定性的测定，或对土壤肥力水平进行生物学试验(水培、砂培或土培)和模拟试验等。

定位研究法，即在田间选定某一土壤或某一地区，对土壤的某种届性或过程进行长期、系统的观察测定，以研究其动态变化和发展趋势及其对土壤性质或肥力的影响。最常用的方法是田间生物试验法和排水采集器法。

⑥ Mehlich3（M3）法的土壤养分测试（推荐方法）的方法原理是什么

答：Mehlich3（M3）是1982年美国北卡罗来纳州立大学Mehlich博士根据美国的实际情况，经过较为系统的研究后，提出的一种适合于中性和酸性土壤的联合浸提剂，可分析土壤中P、K、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Cr、Cd等多种元素。就测定原理而论，Mehlich3（M3）浸提剂与其他元素的常规浸提剂相比具有以下特点：

一是含有NH4F，其浸提原理与Bray1相似；

二是比Mehlich1浸提中性和碱性土壤中有效磷的能力强；

三是在大部分土壤上与作物的养分吸收量均有较好的相关性，能反映出土壤有效养分的供应能力；

四是测定效率高，便于自动化（如结合ICP可同时测定多种元素）。所以M3具有前两种浸提剂所没有的优点，一经推出，有望成为适合于不同土壤类型的多元素浸提剂。

⑦ 土壤化学指标

一、土壤酸碱度(pH值)

土壤酸碱度对土壤肥力及植物生长影响很大，我国西北、北方不少土壤pH值大，南方红壤pH值小。因此可以种植和土壤酸碱度相适应的作物和植物。如红壤地区可种植喜酸的茶树，而苜蓿的抗碱能力强等。土壤酸碱度对养分的有效性影响也很大，如中性土壤中磷的有效性大；碱性土壤中微量元素(锰、铜、锌等)有效性差。在农业生产中应该注意土壤的酸碱度，积极采取措施，加以调节。

1.电位法

土壤实验室基本上都采用电位法测定土壤pH值，电位法有准确、快速、方便等优点。其基本原理是：用pH计测定土壤悬浊液的pH值时，由于玻璃电极内外溶液H^＋离子活度的不同产生电位差。

2.比色法

取土壤少许(约黄豆大)，弄碎后放在白磁盘中，滴入土壤混合指示剂数滴，到土壤全部湿润，并有少量剩余。震荡磁盘，使指示剂与土壤充分作用，静置1min，和标准比色卡比色，即得出土壤的酸碱度。

3.原位酸碱度传感器法

土壤原位pH测定仪可直接埋入土壤测试，直接读数，非常方便，在指导农业科研及农业生产中起到了非常重要的作用。

二、土壤氧化还原电位(Eh)

土壤氧化还原电位是以电位反映土壤溶液中氧化还原状况的一项指标，用Eh表示，单位为mV。

土壤氧化还原电位的高低，取决于土壤溶液中氧化态和还原态物质的相对浓度，一般采用铂电极和饱和甘汞电极电位差法进行测定。影响土壤氧化还原电位的主要因素有：①土壤通气性；②土壤水分状况；③植物根系的代谢作用；④土壤中易分解的有机质含量。

旱地土壤的正常Eh为200～750mV，若Eh﹥750mV，则土壤完全处于氧化状态，有机质消耗过快，有些养料由此丧失有效性，应灌水适当降低Eh。若Eh﹤200mV，则表明土壤水分过多，通气不良，应排水或松土以提高其Eh值。

水田土壤Eh变动较大，在淹水期间Eh值可低至-150mV，甚至更低；在排水晒田期间，土壤通气性改善，Eh值可增至500mV以上。一般地说，稻田适宜的Eh值在200～400mV之间，若Eh经常在180mV以下或低于100mV，则水稻分蘖或生长发育受阻。若长期处于-100mV以下，水稻会严重受害甚至死亡，此时应及时排水晒田以提高其Eh值。

