第五節 土壤圈：土壤地理實驗

一、土壤分析樣品的制備

（一）目的意義

從野外采集來的土壤分析樣品都需要及時經過一個嚴格的制備過程——風干、挑揀、過篩和裝瓶，方能進行室內實驗。因為每個分析項目都要求一定的粒級標準，否則，分析結果難以比較、檢驗和應用，所以這是一項極其重要的基礎準備工作。

（二）土樣的風干過程

從野外采來的土樣，應盡快風干，以免發霉變質，影響測定結果。風干應在干凈、陰涼和通風的房間中進行。把土樣平攤在塑料膜（或牛皮紙）上，將土塊弄碎。風干土樣上要放好原土樣采集標簽，以免張冠李戴。風干過程中要揀出動植物殘體和非土壤形成物質，同時要繼續翻動土塊，一般需2～3d即可風干。

（三）土樣的制備方法和步驟

1．取風干樣：取風干土樣200～300g，放在平板上，用陶制搟土棍反復搟碎、研磨。

2．過篩：

（1）通過18號篩（1mm）：將搟碎土樣過篩，對于不能過篩的土樣繼續研磨后，再過篩，這樣反復進行，直到全部過篩為止。將過篩的土樣混勻，裝入廣口瓶，貼上標簽。標簽上注明土壤名稱、采樣地點、時間、層次等內容，存放備用。

（2）通過100號篩（0.149mm）：取部分通過18號篩的土樣，研磨，使其全部通過100號篩，做法同上。將過篩的土樣混勻，裝入廣口瓶，貼上標簽。標簽上注明土壤名稱、采樣地點、時間、層次等內容，存放備用。

（四）用具和儀器

研缽、銅篩、天平、廣口瓶、牛皮紙等。

二、土壤水分的測定

（一）目的意義

土壤水分是土壤的重要的組成部分和肥力因素。不同氣候、生物條件下，其水分狀況、類型與動態都有很大差異。因此，研究土壤水分狀況，對摸清土壤的形成、分類、分布、肥力狀況及田間土壤水分調節等方面有十分重要的理論和實踐意義。本實驗僅測最大吸濕水。

（二）測定方法與步驟

最大吸濕水的測定：在分析天平上稱出干燥潔凈的鋁盒重量（W），然后放入約5g過100號篩的風干土，蓋上盒蓋，準確稱重（W1）；再將蓋打開放入烘箱，控制在105℃左右，連續烘干6～8h后取出，馬上放入干燥器中冷卻到室溫（約半小時），然后取出立即稱重（W2）。再放入烘箱，烘干3～5h，同樣冷卻后再稱重，檢驗是否恒重。實際上只要兩次稱重差不超過3mg即可進行計算。

（三）結果計算

土壤最大濕水含量=（W1-W2）/（W2-W）×100%

式中：W ——鋁盒重量；

W1——鋁盒+風干土重；

W2——鋁盒+烘干土重。

（四）設備和儀器

環刀、烘箱、分析天平、鋁盒、干燥器、鐵夾子、剖面刀等。

三、土壤機械組成的測定

（一）目的意義

土壤礦物質各粒級的相對含量和比例稱為土壤的機械組成。機械組成決定著土壤質地的粗細，所以它直接影響土壤的理化性質與肥力狀況。同時，土壤機械組成又是土壤分類的依據。因此，在研究土壤形成、分類、分布及肥力狀況時，必須測定土壤的機械組成。本實驗采用甲種比重計法。

（二）測定原理

土壤機械分析，就是把土粒按其粒度大小分成若干級，并定出各級的量，從而得出土壤的機械組成。比重計法的原理：比重計所排開的懸液體積等于其重量時，它懸浮在一定位置上，而在比重計上有相應的數字。為了避免復雜的計算，鮑尤考斯設計了一種甲種比重計，它可以從浮標尺上直接讀出懸液的土粒濃度（g/L）。

