环境管理环境土壤学实习指导.docx
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环境管理环境土壤学实习指导
环境土壤学教学实习
实验一土壤质地的识别、测定和分析
一、实验目的
不同质地类别的土壤所呈现出来的物理性质如土壤孔隙性、结构性、耕性会有明显差异，化学性质如保肥性、供肥性、酸碱性等也会有差异，从而表现出不同的肥力状况，对植物生长发育产生不同的影响。
要求能用比重计法和手测法分别测出土壤样品的质地；
二、实验原理
简易比重计法：
能迅速准确的测定土壤质地类别，且费时少，精确度高，适用于大量样本的质地测定；手测法：
是最简便的质地测定方法，广泛应用于野外田间土壤质地的测定，但不如比重计法准确。
（一）简易比重计法方法原理
取一定量的土样，经物理、化学方法处理后分散成单粒，将其制成一定体积的悬浊液，使分散的土粒在悬液中自由沉降。
根据粒径越大下沉速度越快的原理，应用物理学上司笃克斯（stokes,1845）公式计算出某一粒级土粒下沉所需时间。
用特制的甲种比重计测得土壤悬液中所含小于某一粒级土粒的数量（g/l），经校正后可算出该粒级土粒在土壤中的质量百分数，查表即可确定土壤质地名称。
本实验采用卡庆斯基分类制，只需测定＜0.01mm粒径土粒含量，就可以确定土壤质地名称
（二）手测法方法原理
本法以手指对土壤的感觉为主，结合视觉和听觉来确定土壤质地名称，方法简便易行，熟悉后也较为准确，适合于田间土壤质地的鉴别。
可分为干测法和湿测法，两种方法可以相互补充，一般以湿测法为主。
三、实验仪器与材料
1.土壤样品：
准备三种已知待测土壤样品；过1mm筛的风干土壤样品3~5个。
2.仪器、用具：
量筒、特制搅拌棒、甲种比重计、温度计、橡皮头玻璃棒、烧杯、钟表、天平、角匙、称样纸、表面皿，白瓷比色盘、玛瑙研钵，酸度计、洗瓶、磁力搅拌器等
四、操作步骤
（一）手测法操作步骤
湿测法取一小块土，去除石砾和根系，放在手中捏碎，加水少许，以土粒充分浸润为度，根据能否搓成球、条以及弯曲时断裂与否来加以判断，表1以供参考。
表1土壤质地手测法判断标准
质地名称
干燥状态下在手指间挤压或摩擦的感觉
在湿润条件下揉搓塑型时的表现
砂土
感觉粗糙，研磨时有沙沙响声
不能成球形，用手捏成团，但一松即散，不能成片
砂壤土
砂粒为主，混有少量粘粒，很粗糙，研磨时有响声，干土块用小力即可捏碎
勉强可成厚且短的片状，能搓成表面不光华的小球，不能搓成条
轻壤土
干土块稍用力挤压即碎，手捻有粗糙感
片长不超过1厘米，片面较平整，可成直径约3毫米的土条，但提起后易断裂
中壤土
干土块用较大力才能挤碎，为粗细不一的粉末，砂粒和粘粒的含量大致相同，稍感粗糙
可成较长的薄片，片面平整，但无反光，可以搓成直径约3毫米的小土条，弯成2~3厘米的圆形时会断裂
重壤土
干土块用大力才能破碎成为粗细不一的粉末，粘粒的含量较多，略有粗糙感
可成较长的薄片，片面光华，有弱反光，可以搓成直径约2毫米的小土条，能弯成2~3厘米的圆形，压扁时有裂缝
黏土
干土块很硬，用力不能压碎，细而均一，有滑腻感
可成较长的薄片，片面光华，有强反光，可以搓成直径约2毫米的细条，能弯成2~3厘米的圆形，且压扁时无裂缝
（二）简易比重计法
1.操作步骤
（1）试剂配制
①0.5mol/L的NaOH溶液：
称取20gNaOH，蒸馏水溶解后定容至1000ml，摇匀。
②0.5mol/L草酸钠溶液：
称33.5g纯草酸钠，蒸馏水溶解后定容至1000ml，摇匀。
③0.5mol/L六偏磷酸钠溶液：
称51g六偏磷酸钠，蒸馏水溶解定容至1000ml，摇匀。
④2%的碳酸钠溶液：
称取20g碳酸钠，蒸馏水溶解后定容至1000ml，摇匀。
⑥软水的制备：
