（环境科学专业论文）城市土壤理化性质快速检测方法研究.pdf

a b s t r a c t c i t i e sa r ei m p o 咖th 1 h n a na 吐i v i t ys i t e s ，诵mt h ef h s ts o c i o - c c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h eu r b a l l i z a t i o np r o c e s sc o i n i n u e st oa c c e l e r a t e ，| 1 砌趿a c t i v i t yi si n c r e a s i n gt h e e c o l o g i c a ld a m a g et ot 量l ee n v i r 0 衄e t ，t l l es o 丑o fl a n d s c a p i n gp l 锄t s s u r v i 、嘲h 鹤 l l i 迟e r g o n eg c c 8 tc h a n g e s ，t h e 趣i 士l l r a ls o i lh 站c h a n g e di n t oam l 主哪l e 啊b a ns o n ，p q l l u t i o n s e r i o u s ，i a c ko f n u t r i e n t s ，p e r f 0 彻a l l c ed e c l i n e 1 1 1 i sh 嬲r e s l l l t e di ng o o dg 删e np l a n t sc 趾 n o tg r o w 、l 姐d s 曲p i n ge c o l o 西c a l 、l 她d s c a p ea n do t h c rf u n c t i o n sc a nn o tb ef m l yr e a l i z e d t h e r e f o r e ，i ti sc r i t i c a lt os t u d ya n de ) 【p l o r ef 印i dt e s t 协gm e m o d so fl l f b a i ls o i lp h y s i c a l a n dc h e m i cn a t 啪七，a c c o r d i n gt ot h ed l a r a c t e r i s t i c so fm b a ns o i lt ot a k es p e c m cm e a s u r e s t op r o m o t et l l en o 衄a l 铲o w t l lo fg a r d e np l a n t st om e e tt h ep e o p l ei i v i n gc o n s n 删o ni 1 1 u r b a n 舭dl 蛆d s c a p i l 培n e e d so f t h ec i t yl 蛐d s c 印i l 唱 w 矗t e r 、f e e d 、g a sa n dh e a ti sf o u rs o i lf b r t i h t yf h c t o r s ，t h ep a p e rs e l e c t s1 l 】南a ns o i l o x y g e n 锄dc a r b o nd i 耐d ec o n t e n t ，w a t e rc o n t e n t ，o r g a i l i cm a t t i 葛q u i c ki m p a c t p h o 印h o r o l l s ，a v a 主l a _ b l en i 仃o g e ni n d i c a t o r sf o rr e s e 舡c h ，也ee s t a _ b l i s i l m e mo ri m p r o v e m e n t o fe x i s t i n gt e s t i n gm e t h o d sa n de x p l o r et om e e ts i t e ，l a b o r a t o r yr a p i da n ds i m p l et e s t m e t h o d s ，a 1 1 a l ”i so fe r r o rc a i l s e sa 士l di n f e c t i o nf 犯o r so fr a p i da n ds i m p l et e s t i | l gm e 也o d s t oi d e 瓶母也ec a l i k 出o nf a 吐o l e x p e r i m e n t a lr e s u h ss h o w e d ： i n d u s t 叮o x y g c nc a nm e a s u r es o i lo x y g e nc o n t e n tp e r c e n tm e e tt h es i t em e 船l l r e m e l l t ， r e a d yt om e 鹊u r ea i r8 sg 器c a l i h 钲i o ns t 蛆d 越s i n d l j s t r yo x ) 售e nd 鼬e 毗e ds o i lg a sc o m e m p e r c e n tc o n s i s t e m 诮t ht l l eb 船i cd a t ap r o v i d e db ym el i t e 阳t u r e a p p l y i n ga c t i v a t e da 】u m i n 舡t h 瑚。