溫度影響懸液的比重和比重計的體積，也影響土粒的比重和水的黏度。一般比重計的刻度是以20℃為標準的，低于或高于這一溫度，都需要進行讀數校正。所以每測一次比重后，必須測一次溫度。

（三）測定方法和步驟

1．稱土：取過1mm篩孔的風干土樣50g（精確到0.01g），置于500mL三角瓶中，加蒸餾水或軟水浸濕土樣。

2．測吸濕水含量：可用上次計算結果。

3．樣品分散和煮沸：選用0.5mol/L氫氧化鈉40mL作為分散劑。

土樣中加入分散劑后進行物理處理。本實驗采用煮沸法。將分散劑加入盛有50g土樣的250mL三角瓶中，加蒸餾水，使三角瓶中的液體體積達250mL，用橡皮塞塞好，放入振蕩器，振蕩15min。

4．將三角瓶中的懸液用蒸餾水洗入1000mL沉降筒內。注意要將三角瓶內的所有土粒洗入沉降筒，并且每次沖洗水量不要太多，以防總水量超過1000mL，直到洗凈三角瓶中的土樣為止。

5．加蒸餾水定容，制成1000mL懸液。

6．測定懸液比。先用溫度計測定懸液溫度，再用攪拌棒攪拌懸液1min（上下各30次），如有氣泡，滴加兩滴異戊醇消泡，然后開始記錄時間。按表1-10中所列溫度、時間和粒徑的關系，測定時要提前10～15s將比重計輕輕放入懸液，以使比重計在到選定時間前就能穩定下來，到選定時間立即進行比重計讀數。校正后讀數的即代表直徑小于所選粒徑的顆粒含量。

7．按以上步驟，分別測出＜0.05mm、＜0.02mm、＜0.01mm、＜0.005mm、＜0.002mm、＜0.001mm等各級土粒的比重計讀數。其中測量粒徑＜0.02mm的顆粒含量用時為＜0.01mm的1/4,＜0.002mm的用時為24h。

8．每次測定都要記錄比重計讀數及溫度。

（四）實驗結果

1．將風干土換算成烘干土重，烘干土重=風干土重/（吸濕水+100）×100%，吸濕水含量用以前所測數據。

2．校正比重計讀數，包括分散劑校正值和溫度校正值（表1-12）。

3．小于某粒徑土粒含量=校正后讀數/烘干土樣重×100%。

將相鄰兩粒徑的土粒累積百分比含量相減，即得到相鄰兩粒徑范圍內的粒級百分比含量。

4．根據各粒級的重量百分比，在土壤質地分類表中查出所測土樣的機械組成（包括國際制、美國制、蘇聯制、中國制，可參考表1-11，表1-13，圖1-26）。

（五）儀器和試劑

1．沉降筒（1000mL）、攪拌棒、比重計、三角瓶（500mL）、溫度計等。

2.0.5mol/L NaOH溶液：稱取20g NaOH，加蒸餾水定容到1000mL。

四、土壤肥力測試

（一）目的要求

利用T FC-303PC型農業環境監測儀對土壤中的氮、磷、鉀、有機質、酸堿度、含鹽量、含水量以及溫度，共八項指標進行測試，了解并掌握土壤肥力的要素組成，并對各要素在不同類型土壤中的含量有定性認識。

（二）實習用具

T FC-303PC型農業環境監測儀。

（三）實習內容

1．土壤樣品的采集和制備

土壤樣品的采集是決定分析結果能否正確反映土壤特性的重要環節，因此必須選擇在有代表性的地點采集恰當的土壤樣品。對于一塊土地采樣點的設置主要根據土地的面積而定，在面積較小的地塊通常采用5點以上采樣，對于面積較大的地塊可采20個點。取樣點的分布采用蛇形或對角線，取樣后將多點土樣混合在一起，最后保留250g左右作為化驗用的土樣。