1.二电极法

测定氧化还原电位的常用方法是铂电极直接测定法，方法是基于铂电极本身难以腐蚀、溶解，可作为一种电子传导体。当铂电极与介质(土壤、水)接触时，土壤或水中的可溶性氧化剂或还原剂，将从铂电极上接受电子或给予电子，直至在铂电极上建立起一个平衡电位，即该体系的氧化还原电位。由于单个电极电位是无法测得的，故须与另一个电极电位固定的参比电极(饱和甘汞电极)构成电池，用电位计测量电池电动势，然后计算出铂电极上建立的平衡电位，即氧化还原电位Eh值。

2.去极化测定仪法

对复杂的介质，可采用去极化法测定氧化还原电位。可以在较短时间内得到较为精确的结果，用去极化法测得的平衡Eh值，与直接电位法平衡48h后测得的稳定Eh值，差数一般﹤10mV。所以去极化法能缩短测定时间，并有较高的测定精度。

将铂电极接到极化电压的正端(极化电压为600mV或750mV)，以银-氯化银电极作为辅助电极，接到电源的负端，阳极极化10 s以上(自由选择)。接着切断极化电源，进行去极，时间在20 s以上(视极化曲线而定)，在去极化后监测铂电极的电位(对甘汞电极)，对于大多数的测试样品，电极电位E(mV)和去极化时间的对数log t间存在直线关系。以相同的方法进行阴极极化和随后的去极化和监测电位。阳极去极化曲线与阴极去极化曲线的延长线的交点相当于平衡电位。

三、土壤阳离子交换量(CEC)

CEC的大小，基本上代表了土壤可能保持的养分数量，即保肥性的高低。阳离子交换量的大小，可作为评价土壤保肥能力的指标。阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据。

1.乙酸铵交换法

适用于酸性与中性土壤阳离子交换量的测定。原理：用1mol/L乙酸铵溶液(pH7.0)反复处理土壤，使土壤成为铵离子饱和土。过量的乙酸铵用95%乙醇洗去，然后加氧化镁，用定氮蒸馏方法进行蒸馏，蒸馏出的氨用硼酸溶液吸收，然后用盐酸标准溶液滴定，根据铵离子的量计算土壤阳离子交换量。

2.EDTA——铵盐法

铵盐法不仅适用于中性、酸性土壤，并且适用于石灰性土壤阳离子交换量的测定。采用0.005mol/L EDTA与1mol/L的醋酸铵混合液作为交换剂，在适宜的pH条件下(酸性土壤pH7.0，石灰性土壤pH8.5)，这种交换配合剂可以与2价钙离子、镁离子和3价铁离子、铝离子进行交换，并在瞬间即形成电离度极小而稳定性较大的配合物，不会破坏土壤胶体，加快了2价以上金属离子的交换速度。同时由于醋酸缓冲剂的存在，对于交换性氢和1价金属离子也能交换完全，形成铵质土，再用95%酒精洗去过剩的铵盐，用蒸馏法测定交换量。对于酸性土壤的交换液，同时可以用作为交换性盐基组成的待测液用。

3.氯化钡-硫酸强迫交换法

土壤中存在的各种阳离子可被氯化钡(BaCl₂)水溶液中的阳离子(Ba^2＋)等价交换。土壤用BaCl₂溶液处理，使之和Ba^2＋饱和，洗去剩余的BaCl₂溶液后，再用强电解质硫酸溶液把交换到土壤中的Ba^2＋交换下来，由于形成了硫酸钡(BaSO₄)沉淀，而且氢离子(H^＋)的交换吸附能力很强，使交换反应基本趋于完全。这样可以通过计算消耗硫酸的量，计算出阳离子交换量。

四、土壤碱化度(ESP)

土壤的碱化度是用Na^＋的饱和度来表示，它是指土壤胶体上吸附的交换性Na^＋占阳离子交换量的百分率。当碱化度达到一定程度时，土壤的理化性质会发生一系列的变化，土壤呈极强的碱性反应pH﹥8.5甚至超过10.0，且土粒分散、湿时泥泞、不透气、不透水、干时硬结、耕性极差，土壤理化性质所发生的这一系列变化称为碱化作用。碱化度是盐碱土分类、利用、改良的重要指标。一般把碱化度﹥20%定为碱土，5%～20%定为碱化土(15%～20%为强碱化土，10%～15%为中度碱化土，5%～10%为轻度碱化土)。