王1 0 n gl b e 盯a d s o r p t i d ne 0 2la _ w ，d e v e i o pl o w c o n c a 血丑t i o no f0 0 2d e t c c t i o np i p em e a s u r i n gs o i lc a r b o nd i o x i d ec o n t c n t ，t 1 1 es c o p ef o r m e s u r e m e n ti so 1 一5 5 ，s e n s i t i v 蛔i so 。1 ，t h ec o r r e l a t i o nc o e m c i e n tb e 咐e e nt h e c h a i l g el e n 垂ho f c o i o rd e t e c i o np i p e 姐dc 0 2c o n c e n t r a t i o n si sr j 0 9 9 4 u s ea l c o h o li n c i i l e r a t i o nm e 勰u r i n gs o i lw a t e rc o m e n ta n dd r y i n gl a wr e l a t i v e i yl o w m a r 西nn o te x c e e d i n gl ，u s i n gn l ef _ t e s tl a wj u d g e ，幽ea v e r a g ed i 丘打e n c ei nt w ow a y si s n o “nt h ec o 曲d e n c el e v e lo f9 5 ，i tc o u l dn o te x p l a i nt h es i 鲥f i c a n td i f f b r 吼c e sb e t 、w e n 恤t w o 邓p m a c b e s t 矗k eas t a l l d a r ds o l u t i o n 觞t h er c s e a r c ho b j e c t ，u s i n gs p 啪o p ：h o t o m e 廿ym e s u r i n g o 唱趾i cc o m e n t a r e r1 i n 韶rr e g 他s s i o l l ，t h ec o n l a 矗o nc o e 蚯c i e mi sr = 0 9 9 9 5 5 6 ，e q u a t i o n i sy = o 0 0 2 4 1 8 + o 2 2 4 1 7 x ，s ot h i sl a wi sw o r k a b l e s p e c t r o p h o t o m 唧m e a s 嘶gs o i l m a t t e rc o m c n tmt h e 觞s u 啪c eo f a c c u r 8 c yl l i g h e r 也a np o t a s s i u md i c h r o m a t c w ec 锄u s ep o t a s s i u mp e m l a l l g 强a i et or 印l a c en o n _ p h o s p h o ra 砸v a t e dc h a r c o a ji n t h ep r o c e s so f ( c k - i m p a c tp h o s p h o m st e s t so fs o i l ，d e t r c a 土e d 诹t h s u l p h u d ca c i d m o l y b d e n u m 础m o n ys u p p l ys o l i dv cm e t h o d st oi m p r o v ea c i dm o l y b d e l l u m a n t i m o n y i nc o l o rm i x e dw i lt l ec l l 】删a g e n t s t h ed m a b i l i 竹p e d o dt o os h o n t h el r o o dl i i l e a rr e l a t i o n s l l i pb e t v 陀e i lt l l ec o m e n to fs o i la v a i l a b l ei l i t r o g e na n d t e l 】峰e m t u r e ，a b o v e2 0d e 口e e s ，t