2．土壤氮、磷、鉀待測液的制備

測試前先將儀器預熱（紅光預熱10min，藍光預熱10min）。取4平勺土樣（約4g）放入塑料瓶中，加入20mL超純水。氮、鉀測試液需加1g 1號粉，在搖床上搖10min；磷測試液需加1g 2號粉，在搖床上搖20min；如果土樣為酸性，改2號粉為3號試劑（約10滴）。將混合液體過濾，得到過濾待測液。

3．銨態氮的測定

（1）用移液槍取0.2mL氮標準溶液，并用超純水稀釋10倍，此時濃度為20mg/kg（20ppm）。

（2）取四份土樣氮待測液各2mL。

（3）向上述5份液體中分別加入0.2mL氮1號試劑，搖勻；再加入0.2mL氮2號試劑搖勻。放置5min后，上機測試。

（4）1號比色皿中加入2/3體積超純水，擦拭干凈后插入1號槽，2～6號比色皿中分別移入上述待測液。

（5）按儀器屏顯步驟測定，將2號比色皿標準溶液濃度設定為20。

4．速效磷測定

（1）用移液槍取0.2mL磷標準溶液，并用超純水稀釋10倍，此時濃度為20mg/kg（20ppm）。

（2）取四份土樣磷待測液各0.4mL，并加入1.6mL超純水。

（3）向上述5份液體中分別加入0.2mL磷1號試劑，搖勻；再加入0.1mL磷2號試劑搖勻。放置5min后，上機測試。

（4）1號比色皿中加入2/3體積超純水，擦拭干凈后插入1號槽，2～6號比色皿中分別移入上述待測液。

（5）按儀器屏顯步驟測定，將2號比色皿標準溶液的濃度設定為20。

5．速效鉀測定

（1）用移液槍取0.2mL鉀標準溶液，并用超純水稀釋10倍，此時濃度為100mg/kg（100ppm）。

（2）取四份土樣鉀待測液各2mL。

（3）向上述5份液體中分別加入0.2mL鉀1號試劑，搖勻；再加入0.2mL鉀2號試劑搖勻。放置5min后，上機測試。

（4）1號比色皿中加入2/3體積超純水，擦拭干凈后插入1號槽，2～6號比色皿中分別移入上述待測液。

（5）按儀器屏顯步驟測定，將2號比色皿標準溶液濃度設定為100。

6．有機質的測定

（1）試劑的配置。

0.5% 碳標準溶液：取1.376g葡萄糖（化學純）于100mL容量瓶中，加水溶解，再加入1mL濃硫酸（分析純），加水定容，搖勻，次標準溶液含碳量為5mg/mL。

（2）取烘干土樣1g（精確至0.01g），放入50mL離心管中，加入3mL超純水，搖散，加入10mL重鉻酸鉀溶液，再加入10mL濃硫酸，并不斷搖動，放置20min后加10mL水搖勻。在離心機上離心，取上清液10mL于50mL容量瓶中，加水定容后搖勻，此液為待測液。

（3）取標準液2mL于50mL離心管中，加1mL超純水，再加入10mL重鉻酸鉀溶液，最后加入10mL濃硫酸，并不斷搖動，放置20min后加10mL水搖勻。取10mL該溶液于50mL容量瓶中，加水定容后搖勻，此液為標準液（含碳量為10mg）。

（4）取超純水3mL于50mL離心管中，加入10mL重鉻酸鉀溶液，再加入10mL濃硫酸，并不斷搖動，放置20min后加10mL水搖勻。取10mL該溶液于50mL容量瓶中，加水定容后搖勻，此液為空白液。

