土壤监测的质量控制技术

土壤监测质量控制主讲人：黄标([e-mail])中国科学院南京土壤研究所时间：2015年4月目录六土壤元素分析五土壤水分、容重、颗粒组成四土壤阳离子交换量三土壤有机质和全氮二土壤pH值一土壤样品的采集与处理一、土壤样品的采集与处理1.1土壤样品的采集1.2土壤样品的处理混合土壤的采集剖面样的采集土壤物理性质原状样品的采集微量元素及其它样品的采集1.1.1概述土壤样品的采集是土壤分析最重要的步骤之一，是关系到分析结果和由此得出的结论是否正确的一个先决条件。1.1土壤样品的采集1.1.1概述土壤是一个及其复杂的不均一群体，它具有自然变异（母质、发育等）以及外来因素引起的变异（耕作制度、施肥等），故采样稍有不慎，极容易导致无意义的分析结果，有可能出现采样误差大于分析误差。土壤采样必须具有一定的代表性，要根据分析目的的不同而采用不同的采样方法和处理方法1.1土壤样品的采集1.1.2混合土壤的采集采集点的分布要尽量均匀和随机布点，通常采用蛇形（又作S形）较好，直线形与梅花形布点容易产生系统误差。（耕作、施肥等农业技术措施一般都是顺着一定的方向进行的，如果采样与农业技术操作的方向一致，则采样点落在同一条件下的可能性较大，容易使混合土样的代表性降低。）1.1土壤样品的采集1.1.2混合土壤的采集采集点的取土深度及重量要根据作物类型与生长情况来定，一般采10-50cm，如果根系分布较深，可适量增加采样深度（果树或苗圃可以采到0-60cm）。通常取土1Kg左右，采样要用专用工具，采好样品要进行详细记录（标签、地点、日期、深度、土壤名称、姓名、周围环境等）。1.1土壤样品的采集1.1.3剖面样的采集土壤剖面的土坑大体是宽1米长1.5-2米，深约1-2米（根据研究目的或视是否到母质层或地下水层而定）。以长方形较窄的向阳一面作为观察面，根据土壤剖面的颜色、结构、质地、松紧度、湿度、植物根系分布等，自上而下划分土层，进行仔细观察，描述记载。观察记载后，就自下而上的逐层采集土样（这主要是避免采集上层土样时对下层土层造成污染）。采样要求和混合土样一样。1.1土壤样品的采集剖面示意图1.1.4土壤物理性质原状样品的采集测定土壤水分、容重、孔隙度和持水量等物理性质的土壤，可直接用环刀在各层土壤中取样，在采集过程中必须保持土块不受挤压，不使样品变形，并剥去土块外面直接与土铲接触而变形的部分，保留原状土样，放置于容器中保存，回到室内处理。1.1土壤样品的采集取样工具1.1.6其它样品的采集测量微量元素的样品，主要避免在采样过程中不必要的污染，通常用塑料袋代替布袋、纸袋，不用含有分析元素的金属采样工具。测量亚铁、亚锰、氧化还原电位的样品，如果在田间测定，只要多选几个点，如果要带回实验室测定，必须密封状态带回来。1.1土壤样品的采集1.1.7采集土壤样品的几点注意：一种土壤只能代表一种土壤情况，不同条件下土壤应予以分别采样。土壤是立体面而不是平面，不仅要考虑到平面的变异，也要考虑垂直的变异。采样数量视土壤变异程度及测定项目而定。土壤化学性质的变化不仅发生于水平及垂直方向，同时还有季节性的变异。1.1土壤样品的采集1.1.7采集土壤样品的几点注意：采样时，要观察和记录周围环境情况、以及先、后作物生长情况（农田、耕地、荒地、森林）采样不能靠近农舍、公路、铁路及可能造成土壤特性错乱的场地。现在许多地方采用免耕法种植作物，在研究养分状况时，只需随机采表层0-20厘米。1.1土壤样品的采集一、土壤样品的采集与处理1.1土壤样品的采集1.2土壤样品的处理1.2.1样品风干1.2.2土样的研磨及过筛1.2.3土壤样品的贮存1.2.1样品风干采回来的样品，首先要剔去土壤以外的侵入物，如植物残根、昆虫尸体和砖石块；还有新生体，如铁锰结核、半风化体、石灰结核等（这些量如果大，要称重、记录，保存以备专门分析用），然后及时进行风干，以抑制土壤微生物活动和防止发生化学变化。