h ed i 疗e r c n c eo fd i 丑洒e n tk n do fs o i ls a m p l e si na v a i l 曲l e i l i 们g e nc o n t e n ti so b v i o u s k e yw o r d s ：u r b a ns o i l ；s o i lp h y s l c o c h 啪i s t r yp r o p e m e s ；f 豁t ；m e 踮u 血gm e t h o d s i l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师 范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：! 毫客毛 日期：上区盈： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：、j 匿扭 指导教师签名： 日 期：也近v 日 期： 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编z z 6 z 曲 第一章、引言 1 1 城市土壤理化性质特点 1 。1 1 城市土壤概念 城市土壤并不是一个分类学上的术语，它是出现在城市和城郊地区，受多种方式 人为活动的强烈影响，原有继承特性得到强烈改变的土壤的总称【“。这些被人为活动 改变的土壤广泛分布在公园、道路、体育场、城市河道、城郊、垃圾填埋场、废弃工 厂、矿山周围或者简单的成为建筑、街道、铁路等城市和工业设施的基础而处于埋藏 状态。陈清硕等【2 】对城市土壤的定义是：在城市经济半径内，由于土壤产品专业化、 商品化带来的集约利用，使土体性质发生了显著改变的土壤。 长期以来，土壤研究主要集中在农地和林地土壤上，以确保满足世界不断增长的 人口对食物和纤维的需要，无暇顾及城市土壤。由于城市化进程的不断加快，城市生 态环境质量日益受到广泛关注 3 l 。城市土壤是城市生态系统的重要组成成分，是城市 园林植物生长的介质和养分的供应者，是城市污染物的汇和源：它关系到城市生态环 境质量和人类健康1 4 “。从整体上看，我国的城市土壤研究还处于起步阶段同，已有的 研究大多集中于城市土壤污染方面，缺少城市土壤基础数据信息的观测和积累，加强 城市土壤理化性质分析方法研究具有极其重要的现实意义，它可为城市环境监测、城 市土地资源的合理利用以及城市规划的制订等提供科学指导作用，同时城市土壤的研 究也必然会推动我国土壤科学的发展。 l 。1 。2 城市土壤的特点 城市土壤具有以下特征：较大的时间和空间变异性；混乱的士壤剖面结构与发育 形态；丰富的人为附加物；变性的士壤物理结构；受干扰的土壤养分循环与土壤生物 活动；高度的污染特型7 埘，具体如下几个方面【9 】： 1 ) 土壤层次紊乱：频繁的建筑活动和其他施工活动，使大部分城市土壤的原土层 被强烈搅动。土壤被挖出后，上层的熟化土壤和下层的生土或僵士( 母质或地质沉积 物) 无规律地混合，同时各种建筑垃圾和生活垃圾也常混入其中，然后就地回填或运 往他处堆积。这样就完全打乱了土壤的自然层次。 2 ) 土壤成分复杂、侵入体多：无论是房屋、道路或地下设施完工后余下的空地， 还是新建、改建的大型公共绿地，原来的土壤都被翻动，土体中填充进建筑渣料和垃 圾，或是混入生土、僵土，使土壤成分异常复杂。砖瓦、石砾、煤灰渣、玻璃、塑料、 石灰、水泥、沥青混凝土等各种侵入体一般都很多。且在土体中的分布无规律。 3 ) 土壤物理性质不良：由于底土混入、机械压实和行人践踏等原因，城市搅动土 大都结构性很差，表层容熏偏高，渗水、透气和扎根性能都不好。另外，不透气的铺 装( 水泥、沥青路面或地面) 也极大地阻碍了土壤的通透性，这对树木影响尤甚。有 时，过多的侵入体既影响绿地植物根系生长，也影晌土壤保水性能，旱季易发生干燥 失水。夏季，铺装地面和裸露地面( 行人践踏造成) 温度太高，也是限制绿地植物根 系生长的重要原因。在北方，高大建筑物遮荫的土壤春季化冻延迟，也会影响绿地植 被返青。 4 1 土壤有机质和养分缺乏：土壤有机质主要来源于生物( 植物) 残体或有机肥料， 所以，正常的自然土壤或农田土壤中表层有机质含量是相对最为丰富的。由于强烈的 人为搅动。富含有机质的表土在城市绿地土壤中大都不复存在。取而代之的往往是混 杂的底土或母质( 生土) ，其中的有机质和养分( 尤其是速效养分) 含量一般都很低。例 如哈尔滨市的黑土，在正常的农田条件下其表层有机质含量可高达5 一8 ，碱解 氮、速效磷、速效钾含量分别可达到1 0 0 一5 0 0 u g 、1 0 一3 0 u g 幢、1 5 0 - o o o u g ：而 市区的大多数人为搅动土有机质含量却在o 5 2 之间，碱解氮、速效磷、速效钾 含量范围分别为1 0 一1 0 0 u g ，g 、2 1 0 u g 幢、3 0 l o o u g ，显著低于正常农田土壤【”( 崔 晓阳1 9 9 4 ) 。另外，城市绿地土壤上的残落物，大部分被随时清除，很少回归到土 壤中，土壤和植物间的养分循环被切断。