将100ml2%的碳酸钠溶液加入到7500ml自来水中，静置过夜，上部清夜即为软水。
（2）称样称取通过1mm筛孔的风干土样50g（精确到0.01g），放入500ml烧杯中，供分散处理用。
（3）样本分散处理根据土壤的酸碱性，分别选用不同的分散剂。
石灰性土壤用0.5mol/L的六偏磷酸钠60ml；中性土壤用0.25mol/L的草酸钠20ml；酸性土壤用0.5mol/L的NaOH40ml。
表2粒径0.01mm土粒下沉所需时间
温度（℃）
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
时间（min）
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
27
时间（s）
30
温度（℃）
20
21
22
23
24
25
26
27
28
28
30
31
32
时间（min）
26
26
25
24
24
23
23
22
21
21
20
19
19
时间（s）
30
30
30
加入相应的分散剂后，为保证充分分散，还须对样本进行物理分散处理。
常用的物理分散方法有煮沸法、振荡法和研磨法三种，本实验采用较简便易行的研磨法。
其做法是：
在盛土样的烧杯中，加入部分分散剂使之呈稠糊状，放置约30min，使分散剂充分作用，然后使用带橡皮头的玻璃棒研磨15~20min（质地越粘重，研磨时间应越长），加少许分散剂，再研磨5min。
将糊状物转入1000ml的量筒中，烧杯中剩余的泥浆在加入其余的分散剂，搅拌后倒入量筒中，再用软水洗烧杯，使全部土样无损失的移入量筒内，用软水定容至1000ml。
（4）＜0.01mm土粒含量的测定先用特制的搅拌棒在土壤悬液中上下搅动几次，将温度计放入悬液中部测量其温度，读书精确至0.1℃。
根据所测温度查表1得之相应温度下＜0.01mm土粒下沉所需时间（如：
20℃时为26.5min）。
（5）注意事项：
在计划测定之前，再用搅拌棒搅动悬液1min（1分钟上下各约15次，搅动时下至量筒底，上至近液面），搅拌结束后，取出搅拌棒，立即记下静置开始时间，加上土粒下沉时间，也就是比重计计划读数时间。
此时，若悬液液面产生大量气泡，再滴加几滴异戊醇消泡，以免影响读数。
在计划读数时间到达之前15~20s，将比重计轻轻放入悬液中，勿使其左右摇摆，上下浮沉。
到时间读数.
五.数据处理及质地名称的确定
表3甲种比重计温度校正值
温度（℃）
6.5～8
9～9.5
10～10.5
11.0
11.5～12
12.5
13.0
校正值
-2.2
-2.1
-2.0
-1.9
-1.8
-1.7
-1.6
温度（℃）
13.5
14～14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
校正值
-1.5
-1.4
-1.2
-1.1
-1.0
-0.9
-0.8
温度（℃）
17.5
18.0
19.5
20.0
20.5
21.0
21.5
校正值
-0.7
-0.5
-0.1
0
0.15
0.3
0.45
温度（℃）
22.0
22.5
23.0
23.5
24.0
24.5
25.0
校正值
0.6
0.8
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9温度（℃）
25.5
26.0
26.5
27.0
27.5
28.0
28.5
校正值
1.9
2.1
2.2
2.5
2.6
2.9
3.1
温度（℃）
29.0
29.5
3.0
31.5
32.0
32.5
33.0
校正值
3.3
3.5
3.7
3.8
4.0
4.2
4.6
表4土壤石砾含量分级
1~3mm石砾含量（%）
石砾分级
<1