（5）將上述空白液、標準液和待測液，移入比色皿中，按儀器屏顯步驟進行測定（在儀器上置標準溶液濃度為20）。

（6）結果計算。

土壤有機質（%）=（儀器測得被測液值/2）×0.23。

7．土壤鹽分總量測定

（1）稱取烘干后土樣10g于100mL燒杯中，準確加入50mL超純水，超聲震蕩3min，過濾，得到清液，所得清液為待測液。

（2）標準溶液配制。

標準溶液分三類，對應三種土壤：硫酸鹽土、氯化物土和重碳酸鹽土。配制比例見表1-14。

（3）將上述空白液、標準液和待測液，移入比色皿中，按儀器屏顯步驟進行測定。

8．土壤pH值測定

（1）標準液的配制。酸性標準溶液的配制：用超純水將pH4.01試劑溶解，并定容至250mL，即為pH4.01標準緩沖液。堿性標準溶液的配制：用超純水將pH9.18試劑溶解，并定容至250mL，即為pH9.18標準緩沖液。

（2）土壤pH值待測液的制備。稱取烘干土樣10g于50mL離心管中，加入25mL超純水，用玻璃棒攪拌2min，離心3min，取上層清液進行測定。

（3）將上述空白液、標準液和待測液移入比色皿中，按儀器屏顯步驟進行測定。

9．土壤水分、溫度的測量

將水分探頭連接在主機上，長按右側水分鍵盤上的“開關”鍵3s左右開機。把探頭插在要測的土壤里，再按鍵盤上的“顯示”鍵，即可讀取土壤的體積含水量數值。

測土壤溫度時，把溫度探頭與主機連接好，把探頭插在要測的土壤里，即可讀出土壤的溫度數值。

五、土壤容重、比重的測定和孔隙度的計算

（一）實驗目的

土壤礦物質有機質的組成和土粒排列松緊的不同，引起土壤容量、比重以及孔隙度的差異，從而又影響土壤水分、空氣的運行和存在狀態。因此，土壤容重、比重和孔隙度能為研究土壤形成、性狀及肥力提供必要的依據。

（二）測定原理

土壤容重用環刀法測定，將已知重量的土樣放入有水的比重瓶內，排除空氣，定容，求出由土壤代換出水的體積。以烘干土重除以體積，即求得土壤比重。

（三）土壤容量測定

1．土壤容重的測定

（1）用物理天平稱取環刀重量。

（2）測量環刀容積（游標卡尺）。

（3）環刀取土：先用剖面刀修平一個土壤平面，將環刀托套在無刃口一端，用力均衡地把環刀壓入土地中，直至土面將觸及環刀托頂部（可從環刀托蓋上的小孔觀察），用鐵鏟把環刀周圍土壤挖出，切斷環刀下方，并使其下方留有一些多余的土壤。慢慢取出環刀，刃口朝上，用土刀削去附在環刀壁上的土壤，然后在刃口一端從邊緣向中心削平土壤，使之與刃口齊平，再同樣削平環刀另一端。

（4）稱取環刀加濕土重。

（5）放入烘箱烘干6～8h，稱重。

2．土壤比重的測定

（1）稱重：稱通過1mm篩孔的風干土5g，稱比重瓶加半瓶蒸餾水重。

（2）裝入50mL比重瓶：倒掉水，把土樣裝入比重瓶。

（3）加蒸餾水至比重瓶容積一半處，并搖動比重瓶。

（4）加熱：將比重瓶放在電熱板上，加熱煮沸15min，驅逐土壤中空氣，使土樣和水充分混合。

（5）冷卻：從電熱板上取下比重瓶并冷卻，再加入預先煮沸過的蒸餾水，至略低于瓶頸為止，靜置澄清。

（6）定容：冷卻澄清后，繼續加蒸餾水至瓶頸，塞好瓶塞，使多余的水從頸孔溢出，用濾紙擦干水。

（7）稱重。

（四）結果計算

（1）土壤容重。

（2）土壤比重。

（3）土壤孔隙度。

（五）儀器及試劑

比重瓶（50mL）、天平、電熱板、烘箱、燒杯、環刀、環刀托、剖面刀、鐵鏟、鋁盒、蒸餾水（煮沸過）、游標卡尺。