计算公式：

碱化度＝(交换性钠/阳离子交换量)× 100%

式中：交换性钠[cmol(Na^＋)/kg]用乙酸铵-氢氧化钠铵交换-火焰光度法测得；阳离子交换量[cmol(＋)/kg]用氯化铵-乙酸铵交换法测得。

五、土壤水溶性全盐量(易溶盐)

土壤水溶性盐是盐碱土的一个重要属性，是限制作物生长的障碍因素。我国的盐碱土分布广，面积大，类型多。在干旱、半干旱地区盐渍化土壤，以水溶性的氯化物和硫酸盐为主。滨海地区由于受海水浸渍，生成滨海盐土，所含盐分以氯化物为主。在我国南方(福建、广东、广西等省区)沿海还分布着一种反酸盐土。盐土中含有大量水溶性盐类，影响作物生长，同一浓度的不同盐分危害作物的程度也不一样。盐分中以碳酸钠的危害最大，增加土壤碱度和恶化土壤物理性质，使作物受害。其次是氯化物，氯化物又以MgCl₂的毒害作用较大，另外，氯离子和钠离子的作用也不一样。

土壤(及地下水)中水溶性盐的分析，是研究盐渍土盐分动态的重要方法之一，对于了解盐分对种子发芽和作物生长的影响以及拟订改良措施都是十分必要的。

1.电导法

土壤中的水溶性盐是强电介质，其水溶液具有导电作用，导电能力的强弱可用电导率表示。在一定浓度范围内，溶液的含盐量与电导率呈正相关，含盐量愈高，溶液的渗透压愈大，电导率也愈大。土壤水浸出液的电导率用电导仪测定，直接用电导率数值表示土壤的含盐量。

2.质量法

吸取一定量的土壤浸出液放在瓷蒸发皿中，在水浴上蒸干，用过氧化氢(H₂O₂)氧化有机质，然后在105～110℃烘箱中烘干，称重，即得烘干残渣质量。

六、土壤养分元素

土壤养分元素是指由土壤提供的植物生长所必需的营养元素，能被植物直接或者转化后吸收。土壤养分可大致分为大量元素、中量元素和微量元素，包括氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、硼(B)、钼(Mo)、锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)和氯(Cl)等13种。在自然土壤中，土壤养分主要来源于土壤矿物质和土壤有机质，其次是大气降水、坡渗水和地下水。在耕作土壤中，还来源于施肥和灌溉。

根据在土壤中存在的化学形态，土壤养分的形态分为：①水溶态养分，土壤溶液中溶解的离子和少量的低分子有机化合物；②代换态养分，水溶态养分的来源之一；③矿物态养分，大多数是难溶性养分，有少量是弱酸溶性的(对植物有效)；④有机态养分，矿质化过程的难易强度不同。

根据植物对营养元素吸收利用的难易程度，土壤养分又分为速效性养分和迟效性养分。一般来说，速效养分仅占很少部分，不足全量的1%。应该注意的是速效养分和迟效养分的划分是相对的，两者是处于动态平衡之中。

土壤养分的总储量中，有很小一部分能为当季作物根系迅速吸收同化的养分，称速效性养分；其余绝大部分必须经过生物的或化学的转化作用方能为植物所吸收的养分，称迟效性养分。一般而言，土壤有效养分含量约占土壤养分总储量的百分之几至千分之几或更少。故在农业生产中，作物经常出现因某些有效养分供应不足而发生缺素症的现象。

1.全氮测定法

(1)开氏定氮法。土壤、植株和其他有机体中全氮的测定通常都采用开氏消煮法，用硫酸钾-硫酸铜-硒粉做加速剂。此法虽然消煮时间长，但控制好加速剂的用量，不易导致氮素损失，消化程度容易掌握，测定结果稳定，准确度较高，适用于常规分析。