无砾质（质地名称前不冠）
1~10
砾质
>10
多砾质
表5卡庆斯基土壤质地分类标准
质地名称
物理性粘粒（<0.01mm，%）
灰化土、草原土
红壤、黄壤
碱化土、碱土
砂土
松砂土
0~5
0~5
0~5
紧砂土
5~10
5~10
5~10
壤土
砂壤土
10~20
10~20
10~15
轻壤土
20~30
20~30
15~20
中壤土
30~40
30~45
20~30
重壤土
40~50
45~60
30~40
黏土
轻黏土
50~65
60~75
40~50
中黏土
65~80
75~85
50~65
重黏土
>80
>85
>65
六、思考题：
比重计测定土壤质地时，应注意哪些问题？
影响测定结果的关键操作有哪些？
实验二土壤容重和孔隙度的测定
一、土壤容重的测定（环刀法）
土壤容量又叫土壤的假比重，是指田间自然状态下，每单位体积土壤的干重，通常用克/厘米3表示。
土壤容重除用来计算土壤总孔隙度外，还可用于估计土壤的松紧和结构状况。
（一）方法原理
用一定容积的钢制环刀，切割自然状态下的土壤，使土壤恰好充满环刀容积，然后称量并根据土壤自然含水量计算每单位体积的烘干土重即土壤容重。
（二）操作步骤
1、在室内先称量环刀（连同底盘、垫底滤纸和顶盖）的重量，环刀容积一般为100厘米3。
2、将已称量的环刀带至田间采样。
采样前，将采样点土面铲平，去除环刀两端的盖子，再将环刀（刀口端向下）平稳压入土中，切忌左右摆动，在土柱冒出环刀上端后，用铁铲挖周围土壤，取出充满土壤的环刀，用锋利的削土刀削去环刀两端多余的土壤，使环刀内的土壤体积恰为环刀的容积。
在环刀刀口一端垫上滤纸，并盖上底盖，环刀上端盖上顶盖。
擦去环刀外的泥土，立即带回室内称重。
3、在紧靠环刀采样处，再采土10-15克，装入铝盒带回室内测定土壤含水量。
（三）结果计算
100
1、环刀内干土重（克）＝————————————×环刀内湿土重（克）
100+土壤含水量（%）
环刀内干土重（克）
2、土壤容重（克／厘米3）＝—————————————
环刀容积（100厘米3）
（四）仪器设备
（1）容积为100厘米3的钢制环刀。
（2）削土刀及小铁铲各一把。
（3）感量为0.1及0.01的粗天平各一架。
（4）烘箱、干燥器及小铝盒等。
二、土壤总孔隙度的计算
土壤总孔隙度是指自然状态下，土壤中孔隙的体积占土壤总体积的百分比。
土壤孔隙度不仅影响土壤的通气状况，而且反映土壤松紧度和结构状况的好坏。
土壤总孔隙度一般不直接测定，而是用比重和容重计算求得。
容重
土壤总孔隙度（%）＝（1————）×100
比重
如果未测定土壤比重，可采用土壤比重的平均值2.65来计算，也可直接用土壤容重（dv）通过经验公式，计算出土壤的孔隙度P1。
经验公式P1（%）＝93.947—32.995.dr
为方便起见，可按上述计算出常见土壤容重范围的土壤总孔隙度查对表。
查表举例：
dv＝0.87时P1＝65.24%
dv＝1.72时P1＝37.20%
附表土壤总孔度查对表
dv
P1
dv
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.7
70.85
70.52
70.19
69.86
69.53
69.20
68.87
68.54
68.21
67.88
0.8
67.55
67.22
66.89
66.56
66.23
65.90
65.57
65.24
64.91
64.58
0.9
64.25
63.92
63.59
63.26
62.93
62.60
62.27
61.94
61.61
61.28
1.0
60.95
60.62
50.29
59.96
59.63
59.30
58.97
58.64
58.31