1.2土壤样品的处理1.2.1样品风干具体方法：将土壤样品弄成碎块，平铺在干净的纸上（严禁用旧报纸衬垫），摊成薄层，放于室内阴凉通风处晾干，经常加以翻动，加速干燥。当土样半干时将大土块锤碎（尤其是水稻土）。切忌阳光直接暴晒，风干场所要防止酸、碱等气体及灰尘污染。测微量元素的土样最好放在塑料板上。1.2土壤样品的处理1.2.1样品风干注意事项：在样品风干前，把一些测定速效养分（如铵态氮、硝态氮）、亚铁、亚锰、氧化还原电位及水分等分析项目及时处理分析，以免在风干过程中发生变化1.2土壤样品的处理1.2.2土样的研磨及过筛分析土壤物理样品的研磨与过筛样品量大，采用“四分法”去除部分土样，直到所需样品量为止。去除大的石块和有机物，然后将需要的土样称重并全部通过2mm筛（10目），把大于2mm以上粒级的砾量称重，计算出2mm粒级的砾含量百分数。将通过2mm土样混匀、称重，储存于广口瓶中备用。1.2土壤样品的处理1.2.2土样的研磨及过筛分析土壤化学样品的研磨与过筛（1）将样品混匀，用“四分法”弃去多余的土样，然后仔细地挑去石块、植物残体（如根、茎、叶等）、新生体和侵入体，然后研磨，全部通过2mm筛（10目）。混匀后，装瓶备用。这种土壤样品可供测定速效养分之用（如速效钾、有效磷、pH、可溶盐、有效态微量元素等。该步研磨需要注意：（1）磨土作用是使土壤团粒结构分散成单粒，而不是破坏单个的矿物晶粒。因此，在研压土样时，只能用木棍或塑料棍，而不能用金属锤敲打。（2）磨得过细，容易破坏土壤矿物晶体，使分析结果偏高。（3）测量微量元素的样品用玛瑙研钵研磨，塑料网筛过筛。一般常规项目的测定可用瓷研钵研磨。（4）在研磨过程中，可以用有机玻璃棒与丝绸布摩擦产生静电把细小的植株残体吸除，要反复进行。1.2土壤样品的处理1.2.2土样的研磨及过筛1.2.2.2分析土壤化学样品的研磨与过筛（2）将通过10目的土样用“四分法”的方法取出约50g土样，进行研磨，并全部通过0.25mm筛（60目），混匀后，装瓶备用。这部分土样可以用来进行土壤水解性氮、CEC、交换性盐基、交换性氢、铝的测定该步研磨需要注意：（1）过筛时：不能把留在筛子上的土样倒掉，必须全部通过0.25mm筛（60目）。（2）取10目土样时：不可以随便挖取部分10目土样来研磨，否则不同粒径的土样自然分配不均匀，将降低取出土样的代表性。1.2土壤样品的处理1.2.2土样的研磨及过筛1.2.2.2分析土壤化学样品的研磨与过筛（3）取通过60目的土样用“四分法”的方法分出约20g左右，全部通过0.149mm筛（100目），混匀后，装瓶备用。这部分样品可以用作土壤矿质全量分析、土壤全氮、全磷、全钾、有机质、重金属元素分析。1.2土壤样品的处理1.2.2土样的研磨及过筛1.2.2.2分析土壤化学样品的研磨与过筛（4）对于有些对样品有特殊要求的仪器，要根据仪器条件来决定样品的研磨程度。1.2土壤样品的处理1.2.2土样的研磨及过筛注意事项挑去（吸除）不属于土壤的部分强调要全部通过，不允许将难以磨细而属于土壤的土粒部分弃去绝对不允许用一套筛子从10目到100目，用一次性通过土样的办法来作为不同孔径的土壤样品每天研磨的工具与周围环境要保持干净整洁1.2土壤样品的处理土样过筛磨土工具1.2.3土壤样品的贮存将过筛后的土样充分混匀后，装入干净的广口瓶或干净的塑料瓶中，内外各有一张标签，写上编号、采样地点、土壤名称、采样深度、筛孔数目、采样日期以及采集者姓名，所有样品都要专册登记。贮存的土样应避免日光、高温、潮湿及有害气体的污染。一般土样保存一年左右，对于重要的要长期研究、观察的土样，可以长期保存。1.2土壤样品的处理1.2.3土壤样品的贮存土壤标准物质的保存：标准物质的保存很重要，千万不要随意放在有有害气体（如NH3、酸等）的地方，称完标样后要及时把瓶盖盖紧，不要暴露在空气中，应该保存在干燥、通风的地方，有条件的最好保存在恒温恒湿的北面房间内。