土壤中的含氮有机化合物在加速剂的参与下，经浓硫酸消煮分解，有机氮转化为铵态氮，碱化后把氨蒸馏出来，用硼酸吸收，标准酸滴定，求出全氮含量。硫酸钾起提高硫酸溶液沸点的作用，硫酸铜起催化剂作用，加速有机氮的转化，硒粉是一种高效催化剂，用量不宜过多，否则会引起氮素损失。

(2)半微量开氏法。样品在加速剂的参与下，用浓硫酸消煮时，各种含氮有机化合物，经过复杂的高温分解反应，转化为铵态氮。碱化后蒸馏出来的氨用硼酸吸收，以标准酸溶液滴定，求出土壤全氮含量(不包括全部硝态氮)。

包括硝态和亚硝态氮的全氮测定，在样品消煮前，需先用高锰酸钾将样品中的亚硝态氮氧化为硝态氮后，再用还原铁粉使全部硝态氮还原，转化为铵态氮。

2.全磷硫酸-高氯酸消煮测定法

在高温条件下，土壤中含磷矿物及有机磷化合物与高沸点的硫酸和强氧化剂高氯酸作用，使之完全分解，全部转化为正磷酸盐而进入溶液，然后用钼锑抗比色法测定。

3.全钾测定法

土壤中的有机物先用硝酸和高氯酸加热氧化，然后用氢氟酸分解硅酸盐等矿物，硅与氟形成四氟化硅逸去。继续加热至剩余的酸被赶尽，使矿质元素变成金属氧化物或盐类。用盐酸溶液溶解残渣，使钾转变为钾离子。经适当稀释后用火焰光度法或原子吸收分光光度法测定溶液中的钾离子浓度，再换算为土壤全钾含量。

4.碱解氮测定法

土壤水解性氮或称碱解氮包括无机态氮(铵态氮、硝态氮)及易水解的有机态氮(氨基酸、酰铵和易水解蛋白质)。用碱液处理土壤时，易水解的有机氮及铵态氮转化为氨，硝态氮则先经硫酸亚铁转化为铵。以硼酸吸收氨，再用标准酸滴定，计算水解性氮含量。

5.速效磷测定法

(1)碳酸氢钠法。石灰性土壤由于存在大量的游离碳酸钙，不能用酸溶液来提取速效磷，可用碳酸盐的碱溶液。由于碳酸根的同离子效应，碳酸盐的碱溶液降低了碳酸钙的溶解度，也就降低了溶液中钙的浓度，这样就有利于磷酸钙盐的提取。同时由于碳酸盐的碱溶液也降低了铝和铁离子的活性，有利于磷酸铝和磷酸铁的提取。此外，碳酸氢钠碱溶液中存在着OH^-，

，

等阴离子有利于吸附态磷的交换，因此，碳酸氢钠不仅适用于石灰性土壤，也适用于中性和酸性土壤中速效磷的提取。待测液用钼锑抗混合显色剂在常温下进行还原，使黄色的锑磷钼杂多酸还原成为磷钼蓝进行比色。

(2)钼锑抗比色法。酸性土壤中的磷主要是以Fe—P、Al—P的形态存在，利用氟离子在酸性溶液中有配合Fe^3＋，Al^3＋的能力，可使这类土壤中比较活性的磷酸铁铝盐被陆续活化释放，同时由于H^＋的作用，也能溶解出部分活性较大的Ca—P，然后用钼锑抗比色法进行测定。

6.速效钾测定法

用1mol/L NH₄OAc浸提土壤，可将胶体表面吸附的钾离子全部浸提出来，而与黏土矿物晶格固定的钾截然分开。

7.有机质重铬酸钾容量测定法

在加热的条件下，用过量的重铬酸钾-硫酸(K₂Cr₂O₇-H₂SO₄)溶液，来氧化土壤有机质中的碳，

等被还原成Cr^＋3，剩余的重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)用硫酸亚铁(FeSO₄)标准溶液滴定，根据消耗的重铬酸钾量计算出有机碳量，再乘以常数1.724，即为土壤有机质量。