这样年复一年就更加使绿地土壤的有机质和 养分趋于枯竭。土壤有机质含量过低，不但产生养分方面的问题( 如养分贫乏、供肥 和保肥性下降) ，而且土壤的物理性质也会变劣，土壤抗干扰的能力亦会下降。 5 1 土壤污染因素增多：复杂而强烈的人为活动极大地增加了城市土壤受污染的机 会，如汽车尾气和工业飘尘对表层土壤的污染、污水对土壤的污染、酸雨污染( 尤其 南方) 、化冰盐污染( 北方) 、油类污染( 停车场) 、生活垃圾和建筑垃圾污染等。值得一 提的是，在受建筑垃圾污染的土壤中，由于含有较多的石灰类物质，所以土壤的p h 值普遍偏高。 6 1 土壤扎根条件受限：侵入体过多的土壤会显著影响草本植物扎根，对草坪和花 卉极为不利。土壤硬度过大或容重过高，会限制各种绿地植物扎根。各种地下构筑物， 如热力、煤气、排污管道等，是绿地树木扎根的障碍因素，对树木生长有一定影响： 当下部有特殊异质土层( 如渣砾层、机械压实层等) 或基岩( 山地城市) 时，也会妨碍树 木扎根：另外，一些低地城市或沿海城市( 如上海市) ，地下水位过高，使土壤剖面中 下层处于浸渍状态，也影响树木扎根。 1 1 3 城市化对城市土壤理化性质的影响 城市化会极大改变土壤的固、液、气三相组成、孔隙分布和热量状况，造成土壤 结构和剖面层次混乱，土壤中可能出现特异的颜色和土壤肥力下降等。此外，频繁的 人为践踏和交通运输使得城市土壤一般较为紧实，孔隙度小，通透性变差，原来水气 状况良好的团粒状结构被破坏，代之以理化性能差的片状或块状结构【l 卜砼】。土壤压实 和板结是城市土壤的物理特性之一，土壤被踩踏紧密后，造成土壤内孔隙度降低，土 壤通气不良，抑制植物根系的伸长生长，使根系上移，一般土壤中空气含量要占土壤 总容积1 0 以上才能让植物根系生长良好，可是被踩踏紧密的土壤中，空气含量仅 占土壤总容积的2 i7 1 。人行道土壤和邻近未压实的土壤的容重分别为1 4 1 和1 3 0 ， 但水分渗透速度分别为o ，8 和3 5 删：i l m i n 1 3 】。城市土壤中，有机质、氮、磷、钾元素 呈现无规律的分布，不同地区的研究结果也不同嘲。据测定，城区多数土壤有机质含 量在1 以下。有机质是土壤氮素的主要来源，有机质的减少又直接导致氮素的减少， 多数土壤的碱解氮在3 0 p p m 以下，速效磷不足1 5 p p m ，与城郊土壤相比，氮磷含量 减少到1 2 1 3 ，属于缺素土壤【1 4 1 。 1 2 城市土壤理化指标的检测方法 1 2 。l 城市土壤理化性质的指标筛选 针对城市园林绿化树，街路行道树的养护管理，研究城市土壤特性及其筛选理化 指标，要从城市土壤特性指标、植物生长对土壤品质的要求，以及城市土壤与其相关 生态系统上综合考虑。 目前从土壤性质指标检测来看，主要重视的是土壤肥力指标及相关的物理指标； 从城市土壤特点上需要土壤污染指标。而从本工作的前期调研结果，认为筛选土壤理 化指标不仅包括前面两方面；还应该包括土壤气相组成指标和反映土壤氧化还原特性 的物理、化学指标。因此，归纳城市绿化树养护要求土壤性质指标主要有： 土壤物理指标：机械组成，容重，含水量，孔隙度，氧化还原电位等。 土壤化学指标：有机质含量，p h 值，有效n 、p 、k 及微量元素，铁、锰的各种 价态，重金属等。 土壤气相组成指标：0 2 ，c 0 2 ，h 2 s ，c 地等 本项研究的指标是从以上指标中筛选出来的主要为：土壤气相组成0 2 和c 0 2 的 含量、含水量、有机质、速效n 、p 。 了解土壤空气组成的改变，有助于认识土壤理化、生物过程，如土壤的通气性、 养分的释放速度、植物根系及微生物生命活动的过程、土壤中氧化还原状况以及空气 供应能力等方面的问题。由于根系和土壤生物的呼吸作用及有机质分解，土壤空气中 的c 0 2 浓度会大大高于大气( 有时c 0 2 可达l 以上) ，而0 2 浓度则大大低于大气( 有 时0 2 浓度低于1 0 ) ，土壤空气是四大肥力因素之一。 从土壤本身来说，矿物质的风化、有机质的分解和转化( 腐殖化) 、土壤微生物的 活动等都离不开水分、可以说土壤水几乎参与了土壤中所有物理的、化学的和生物的 物质和能量转化过程。因此，土壤水是土壤的血液，它就像动物的血液一样直接或间 接地参与整体的“代谢活动”。测定土壤含水量，了解土壤水分状况，以便适时灌排， 利于植物的正常生长。 土壤有机质既是植物矿物质营养和有机营养的源泉( 本身含有氮、磷、钾、钙、 镁、有机碳、硫和其他微量元素。以及各种简单的有机化合物) ，又是土壤中异养型 微生物的能源物质，同时也是形成土壤结构的重要因素。因此，土壤有机质直接影响 着土壤的耐肥性，保墒性，缓冲性，耕性，通气状况和土壤温度，另夕 它也是土壤微 生物必不可少的碳源和能源。所以有机质含量是土壤肥力高低的重要指标之一。 碱解氮是介于全氮和速效氮之间的一个指标，一般用以代表植物在近期内( 如一 个或几个生长季) 可利用的氮素养分的多少，其季节波动性小。由于既反映了氮的有 效性又具有一定的稳定性和预后性，所以碱解氮是衡量土壤氮素养分供应状况的一个 较好指标。 速效磷或称有效磷，是指土壤中能( 或易) 被植物吸收利用的磷。