1.2土壤样品的处理目录六土壤元素分析五土壤水分、容重、颗粒组成四土壤阳离子交换量三土壤有机质和全氮二土壤pH值一土壤样品的采集与处理二、土壤pH的测定pH是土壤重要的基本性质，也是影响肥力的因素之一，它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性。在一系列的理化分析中，土壤pH与很多项目的分析方法和分析结果有密切的联系，也是审查其它项目结果的一个依据。2.1概述二、土壤pH的测定根据“中国土壤”一书将土壤的酸碱度分为5级：即强酸性pH5.0，酸性pH5.0-6.5，中性pH6.5-7.5，碱性pH7.5-8.5，强碱性pH8.5。了解我国各大类土壤的pH情况，对我们分析人员审查结果有好处，例如：红壤、砖红壤pH在4.5-6，石灰性土壤pH7.5-8.5，潮土pH在8左右，紫色土pH在7.5-8，棕色土pH在6左右等。2.1概述二、土壤pH的测定测定pH的方法最常用的是电位法和比色法。（1）电位法：用于室内测定，精度较高，误差在0.02左右。（2）比色法，用于野外速测，有时在室内做定性检查用。有两种：混合指示剂比色法，pH误差在0.5左右；永久色阶比色法，pH误差在0.2左右。2.1概述pH测定示意图（电位法）3.样品测定（1）称样1.制备待测液（2）加无CO2蒸馏水（3）搅拌（4）静置2.pH计校准测土样pH测土样pH二、土壤pH的测定2.2注意事项pH标准缓冲液要以无二氧化碳水配制。实验所涉及的物品都要预先恒温，最好是20℃-25℃。样品数量太多时，应该分批测定（一次如果太多，在后面测定的样品平衡的时间会加长，从而增加误差），每测定5-6个样品，要用标准缓冲液校正仪器一次。二、土壤pH的测定2.2注意事项水土比一般为1：2.5，如果更换，应该在结果特别注明。样品测定时，电极的玻璃球在溶液中要尽量处于同一高度，这样可以减少实验中的误差。样品的研磨程度会影响pH值，过细的样品pH会增高。二、土壤pH的测定2.2注意事项室内测定土壤样品时，土壤经过风化处理，其中含有的二氧化碳大部分挥发损失，所得的结果就和田间情况不同，因此，用风干土测得的pH值仅为相对值。盐提pH的测定：盐溶液（酸性土壤为1mol/L氯化钾），其它操作步骤与水浸提液相同目录六土壤植物或元素分析五土壤水分、容重、颗粒组成四土壤阳离子交换量三土壤有机质和全氮二土壤pH值一土壤样品的采集与处理3.1概述三、土壤有机质的测定土壤有机质包括各种动植物残体以及微生物及其生命活动的各种有机产物。土壤有机质不仅能为作物提供所需的各种营养元素，同时还能使土壤疏松和形成结构，从而改善土壤的物理性状。在土壤分析测试中有机质的测定是重要的基础分析项目之一。3.1概述三、土壤有机质的测定测定土壤有机质的方法比较多，有干烧法、容量法等。干烧法：用于仪器分析，干净，但是成本高，而且含有碳酸盐的样品不能测（结果偏高）。3.1概述三、土壤有机质的测定容量法：硫酸-重铬酸钾氧化，用电热板、消解炉、油浴的方式消化。用油浴法加热，温度均匀，时间容易控制，但比较脏。电热板与消煮炉相对干净，但是温度不均匀，不能大量操作。该法缺点是凡是可被重铬酸钾氧化的物质，如亚铁、亚锰和Cl-都有干扰。3.2外加热法测定有机质三、土壤有机质的测定3.2.1原理重铬酸钾氧化—外加热法是利用油浴加热消煮的方法来加速有机质的氧化，使土壤有机质中的碳氧化为二氧化碳，而重铬酸离子被还原成三价铬离子，剩余的重铬酸钾用二价铁的标准溶液滴定，根据有机碳被氧化前后重铬酸离子数量的变化，就可算出有机质的含量。本法采用氧化校正系数1.1来计算有机质含量。有机质测定示意图（外加热-重铬酸钾容量法）2.滴定1.制备待测液（1）称样（2）加重铬酸钾（3）加硫酸（4）消化（5）转移3.计算样品应该先测定全氮，然后根据全氮的结果来确定有机质的称样量，这样可以减少有些有机质含量高的样品的测定次数。（减少返工率）如样品中氯化物的含量高，可加入少量的硫酸银除去影响。