七、土壤重金属

土壤的重金属主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显着的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物子实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤的污染。一些矿山在开采中尚未建立石排场和尾矿库，废石和尾矿随意堆放，致使尾矿中富含难降解的重金属进入土壤，加之矿石加工后余下的金属废渣随雨水进入地下水系统，造成严重的土壤重金属污染。

1.原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法的测量对象是呈原子状态的金属元素和部分非金属元素，是由待测元素灯发出的特征谱线通过供试品经原子化产生的原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收，通过测定辐射光强度减弱的程度，求出供试品中待测元素的含量。原子吸收一般遵循分光光度法的吸收定律，通常借比较对照品溶液和供试品溶液的吸光度，求得供试品中待测元素的含量。所用仪器为原子吸收分光光度计，它由光源、原子化器、单色器、背景校正系统、自动进样系统和检测系统等组成。

2.X射线荧光光谱(XRF)法

XRF法是介于原子发射光谱(AES)和原子吸收光谱(AAS)之间的光谱分析技术。它的基本原理是基态原子(一般蒸气状态)吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。该方法可定量分析测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度。原子荧光的波长在紫外、可见光区。气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，经10～8 s，又跃迁至基态或低能态，同时发射出荧光。若原子荧光的波长与吸收波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。共振荧光强度大，分析中应用最多。在一定条件下，共振荧光强度与样品中某元素浓度成正比。该法的优点是灵敏度高，谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3～5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳。主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用。

3.电感耦合等离子光谱(ICP)法

高频振荡器发生的高频电流，经过耦合系统连接在位于等离子体发生管上端，铜制内部用水冷却的管状线圈上。石英制成的等离子体发生管内有3个同轴氢气流经通道。冷却气(Ar)通过外部及中间的通道，环绕等离子体起稳定等离子体炬及冷却石英管壁，防止管壁受热熔化的作用。工作气体(Ar)则由中部的石英管道引入，开始工作时启动高压放电装置让工作气体发生电离，被电离的气体经过环绕石英管顶部的高频感应圈时，线圈产生的巨大热能和交变磁场，使电离气体的电子、离子和处于基态的氖原子发生反复猛烈的碰撞，各种粒子的高速运动，导致气体完全电离形成一个类似线圈状的等离子体炬区面，此处温度高达6000～10 000℃。样品经处理制成溶液后，由超雾化装置变成全溶胶由底部导入管内，经轴心的石英管从喷嘴喷入等离子体炬内。样品气溶胶进入等离子体焰时，绝大部分立即分解成激发态的原子、离子状态。当这些激发态的粒子回收到稳定的基态时要放出一定的能量(表现为一定波长的光谱)，测定每种元素特有的谱线和强度，和标准溶液相比，就可以知道样品中所含元素的种类和含量。

发射光谱分析方法只要将待测原子处于激发状态，便可同时发射出各自特征谱线同时进行测定。ICP-AES仪器，不论是多道直读还是单道扫描仪器，均可以在同一试样溶液中同时测定大量元素(30～50个，甚至更多)。已有文献报道的分析元素可达78个，即除He，Ne，Ar，Kr，Xe惰性气体外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法测定的报告。

⑧ 土壤环境监测的分析方法

分析方法
第一方法：标准方法(即仲裁方法)，按土壤环境质量标准中选配的分析方法。
第二方法：由权威部门规定或推荐的方法。
第三方法：根据各地实情，自选等效方法，但应作标准样品验证或比对实验，其检出限、准确度、精密度不低于相应的通用方法要求水平或待测物准确定量的要求。
分析报告
报告名称，实验室名称，报告编号，报告每页和总页数标识，采样地点名称，采样时间、分析时间，检测方法，监测依据，评价标准，监测数据，单项评价，总体结论，监测仪器编号，检出限（未检出时需列出），采样点示意图，采样（委托）者，分析者，报告编制、复核、审核和签发者及时间等内容。
土壤环境质量评价报告
土壤环境质量评价涉及评价因子、评价标准和评价模式。评价因子数量与项目类型取决于监测的目的和现实的经济和技术条件。评价标准常采用国家土壤环境质量标准、区域土壤背景值或部门（专业）土壤质量标准。评价模式常用污染指数法或者与其有关的评价方法。