土壤的速效磷含 量可用以表示近期内( 一个生长季) 植物可利用磷的多少。 1 2 2 土壤理化性质检涓方法 1 2 2 1 氧气和二氧化碳的涓定方法 氧气和二氧化碳的定量，以往所使用的主要仪器是痕柏尔气体分析仪或奥萨特和 费托分析仪，是用化学吸收剂将各种成分吸收，读取吸收过程中的容积变化值。近年 来发明了质量分析仪、极谱式氧气分析仪和利用红外线吸收的二氧化碳分析仪，还有 利用热传导的导热析气计和气相色谱仪等来分析氧和二氧化碳【”】。二氧化碳测定现用 的方法有红外吸收光度法、气相色谱法、氢氧化钡吸收容量法。气相色谱法和容量法 不能在现场直接得到测量结果；红外线吸收光度法能在现场直读结果，但仪器价格高， 不利于普及推广。周仲柏【l6 】研究了二氧化碳和氧气的快速电化学方法联合测定；廖昀 懋【l 刀对汉普仪法进行了改进；宋吉利等”8 j 用连二亚硫酸钠作吸收液改进了工业用氧 的测定方法；吴洪明等1 1 9 】采用气相色谱分析方法对烟道气0 2 、c 0 及c 0 2 含量进行 分析。 1 2 ，2 2 壤水分的测定方法 土壤水分大致可分为化学结合水、吸湿水和自由水三类。自由水是可供作物利用 的；吸湿水是土粒表面分子力吸附的单分子水层，只有在转变为气态时才能摆脱土粒 表面分子力的吸附；而化学结合水却要在6 0 0 7 0 0 下能脱离土粒。土壤含水量 主要是指吸湿水和自由水的含量。 测定土壤含水量的方法有烘干法、中子仪法、y 射线透射法、电磁波法、电阻法、 电容法、光电法等1 2 0 j 。烘干法是目前国际上测定土壤水分的标准法，因为它比较准确， 且易于大批测定，故为常用方法。 王贵彦等【2 l 】对n ) r 法、中子法、重量法测定土壤含水量进行比较；李玉琪【2 2 1 对 负压计测定土壤水分进行应用分析i 吴文义等【2 3 】对瓶筒法快速测定土壤含水量进行了 研究：陈本华1 2 4 】对水分张力计法和土壤水分中予原位测量法进行了比较。 1 2 2 3 有机质的测定方法 土壤有机质的测定方法主要有三种：干烧法、化学氧化法、灼烧法。干烧法将【2 5 】 样品在无c 0 2 的氧气流或惰性气体流中燃烧后释放出的c 0 2 到达检测点，此时再通 过各种检测手段测量所形成的c 0 2 含量。干烧法能使土壤有机质全部分解，不受还 原物质的影响，可获得比较准确的结果。但该法操作复杂、费时，需要较高的分析技 术和特殊的仪器设备，分析运行成本高，因而不适于在小型实验室内进行。灼烧法【2 6 】 是在1 0 5 下除去吸湿水的土样称后置于3 5 0 1 0 0 0 灼烧一段时间，再称重，两次 称重之差即是士样中有机碳的重量。灼烧法的测定过程只是一种简单的物理升温、恒 温和称重过程，不产生任何化学和放射性污染，操作简便，缺点是粘土矿物结构水的 失重及碳酸盐的分解失重使得该法的测值偏高。化学氧化法【2 7 】是在酸性介质中用重铬 酸钾或过硫酸钾作氧化剂测定氧化土壤有机质中的碳时所消耗的氧化剂的量。目前测 定土壤有机质的常规方法是丘林法【2 引。黄彩海【2 9 1 采用高压蒸气消解法测定土壤和底 质中的有机质；丁亚平等【3 0 1 用示波电位滴定法测定土壤有机质含量；蔡耕鸣等【3 l 】用 恒沸水浴水合热法测定土壤有机质；赵梦霞等【3 2 】采用甘油浴法测定土壤有机质的含 量。 1 2 2 4 速效磷、水解氮的测定方法 速效磷测定方法【3 3 】有生物法、化学速测法、同位素法、阴离子交换树脂法等。常 用的方法有盐酸氟化铵氯化亚锡还原钼蓝比色法、氧化钠草酸钠法、碳酸氢钠法 ( o l s e n 法) 2 羽。由于o l s e n 法既适合于石灰性土壤，也适合于中、酸性土壤，因此 它是应用最广泛的土壤速效磷测定方法 3 4 】。于安芬【”】研究了船n 0 4 脱色法在土壤有 效磷测定中的应用；李增文等p 6 】通过改变氟化铵盐酸浓度测定土壤有效磷；于群英等 【3 刀用m e l l l i c h 3 通用浸提剂法测定土壤有效磷；田斟3 8 】采用氧化铁试纸法测定土壤中 有效磷。 水解性氮亦称土壤有效性氮，它包括无机的矿物态氮和部分有机物质中易分解 的、比较简单的有机态氮，它是铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质氮 的总和。其测定方法有碱解蒸馏法【 羽、碱解扩散吸收法1 3 卯和酸解法1 4 0 】。张英利等【4 1 】 研究了不同还原剂对土壤碱解氮测定结果的影响；于安芬【4 2 】等对石灰性土壤水解氮3 种测定方法进行比较：荆国芳等【4 习探讨了土壤碱解氮测定中固定态铵的释放：刘书平 探讨了土壤碱解氮测定的影响因素；陶家声等1 4 5 】用z n f e s 0 4 7 h 2 0 还原测定土壤 碱解氮。对土壤有效氮的测定，碱解扩散法因其设备简单、操作方便、与作物吸氮量 相关性较好而应用较多【2 ”。 1 3 国内外研究概况 我国在3 0 年代初建立现代土壤学的时候，主要的工作是土壤调查和肥料试验。 根据这两方面的需要，开始进行土壤的物理化学分析。在土壤学研究中引用化学的原 理和方法是现代土壤学得以建立和发展的一个重要因素。特别是分析化学的应用，使 对土壤性质的认识有了重大的进展。