57.88
1.1
57.65
57.32
56.99
56.66
56.33
56.00
55.67
55.34
55.01
54.68
1.2
54.35
54.02
53.69
53.36
53.03
52.70
52.37
52.04
51.71
51.38
1.3
51.05
50.72
50.39
50.06
47.73
49.40
49.07
48.74
48.41
48.08
1.4
47.75
47.42
47.09
46.76
46.43
46.10
45.77
45.44
45.11
44.79
1.5
44.46
44.43
43.80
43.47
42.14
42.81
42.48
42.12
41.82
41.49
1.6
41.16
40.83
40.50
40.17
39.84
39.51
39.18
38.85
38.52
38.19
1.7
37.86
37.53
37.20
36.87
36.54
36.21
35.88
35.55
35.22
34.89
五、思考题
1、为什么不同质地的土壤，其容重和总孔度不同。
2、土壤中大、小孔隙比例对土壤的水分、空气状况有何影响？
实验三土壤交换性酸的测定（氯化钾交换—中和滴定法）
一、目的意义
土壤交换性酸指土壤胶体表面吸附的交换性氢、铝离子总量，属于潜在酸而与溶液中氢离子（活性酸）处于动态平衡，是土壤酸度的容量指标之一。
土壤交换性酸控制着活性酸，因而决定着土壤的pH。
过量的交换性铝对大多数植物和有益微生物均有一定的抑制或毒害作用。
二、实验原理
在非石灰性土和酸性土中，土壤胶体吸附有一部分氢、铝离子，当以KCl溶液淋洗土壤时，这些氢、铝离子便被钾离子交换而进入溶液。
此时不仅氢离子使溶液呈酸性，而且由于铝离子的水解，也增加了溶液的酸性。
当用NaOH标准溶液直接滴定淋洗液时，所得结果（滴定度）为交换性酸（交换性氢、铝离子）总量。
在淋洗液中加入足量NaF，使铝离子形成络合离子，从而防止其水解，然后再用NaOH标准溶液滴定，即得交换性氢离子量。
由两次滴定之差计算出交换性铝离子量。
反应如下：
三、仪器设备与化学试剂
1.NaOH标准溶液（0.02mol·L-1）：
取1mol·L-1NaOH溶液100ml，加蒸馏水稀释至5L。
准确浓度以苯二甲酸氢钾标定。
2.KCl溶液（1mol·L-1）：
配制同前。
3.NaF溶液（3.5％）：
称NaF（化学纯）3.5g，溶于100ml蒸馏水中，贮存于涂蜡的试剂瓶中。
4.酚酞指示剂（1％）：
称1g酚酞溶于100ml95％的酒精。
四、实验步骤
（一）称取通过0.25mm筛孔的风干土样，重量相当于4g烘干土，置于100ml三角瓶中。
加1mol·L-1KCl溶液约20ml，振荡后滤入100ml容量瓶中。
（二）同上多次地用1mol·L-1KCl溶液浸提土样，浸提液过滤于容量瓶中。
每次加入KCl浸提液必须待漏斗中的滤液滤干后再进行。
当滤液接近容量瓶刻度时，停止过滤，取下用KCl定容摇匀。
（三）吸取25m1滤液于100m1三角瓶中，煮沸5分钟以除去CO2，加酚酞指示剂2滴，趁热用0.02mol·L-1的NaOH标准溶液滴定，至溶液显粉红色即为终点。
记下NaOH溶液的用量（V1），据此计算交换性酸总量。
（四）另取一份25m1滤液，煮沸5分钟，加13.5％NaF溶液，冷却后，加酚酞指示剂2滴，用0.02mol·L-1NaOH溶液滴定至终点，记下NaOH溶液的用量（V2），据此计算交换性氢离子量。
五、结果计算
式中：
——滴定交换性酸总量消耗的NaOH的体积，ml；
——滴定交换性氢消耗的NaOH的体积，ml；
—NaOH标准溶液的浓度；
分取倍数—100m1/25m1=4。
