第五节 土壤圈：土壤地理实验

一、土壤分析样品的制备

（一）目的意义

从野外采集来的土壤分析样品都需要及时经过一个严格的制备过程——风干、挑拣、过筛和装瓶，方能进行室内实验。因为每个分析项目都要求一定的粒级标准，否则，分析结果难以比较、检验和应用，所以这是一项极其重要的基础准备工作。

（二）土样的风干过程

从野外采来的土样，应尽快风干，以免发霉变质，影响测定结果。风干应在干净、阴凉和通风的房间中进行。把土样平摊在塑料膜（或牛皮纸）上，将土块弄碎。风干土样上要放好原土样采集标签，以免张冠李戴。风干过程中要拣出动植物残体和非土壤形成物质，同时要继续翻动土块，一般需2～3d即可风干。

（三）土样的制备方法和步骤

1．取风干样：取风干土样200～300g，放在平板上，用陶制擀土棍反复擀碎、研磨。

2．过筛：

（1）通过18号筛（1mm）：将擀碎土样过筛，对于不能过筛的土样继续研磨后，再过筛，这样反复进行，直到全部过筛为止。将过筛的土样混匀，装入广口瓶，贴上标签。标签上注明土壤名称、采样地点、时间、层次等内容，存放备用。

（2）通过100号筛（0.149mm）：取部分通过18号筛的土样，研磨，使其全部通过100号筛，做法同上。将过筛的土样混匀，装入广口瓶，贴上标签。标签上注明土壤名称、采样地点、时间、层次等内容，存放备用。

（四）用具和仪器

研钵、铜筛、天平、广口瓶、牛皮纸等。

二、土壤水分的测定

（一）目的意义

土壤水分是土壤的重要的组成部分和肥力因素。不同气候、生物条件下，其水分状况、类型与动态都有很大差异。因此，研究土壤水分状况，对摸清土壤的形成、分类、分布、肥力状况及田间土壤水分调节等方面有十分重要的理论和实践意义。本实验仅测最大吸湿水。

（二）测定方法与步骤

最大吸湿水的测定：在分析天平上称出干燥洁净的铝盒重量（W），然后放入约5g过100号筛的风干土，盖上盒盖，准确称重（W1）；再将盖打开放入烘箱，控制在105℃左右，连续烘干6～8h后取出，马上放入干燥器中冷却到室温（约半小时），然后取出立即称重（W2）。再放入烘箱，烘干3～5h，同样冷却后再称重，检验是否恒重。实际上只要两次称重差不超过3mg即可进行计算。

（三）结果计算

土壤最大湿水含量=（W1-W2）/（W2-W）×100%

式中：W ——铝盒重量；

W1——铝盒+风干土重；

W2——铝盒+烘干土重。

（四）设备和仪器

环刀、烘箱、分析天平、铝盒、干燥器、铁夹子、剖面刀等。

三、土壤机械组成的测定

（一）目的意义

土壤矿物质各粒级的相对含量和比例称为土壤的机械组成。机械组成决定着土壤质地的粗细，所以它直接影响土壤的理化性质与肥力状况。同时，土壤机械组成又是土壤分类的依据。因此，在研究土壤形成、分类、分布及肥力状况时，必须测定土壤的机械组成。本实验采用甲种比重计法。

（二）测定原理

土壤机械分析，就是把土粒按其粒度大小分成若干级，并定出各级的量，从而得出土壤的机械组成。比重计法的原理：比重计所排开的悬液体积等于其重量时，它悬浮在一定位置上，而在比重计上有相应的数字。为了避免复杂的计算，鲍尤考斯设计了一种甲种比重计，它可以从浮标尺上直接读出悬液的土粒浓度（g/L）。

温度影响悬液的比重和比重计的体积，也影响土粒的比重和水的黏度。一般比重计的刻度是以20℃为标准的，低于或高于这一温度，都需要进行读数校正。所以每测一次比重后，必须测一次温度。

（三）测定方法和步骤

1．称土：取过1mm筛孔的风干土样50g（精确到0.01g），置于500mL三角瓶中，加蒸馏水或软水浸湿土样。

2．测吸湿水含量：可用上次计算结果。

3．样品分散和煮沸：选用0.5mol/L氢氧化钠40mL作为分散剂。

土样中加入分散剂后进行物理处理。本实验采用煮沸法。将分散剂加入盛有50g土样的250mL三角瓶中，加蒸馏水，使三角瓶中的液体体积达250mL，用橡皮塞塞好，放入振荡器，振荡15min。

4．将三角瓶中的悬液用蒸馏水洗入1000mL沉降筒内。注意要将三角瓶内的所有土粒洗入沉降筒，并且每次冲洗水量不要太多，以防总水量超过1000mL，直到洗净三角瓶中的土样为止。