土壤分析化学作为一种技术是土壤学特别是土壤 化学、土壤发生学和土壤肥力学等研究中不可缺少的手段。 回顾过去，土壤分析最大的变化在于物理化学方法和物理方法逐步代替了化学方 法，仪器分析逐步取代了重量分析、容量分析和目测的比色分析，操作和计算的步骤 日趋自动化。新技术的广泛应用使分析速度加快。原子吸收光谱仪逐渐成为常规的工 具；红外和紫外分析也渐普遍；气相色谱、极谱和同位素技术的应用效果也较好；等 离子体光谱仪开始被应用。这些仪器的应用，使测定的速度猛增，检出的能力也大大 提高。中子活化分析和无损分析也逐渐应用到土壤的分析中。此外，微孔滤膜或超微 孔滤膜以及螯合树脂等的应用，也使分离的技术有所进步。 近年来国内外测试土壤理化性质的仪器层出不穷：t f w i i 型数字直读式多功能 土壤分析仪能精确测试土壤中氮、磷、钾、有机质的含量，还可以对土壤的酸碱度、 盐分和不同深度的地层温度进行测量。在光电比色分析中除设置了透光度、浓度外， 又增添了硝态氮( n 1 ) 、铵态氮( n 2 ) 、速效磷( p ) 及速效钾( k ) 每亩公斤( 公斤 庙) 的直接读数；r l 3 c 智能汉显打印型土壤分析测试仪能测试氮、磷、钾、有机 质、腐殖酸、酸碱度、含盐量：中国农机研究院耕作机械研究所研制的智能型多功能 微电脑土壤分析仪功能强大，集土壤前处理、测试为一体，可快速测定土壤、肥料氮、 磷、钾、微量元素、p h 、盐分等成分。不过，新技术的应用尽管解决了分析速度的 问题，但对样品前处理要求高，使前处理过慢，此外价格过高，不利于普遍推广使用。 国内从研究城市环境土壤特性以及从保护城市绿化树，判断土壤因素与树木生长 的关系与影响方面尚未明确提出土壤特性的指标体系，以及配套的检测方法。大多国 内学者曾对我国城市环境土壤特性归纳出一般性质指标。其中较多为土壤物理性质指 标，如压实度、容重、孔隙度、温度含水量；化学性质指标如速效n 、p 、k 及部分 微量元素、有机质含量等；对土壤机械组成含量研究不多，也未曾重点考虑土壤气相 组成，尤其是对城市土壤特定环境下土壤中c 0 2 、0 2 的含量变化与土壤理化性质， 树木根系活动之间关系，因此也未对c 0 2 、0 2 等气相组成的监测方法进行较有特点 的介绍。 1 4 实验研究内容、目的及意义 为了调查城市园林绿化树长势衰弱的现状，分析城市土壤特性与长势衰弱之间 直接影响关系，以及采用工程措施改善土壤理化性质来解决绿化树长势衰弱问题，十 分必要从以上认识角度建立城市土壤特性理化指标体系；并建立该指标体系应用于现 场简便、快速的检测方法。 诚然，城市土壤性质指标体系没有脱离现有的一般土壤性质指标体系，即为其 中的一部分。这需要在研究本问题的特殊性时进行指标体系的筛选。另一方面从筛选 出来的这些指标体系来看，大部分均有国标方法或推荐使用方法，但从以上结论和解 决问题角度，尤其是在流动性调查和工程作业中需要有一套便携式方便操作，便于普 及推广应用，又能基本满足解决问题需要的简便方法，目前大多数指标还没有现成可 用的方法和技术，需要本项研究工作改进解决。 本项研究工作的目标为，从筛选取出的土壤理化指标中。本着先易后难，急用优 先，分步建立，逐步完善的原则，建立一套简便快速土壤检测方法，主要表现在：此 方法不用大型昂贵难以携带的仪器设备；适用于现场检测或实验室内快速检测；仪器 设备配套化，方便推广使用；部分技术方法商品化取得直接经济效益。 6 2 1 实验材料 2 1 1 化学试剂 第二章、实验材料与方法 分子式名称级别 生产厂家 n h d c l氯化铵 a r 北蔚鸶币牖细化攀翻郭盼司 n h 3 氨水 a r 北京比工厂 n a o h 氢氧化钠 a r 北京化驯旷 c 2 8 h 3 0 0 4 麝香草酚酞 指示剂天津嗣尉曩f 捎端旷 a 1 2 0 3氧化铝 层析用呼珏四化辫裥j 厂 k 2 c r 2 0 7 重铬酸钾 a r 北京化副旷 h 2 s 0 4 浓硫酸 a r 北京化驯v _ h 泄s 0 波。鼬o 硫酸亚铁铵 a r 北京化到旷 c 1 2 h 8 n h 2 0 邻啡眵啉 a r 天港焉辩韵鲥岸儡郁艮公司 c 8 h 5 k 0 4邻苯二甲酸氨钾 a r 沈阳市试剂厂 n a h c 0 1 碳酸氢钠 a r 北荣比工厂 c 活性炭 a r 天津嗣爵甄蛸茸葡旷 k h 2 p 0 4磷酸二氢钾 a r 北京岍 k s b o c 4 k 0 6酒石酸锑钾 a r 毡酝砖 妪r c 6 h 8 0 6 抗坏血酸 a r 天南祀幻射蛸e 试* 山一 k m o d 高锰酸钾 a r 沈阳市商盯 k c l 氯化钾 a r 北京化工厂 n a n 0 3 硝酸钠a r 沈阳市试镕卜厂 n a b ( c 6 h 5 ) 4 四苯硼钠 a 。r 。天津嗣刮副垲赣旷 c 3 h 8 0 3 甘油 a r 为药糯彭每公司 h c h 0 甲醛 a r 沈阳帝谢汁厂 c 2 0 h 1 4 0 4 酚酞 a r 沈阳桶帮f l e 厂 c a c 0 3碳酸钙 a r 吉林管绷耕啪【蛘蒲 公司 h c l 浓盐酸 a r 北京化工厂 h 3 8 0 4硼酸 a r 北右刑芏【，u 一 f e s 0 4 。