实验四土壤水解性酸的测定（醋酸钠水解—中和滴定法）
一、目的意义
水解性酸也是土壤酸度的容量因素，它代表盐基不饱和土壤的总酸度，包括活性酸、交换性酸和水解性酸三部份的总和。
土壤水解性酸加交换性盐基，接近于阳离子交换量，因而可用来估算土壤的阳离子交换量和盐基饱和度。
土壤水解性酸也是计算石灰施用量的重要参数之一。
二、实验原理
用1mol·L-1醋酸钠（pH8.3）浸提土壤，不仅能交换出土壤的交换性氢、铝离子，而且由于醋酸钠水解产生NaOH的钠离子，能取代出有机质较难解离的某些官能团上的氢离子，即可水解成酸。
三、仪器设备与化学试剂
1.醋酸钠溶液（1mol·L-1）：
称取化学纯醋酸钠（CH3COONa·3H2O）136.06g，加水溶解后定容至1L。
用1mol·L-1Na0H或10％醋酸溶液调节pH至8.3。
2.NaOH标准溶液（0.02mol·L-1）：
取1mol·L-1NaOH溶液100ml，加蒸馏水稀释至5L。
准确浓度以苯二甲酸氢钾标定。
3.酚酞指示剂（1％）：
称1g酚酞溶于100ml95％的酒精。
四、实验步骤
（一）称取通过1mm筛孔风干土样，重量相当于5.00g烘干土，放在100三角瓶中，加1mol·L-1CH3COONa约20ml，振荡后滤入100ml容量瓶中。
（二）同上多次地加1mol·L-1醋酸钠溶液浸提土样，浸提液滤入100ml容量瓶中，每次加入CH3COONa浸提液必须待漏斗中的滤液滤干后再进行，直至滤液接近刻度，用1mol·L-1醋酸钠溶液定容摇匀。
（三）吸取滤液50.00ml于250ml三角瓶中，加酚酞批示剂2滴，用0.02mol·L-1NaOH标准溶液滴定至明显的粉红色，记下NaOH标准溶液的用量（V）。
注：
滴定时滤液不能加热，否则醋酸钠强烈分解，醋酸蒸发呈较强碱性，造成很大的误差。
五、结果计算
式中：
—消耗的NaOH标准溶液体积，ml；
—NaOH标准溶液的浓度，ml·L-1。
如果已有土壤阳离子交换量和交换性盐基总量的数据，水解性酸度也可以用计算求得。
水解性酸度＝阳离子交换量－交换性盐基总量
式中三者的单位均为cmol·kg-1土。
这样计算的水解性酸度比单独测定的水解性酸度更准确。
实验五土壤阳离子交换量的测定
一、实验目的、意义
土壤阳离子交换量（CEC）是指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每千克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即cmol（+）/kg。
土壤阳离子交换量是土壤的一个很重要的化学性质，它直接反映了土壤的保肥、供肥性能和缓冲能力。
不同土壤，其阳离子交换量不同。
土壤的保肥、供肥性能和缓冲能力亦不同。
一般认为阳离子交换量在20cmol（+）/kg以上为保肥力强的土壤；20~10cmol（+）/kg为保肥能力中等的土壤；＜10cmol（+）/kg土壤为保肥能力弱的土壤。
因此测定土壤阳离子交换量，对了解土壤供肥性能，指导合理施肥具有实际指导意义。
通过本实验，目的是掌握石灰性土壤测定土壤阳离子交换量的方法即乙酸钠—火焰光度计法。
二、实验原理
石灰性土壤在大气CO2分压下的平衡pH值接近于8.2。
所以用于石灰性土壤的交换剂往往采用pH8.2的缓冲液。
本实验采用pH8.2乙酸钠—火焰光度计法进行测定。
其原理：
土壤Ca+nNaOAC=土壤NaNa+Ca（OAC）2+（n-2）NaOAC
土壤Na+NH4OAC=土壤NH4+NaOAC
用pH8.21mol•l-1NaOAC处理土壤，使其为Na+饱和。
洗除多余的NaOAC后，以NH4+将交换性Na+交换出来，测定Na+以计算交换量。