5．加蒸馏水定容，制成1000mL悬液。

6．测定悬液比。先用温度计测定悬液温度，再用搅拌棒搅拌悬液1min（上下各30次），如有气泡，滴加两滴异戊醇消泡，然后开始记录时间。按表1-10中所列温度、时间和粒径的关系，测定时要提前10～15s将比重计轻轻放入悬液，以使比重计在到选定时间前就能稳定下来，到选定时间立即进行比重计读数。校正后读数的即代表直径小于所选粒径的颗粒含量。

7．按以上步骤，分别测出＜0.05mm、＜0.02mm、＜0.01mm、＜0.005mm、＜0.002mm、＜0.001mm等各级土粒的比重计读数。其中测量粒径＜0.02mm的颗粒含量用时为＜0.01mm的1/4,＜0.002mm的用时为24h。

8．每次测定都要记录比重计读数及温度。

（四）实验结果

1．将风干土换算成烘干土重，烘干土重=风干土重/（吸湿水+100）×100%，吸湿水含量用以前所测数据。

2．校正比重计读数，包括分散剂校正值和温度校正值（表1-12）。

3．小于某粒径土粒含量=校正后读数/烘干土样重×100%。

将相邻两粒径的土粒累积百分比含量相减，即得到相邻两粒径范围内的粒级百分比含量。

4．根据各粒级的重量百分比，在土壤质地分类表中查出所测土样的机械组成（包括国际制、美国制、苏联制、中国制，可参考表1-11，表1-13，图1-26）。

（五）仪器和试剂

1．沉降筒（1000mL）、搅拌棒、比重计、三角瓶（500mL）、温度计等。

2.0.5mol/L NaOH溶液：称取20g NaOH，加蒸馏水定容到1000mL。

四、土壤肥力测试

（一）目的要求

利用T FC-303PC型农业环境监测仪对土壤中的氮、磷、钾、有机质、酸碱度、含盐量、含水量以及温度，共八项指标进行测试，了解并掌握土壤肥力的要素组成，并对各要素在不同类型土壤中的含量有定性认识。

（二）实习用具

T FC-303PC型农业环境监测仪。

（三）实习内容

1．土壤样品的采集和制备

土壤样品的采集是决定分析结果能否正确反映土壤特性的重要环节，因此必须选择在有代表性的地点采集恰当的土壤样品。对于一块土地采样点的设置主要根据土地的面积而定，在面积较小的地块通常采用5点以上采样，对于面积较大的地块可采20个点。取样点的分布采用蛇形或对角线，取样后将多点土样混合在一起，最后保留250g左右作为化验用的土样。

2．土壤氮、磷、钾待测液的制备

测试前先将仪器预热（红光预热10min，蓝光预热10min）。取4平勺土样（约4g）放入塑料瓶中，加入20mL超纯水。氮、钾测试液需加1g 1号粉，在摇床上摇10min；磷测试液需加1g 2号粉，在摇床上摇20min；如果土样为酸性，改2号粉为3号试剂（约10滴）。将混合液体过滤，得到过滤待测液。

3．铵态氮的测定

（1）用移液枪取0.2mL氮标准溶液，并用超纯水稀释10倍，此时浓度为20mg/kg（20ppm）。

（2）取四份土样氮待测液各2mL。

（3）向上述5份液体中分别加入0.2mL氮1号试剂，摇匀；再加入0.2mL氮2号试剂摇匀。放置5min后，上机测试。

（4）1号比色皿中加入2/3体积超纯水，擦拭干净后插入1号槽，2～6号比色皿中分别移入上述待测液。

（5）按仪器屏显步骤测定，将2号比色皿标准溶液浓度设定为20。

4．速效磷测定

（1）用移液枪取0.2mL磷标准溶液，并用超纯水稀释10倍，此时浓度为20mg/kg（20ppm）。

（2）取四份土样磷待测液各0.4mL，并加入1.6mL超纯水。

（3）向上述5份液体中分别加入0.2mL磷1号试剂，摇匀；再加入0.1mL磷2号试剂摇匀。放置5min后，上机测试。

（4）1号比色皿中加入2/3体积超纯水，擦拭干净后插入1号槽，2～6号比色皿中分别移入上述待测液。

（5）按仪器屏显步骤测定，将2号比色皿标准溶液的浓度设定为20。

5．速效钾测定

（1）用移液枪取0.2mL钾标准溶液，并用超纯水稀释10倍，此时浓度为100mg/kg（100ppm）。

（2）取四份土样钾待测液各2mL。

（3）向上述5份液体中分别加入0.2mL钾1号试剂，摇匀；再加入0.2mL钾2号试剂摇匀。放置5min后，上机测试。

（4）1号比色皿中加入2/3体积超纯水，擦拭干净后插入1号槽，2～6号比色皿中分别移入上述待测液。

（5）按仪器屏显步骤测定，将2号比色皿标准溶液浓度设定为100。

6．有机质的测定

（1）试剂的配置。

0.5% 碳标准溶液：取1.376g葡萄糖（化学纯）于100mL容量瓶中，加水溶解，再加入1mL浓硫酸（分析纯），加水定容，摇匀，次标准溶液含碳量为5mg/mL。