7 h 2 0 硫酸亚铁 a r 杉嘲槲! 卜厂 c l 品科，跏n 龟珏 乙二胺四乙酸二 c p 北京化工八厂 钠盐 h ) m o ，0 ”4 碣o钼酸铵 a r 沈阳市试剂一厂 2 1 2 实验仪器 仪器名称生产厂家 2 ) 【z 型旋片式真空泵上海申光仪器仪表有限公司 1 o c 5 0 0 总有机炭分析仪日本岛津公司 u u l 9 0 g 型分光光度计日本岛滓公司 t g 3 2 8 b 分析天平上海天平仪器厂 d h g 9 0 7 6 型电热鼓风干燥箱上海精宏实验设备有限公司 s a 2 1 0 0 e l 型电热蒸馏水器 北京市医疗设备总厂 t h z _ 8 2 型恒温振荡器江苏太仓医疗器械厂 n o v a - 6 0 默克多参数水质分祈仪德国默克公司 多功能反应炉 德国默克公司 2 1 3 样品采集及预处理 2 1 3 。1 气体样品的采集处理 我们受国外土壤气体采样仪器的启发，将丢弃式采样头换成伸缩式采样头，经过 多次实践和反复修改，研制成现在的土壤气体采样装置如图2 1 所示。 选取直径为1 哪的不锈钢中空管，依据采样要求焊接成1 2 5 c m 的t 字形连通管， t 字形作为手柄，钻入土壤端1 c m 部分打磨成尖形，便于插入土壤，钻头剖面图如图 2 - 2 所示。管内为直径l m m 内衬管，内衬管一端稍长于t 字形手柄并与大气连通， 另一端与不锈钢管齐平。 采样时根据不同要求将采样管插入土中不同深度，此时钻头处于缩短状态，将手 柄轻轻上提，钻头处于伸长状态，土壤气体通过零件2 两侧凹槽进入内衬管( 只与内 衬管相通) ，用注射器与手柄端内衬管连接，采集所需气样体积( 内衬管总体积小于 2 m l ，可以忽略其中空气对测定结果的影响；也可抽掉系统管道中的空气，平衡2 分 钟后，再采集样品) 。 气体样品的采样点分别为长春市自由大路南侧一段人行道两个树池，该行道树树 种为五年生小青杨；东北师范大学环科楼前树下，该树种为垂榆；东北师范大学校门 口林地。采样深度为4 0 c m ，气体用5 0 l l 的注射器采集。 圈2 - l 土壤气体采样臂 矾g u r e 2 - 1s 童m p i i n gp i p eo f s o i i 朗s 8 圈2 - 2 钻头削面圈 h g l i r e 2 - 2a i g l l 珊es t i 衄p h 舱 2 1 3 2 土样的采集处理 土壤含水量测定土样取自东北师范大学校园四个不同地点的鲜土，分别为：行知 路、学思路人行道树池，地理楼后树林和化学系侧面树林。土壤有机质、速效氮、速 效磷供试土样采自东北师范大学校园人行道树池、长春市伊通河河岸树池、吉林农业 大学实验田。为了检验改进方法对不同类型土壤的适用性，本实验采用了性质差异较 大的这三种土壤。 在距地表3 0 厘米左右取土样，将土样中植物残根、昆虫尸体、砖头剔除，碾碎 平铺在干净的纸上，摊成薄层放于阴凉通风处风干，经常加以翻动，加速干燥。风干 土样研磨全部过6 0 目筛，备用“。 2 2 实验方法 2 2 1 土壤气体组成中氧气浓度浏定方法 工业用氧中氧气含量的测定是国家标准g b 厂r 3 8 6 3 1 9 9 5 铜铵溶液吸收法又叫汉 普仪法，一般测定范围为9 5 1 0 0 。土壤气体氧气含量的测定借鉴汉普仪法，对其 进行改进。 2 2 1 1 方法和原理 用铜氨溶液吸收法【4 7 1 进行测定。其反应方程式为： 4 n h 4 c l + 4 n h 3 - h 2 0 + 0 2 = 4 c u ( n h 3 ) 4 c 1 2 + 6 h 2 0 取一定量样品气体和吸收液接触，在吸收瓶中氧气经反应后被吸收，根据样品气 体体积的减少测定氧含量。 2 2 1 2 仪器和材料 1 1 仪器【1 7 ，1 8 剐如图2 3 所示，主要有以下几个部分构成：量气管、三通活塞、吸收 瓶、液封瓶、水准瓶、连接管、毛细管。 2 ) 试剂的配制：饱和氯化铵氨水混合溶液，将1 2 0 9 氯化铵溶解于2 0 0 m l 的蒸馏 加2 0 0 m l 氨水，混合均匀。 3 1 铜丝圈：用直径为1 m m 的纯铜丝，绕于直径5 n l l n 的棒上，取下剪成1 0 m m 长 的小段。 图2 - 3 土壤中氯气含量潮定装置 f i g u 朋2 3 恤ed e v i 曲o f d e t e r m i i n gs o i i 仍吨c o n 蛔t 2 2 1 3 溯定步骤 1 ) 往水准瓶里注入混合液，转动三通活塞，使量气管与吸收瓶相通，用水准瓶的 升降使量气管、毛细管、吸收瓶及所有通道充满混合液，共需要混合液2 5 0 m l 。 2 ) 转动三通活塞，使量气管与大气相通，用水准瓶调节液面至活塞支管最高点， 关闭三通活塞。 3 ) 将注射器的胶皮管一端接于三通活塞支管上，迅速打开三通活塞使气样进入量 气管，关闭活塞举起水准瓶。使其中的液面与量气管面对齐，这时读液面相应的刻度， 记作v l 。 4 ) 转动三通活塞，使量气管与吸收瓶相通，慢慢举起水准瓶，使得气样全部进入 吸收瓶，关闭三通活塞。 