在操作程序中，用醇洗去多余的NaOAC时，交换性钠倾向于水解进入溶液而损失，因此洗涤过头将产生负误差；减少淋洗次数，则因残留交换剂而提高交换量。
只有当两个误差互相抵消，才能得到良好的结果。
试验证明，醇洗3次，一般可使误差达到最低值。
三、操作步骤
称取过1mm筛孔的风干土样4.00~6.00g（粘土4g，砂土6g）。
置于50ml离心管中，加pH8.21mol•l-1NaOAC33ml，使各管质量一致，塞住管口，振荡5min后离心，弃去清液。
重复用NaOAC提取4次。
然后以同样方法，用异丙醇或乙醇洗涤样品3次，最后1次尽量除尽洗涤液。
将上述土样加1mol•l-1NH4OAC33ml，振荡5min（必要时用玻璃棒搅动），离心，将清液小心倾入100ml容量瓶；按同样方法用1mol•l-1NH4OAC交换洗涤两次，收集的清液最后用1mol•l-1NH4OAC溶液稀释至刻度。
用火焰光度计测定溶液中Na+浓度，计算土壤交换量。
四、结果计算
土壤阳离子交换量（cmol•kg-1）=ρ×V×10-3×100/（m×23）
ρ——标准曲线上查得的待测液中钠离子的质量浓度（µg•ml-1）；
V——测定时定容体积（ml）；
23——钠的摩尔质量（g•mol-1）；
10-3——把微克换算成毫克；
m——烘干质量（g）。
五、实验仪器和试剂
1.主要仪器
1/100天平，离心机，玻璃棒，容量瓶，6400—A型火焰光度计
2.试剂
（1）1mol·l-1乙酸钠（pH8.2）溶液称取CH3COONa•3H2O136g用蒸馏水溶解并稀释至1L。
此溶液pH为8.2。
否则以NaOH或HOAC调节至pH8.2。
（2）异丙醇（990ml•l-1）或乙醇（950ml•l-1）。
（3）1mol•l-1NH4OAC（pH7）取冰乙酸（99.2%）57ml，加蒸馏水至500ml，加浓氨水（NH4OH）69ml，再加蒸馏水至约980ml，用NH4OH或HOAC调节溶液至pH7.0，然后用蒸馏水稀释到1L。
（4）钠标准溶液称取氯化钠（分析纯，105℃烘干4h）2.5423g，以pH7.0，0.1mol•l-1NH4OAC为溶剂，定容至1L，即为1000µg•ml-1钠标准溶液，然后逐级用乙酸铵溶液稀释成3、5、10、20、30、50µg•ml-1标准溶液，贮于塑料瓶中保存。
六、注意事项
1.此方法是石灰性土壤交换量测定，用于盐碱土时由于该类土壤既含石灰质又含易溶盐，在交换前必须除去可溶盐。
具体办法是：
于离心管中加入50℃左右的500ml•l-1乙醇溶液数毫升，搅拌样品，离心后弃去清液，反复数次至用BaCl2检查清液仅有微量BaSO4反应为止。
2.用NaOAC溶液提取4次，第4次提取的钙和镁已很少，第4次提取的pH值为7.9~8.2，表示提取过程已基本完成。
实验六土壤田间持水量和毛管持水量的测定
本实验测定的三种土壤水分含量均是重要的土壤水分性质，是反映土壤水分状况的重要指标，与土壤保水供水有密切的关系。
土壤最大吸湿量的测定
风干土样所吸附的水气，称为吸湿水。
土壤吸湿水的多少与空气相对湿度有关，当空气湿度接近饱和时，土壤吸湿水达到最大量，称为最大吸湿量或吸湿系数。
最大吸湿量的1.25—2.00倍，大约相当于凋萎系数。
凋萎系数的测定较难，故可由最大吸湿量间接计算而得。
土壤最大吸湿量也可以用来估计土壤比表面的大小。
（一）方法原理
饱和K2S04在密闭条件下可使空气相对湿度达98—99％，风干土样在此相对湿度下达最大吸湿量。
（二）操作步骤
1、称取通过1mm筛孔的风干土样5—20克（粘土和有机质多的土壤5—10克，壤土10—15克，砂土15—20克），平铺于已称重的称量
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