（2）取烘干土样1g（精确至0.01g），放入50mL离心管中，加入3mL超纯水，摇散，加入10mL重铬酸钾溶液，再加入10mL浓硫酸，并不断摇动，放置20min后加10mL水摇匀。在离心机上离心，取上清液10mL于50mL容量瓶中，加水定容后摇匀，此液为待测液。

（3）取标准液2mL于50mL离心管中，加1mL超纯水，再加入10mL重铬酸钾溶液，最后加入10mL浓硫酸，并不断摇动，放置20min后加10mL水摇匀。取10mL该溶液于50mL容量瓶中，加水定容后摇匀，此液为标准液（含碳量为10mg）。

（4）取超纯水3mL于50mL离心管中，加入10mL重铬酸钾溶液，再加入10mL浓硫酸，并不断摇动，放置20min后加10mL水摇匀。取10mL该溶液于50mL容量瓶中，加水定容后摇匀，此液为空白液。

（5）将上述空白液、标准液和待测液，移入比色皿中，按仪器屏显步骤进行测定（在仪器上置标准溶液浓度为20）。

（6）结果计算。

土壤有机质（%）=（仪器测得被测液值/2）×0.23。

7．土壤盐分总量测定

（1）称取烘干后土样10g于100mL烧杯中，准确加入50mL超纯水，超声震荡3min，过滤，得到清液，所得清液为待测液。

（2）标准溶液配制。

标准溶液分三类，对应三种土壤：硫酸盐土、氯化物土和重碳酸盐土。配制比例见表1-14。

（3）将上述空白液、标准液和待测液，移入比色皿中，按仪器屏显步骤进行测定。

8．土壤pH值测定

（1）标准液的配制。酸性标准溶液的配制：用超纯水将pH4.01试剂溶解，并定容至250mL，即为pH4.01标准缓冲液。碱性标准溶液的配制：用超纯水将pH9.18试剂溶解，并定容至250mL，即为pH9.18标准缓冲液。

（2）土壤pH值待测液的制备。称取烘干土样10g于50mL离心管中，加入25mL超纯水，用玻璃棒搅拌2min，离心3min，取上层清液进行测定。

（3）将上述空白液、标准液和待测液移入比色皿中，按仪器屏显步骤进行测定。

9．土壤水分、温度的测量

将水分探头连接在主机上，长按右侧水分键盘上的“开关”键3s左右开机。把探头插在要测的土壤里，再按键盘上的“显示”键，即可读取土壤的体积含水量数值。

测土壤温度时，把温度探头与主机连接好，把探头插在要测的土壤里，即可读出土壤的温度数值。

五、土壤容重、比重的测定和孔隙度的计算

（一）实验目的

土壤矿物质有机质的组成和土粒排列松紧的不同，引起土壤容量、比重以及孔隙度的差异，从而又影响土壤水分、空气的运行和存在状态。因此，土壤容重、比重和孔隙度能为研究土壤形成、性状及肥力提供必要的依据。

（二）测定原理

土壤容重用环刀法测定，将已知重量的土样放入有水的比重瓶内，排除空气，定容，求出由土壤代换出水的体积。以烘干土重除以体积，即求得土壤比重。

（三）土壤容量测定

1．土壤容重的测定

（1）用物理天平称取环刀重量。

（2）测量环刀容积（游标卡尺）。

（3）环刀取土：先用剖面刀修平一个土壤平面，将环刀托套在无刃口一端，用力均衡地把环刀压入土地中，直至土面将触及环刀托顶部（可从环刀托盖上的小孔观察），用铁铲把环刀周围土壤挖出，切断环刀下方，并使其下方留有一些多余的土壤。慢慢取出环刀，刃口朝上，用土刀削去附在环刀壁上的土壤，然后在刃口一端从边缘向中心削平土壤，使之与刃口齐平，再同样削平环刀另一端。

（4）称取环刀加湿土重。

（5）放入烘箱烘干6～8h，称重。

2．土壤比重的测定

（1）称重：称通过1mm筛孔的风干土5g，称比重瓶加半瓶蒸馏水重。

（2）装入50mL比重瓶：倒掉水，把土样装入比重瓶。

（3）加蒸馏水至比重瓶容积一半处，并摇动比重瓶。

（4）加热：将比重瓶放在电热板上，加热煮沸15min，驱逐土壤中空气，使土样和水充分混合。

（5）冷却：从电热板上取下比重瓶并冷却，再加入预先煮沸过的蒸馏水，至略低于瓶颈为止，静置澄清。

（6）定容：冷却澄清后，继续加蒸馏水至瓶颈，塞好瓶塞，使多余的水从颈孔溢出，用滤纸擦干水。

（7）称重。

（四）结果计算

（1）土壤容重。

（2）土壤比重。

（3）土壤孔隙度。

（五）仪器及试剂

比重瓶（50mL）、天平、电热板、烘箱、烧杯、环刀、环刀托、剖面刀、铁铲、铝盒、蒸馏水（煮沸过）、游标卡尺。