5 ) 小心而充分的振动仪器，经3 m i n 后，打开三通活塞，将气体缓慢返回量气管， 当吸收液刚进入量气管时，关闭活塞举起水准瓶，使其中的液面与量气管液面对齐， 这时读液面相应的刻度，记作v 2 。 2 2 1 4 结果处理 氧气的体积百分含量= 1 0 0 1 - v 2 ) ，l ，同一样品两次平行测定结果之差不应超 过o 0 5 ，其算术平均值作为分析结果。 2 2 2 土壤气体组成中二氧化碳浓度涓定方法 检气管h 9 4 0 1 是以试剂浸泡过的载体颗粒制成的指示剂，装在透明的管中，被测气 体以定速度通过此管，被测物质与试剂发生颜色反应，根据颜色深浅或变色柱的长 短与先做成的标准比色板或浓度标尺比较，可以在现场即时作业，定性定量测定。 二氧化碳检气管5 卜5 4 堤以活性氧化铝为载体吸附百里香酚酞碱液呈蓝色，遇二 氧化碳褪色，根据变色柱的长度定量。 1 0 2 2 2 1 二氧化碳检气管的制各 1 ) 活性氧化铝的制备：取1 0 0 9 过1 2 0 一1 6 0 目筛的活性氧化铝，经1 6 0 一1 2 0 ， 烘干4 小时，干燥器中放置至室温。 2 ) 1 百里香酚酞碱性溶液：取0 5 9 百里香酚酞溶解于5 0 l l0 4 m o i ，i ，n a o h 溶 液中( 0 8 9 n a o h 溶于5 0 m l 水中) 。 3 ) 取5 0 札百里香酚酞碱液徐徐注入8 0 9 活性氧化铝中，此时氧化铝的颜色为深 蓝黑色。搅拌使颜色均匀，在7 0 下真空泵抽至干燥。 4 ) 装检气管：取长1 0 c m ，内径为3 5 唧的塑料管，一端塞入少许染成蓝色的脱 脂棉，装入干燥好的氧化铝，颠实；另一端也加入少许脱脂棉( 不染色) ，用酒精灯密 封管两端，见图2 4 。 圈2 _ 4 二氯化碳检测管 f i g u 代2 - 4c 0 2d e t e c d o np i p e 5 ) 检气管的校准与标定阳：以一定浓度的c 0 2 气体( 启普发生器法自制，大约 浓度4 。6 ) ，用干洁空气稀释成系列浓度( 扣除干洁空气中c 。2 本底浓度含量 o 0 3 ) ，分别用1 d c 中的i c 装置定量系列浓度的无机炭含量换算成c 0 2 含量( ) ， 以此系列浓度对检测管变色长度定标，以浓度( ) 与变色长度回归标准曲线方程和 制作标准曲线方程。 检测管塞蓝色棉花一端为进气端，为区分色界故染成蓝色，棉花要塞实平齐，作 为测量长度的起点，便于观测；装氧化铝后要反复颠实方可封融另一端，氧化铝的紧 实度对色界影响很大。 2 2 2 2 = 氯化碳检气管的使用方法 1 ) 在测定地点将检气管的两端沿脱脂棉的外侧剪开，蓝色一端剪成4 5 。角，便 于和注射器连接。 2 ) 将充满5 0 毫升被测气体注射器与检气管的蓝色一端连接，以 1 0 毫升分的速 度缓慢注入被检气样4 0 毫升( 进样时间不得少于4 分钟) ，注射的速度以缓慢为宜， 否则将影响进气效果和色界清晰度。 3 ) 用刻度尺量取变色长度，即：从变色界线到变色起点的长度，对照校准曲线查 出二氧化碳浓度。 2 2 3 土壤水分涓定方法改迸酒糟燃烧法1 2 8 ，4 6 l 2 2 3 1 方法原理 酒精在样品中燃烧，使水分迅速蒸发干燥。酒精燃烧时，火焰距土面2 3 c m ， 样品温度约7 0 8 0 ，当火焰将熄灭前几秒钟，火焰下降，土温迅速上升到1 8 0 2 0 0 ，然后很快下降至8 5 9 0 ，缓慢冷却。由于高温阶段的时间短，所以样品中的 有机质及盐类损失甚微。 2 2 3 2 操作步骤 1 ) 称取样品3 5 克( 精确到o 0 1 ) ，放入已知重量的铝盒中。 2 ) 向铝盒滴加酒精，直到土面全部浸没。 3 ) 将铝盒在平面上敲击几次，使样品均匀布于铝盒中，易被酒精浸透。 4 ) 点燃酒精，经数分钟后熄灭，待样品冷却后再滴加1 5 2 毫升酒精，进行第二 次燃烧。样品经过3 4 次燃烧后即可达恒重。然后称重，精确到o 0 1 克。 2 1 2 3 3 结果计算 w 2 1 0 0 ( g l - 9 2 ) ( 9 1 - g o ) w 一含水量( ) g o 铝盒质量( g ) g i 铝盒+ 湿土样质量( g ) 9 2 铝盒+ 烘干样品质量( g ) 2 2 4 士壤有机质的涓定方法 2 2 4 1 方法原理 在加热条件下，用一定量的标准重铬酸钾一硫酸溶液氧化土壤有机碳，溶液颜色 由橘红色( 重铬酸钾) 向绿色( 硫酸铬) 渐变，服从比耳定律，利用分光光度法进行 测定【5 8 1 。 2 2 4 2 操作步骤 1 ) 准确称取过6 0 目筛风干样品0 2 克左右( 精确到o 0 0 0 l g ) ，视有机质含量取 样，放入烘干的反应管中，加入o 8 0 0 0 m o l l ( 1 6 ) 重铬酸钾标准溶液3 毫升，再加 入浓硫酸3 毫升，小心摇匀，拧紧瓶塞。 2 ) 预先将多功能反应炉1 5 1 l 温度恒定到1 2 0 ，插入反应管，加热2 小时，取出 冷却。 3 ) 冷却后样品倒入l c m 的比色杯中，在5 9 3 r u n 下用u v 1 9 0 g 型分光光度测定吸光 值。 4 ) 标准曲线的绘制，称取经过