方法原理
土壤水溶性盐是强电解质,其水溶液具有导电作用。以测定电解质溶液的电导为基础的分析方法,称为电导分析法。在一定浓度范围内,溶液的含盐量与电导率呈正相关。因此,土壤浸出液的电导率的数值能反映土壤含盐量的高低,但不能反映混合盐的组成。如果土壤溶液中几种盐类彼此间的比值比较固定时,则用电导率值测定总盐分浓度的高低是相当准确的。土壤浸出液的电导率可用电导仪测定,并可直接用电导率的数值来表示土壤含盐量的高低。
将连接电源的两个电极插入土壤浸出液(电解质溶液)中,构成一个电导池。正负两种离子在电场作用下发生移动,并在电极上发生电化学反应而传递电子,因此电解质溶液具有导电作用。
根据欧姆定律,当温度一定时,电阻与电极间的距离(L)成正比与电极的截面积(A)成反比。
R=ρL/A
式中:R为电阻(欧姆),ρ为电阻率。当L=1cm,A=1cm2,则R=ρ,此时测得的电阻称为电阻率(ρ)。
溶液的电导是电阻的倒数,溶液的电导率(EC)则是电阻率的倒数。
EC= 1/ρ
电导率的单位常用西门子·米-1(S·m-1)。土壤溶液的电导率一般小于1个S·m-1,因此常用dS·m-1(分西门子·米-1)表示。
两电极片间的距离和电极片的截面积难以**测量,一般可用标准KCl溶液(其电导率在一定温度下是已知的)求出电极常数(注1)。
ECKCl/SKCl=K
K为电极常数,ECKCl为标准KCl溶液(0.02 mol·L-1)的电导率(dS·m-1),18℃时ECKCl=2.397 dS·m-1,25℃时为2.765 dS·m-1。SKCl为同一电极在相同条件下实际测得的电导度值。那么,待测液测得的电导度乘以电极常数就是待测液的电导率。
EC=KS
大多数电导仪有电极常数调节装置,可以直接读出待测液的电导率,无需再考虑用电极常数进行计算结果。
9.3.1.2 仪器
(1)电导仪:目前在生产科研应用较普遍的是DDSJ-308型等电导仪。此外还有适于野外工作需要的袖珍电导仪。
(2)电导电极:一般多用上海雷磁仪器厂生产的DJS-1C型等电导电极。这种电极使用前后应浸在蒸馏水内,以防止铂黑的惰化。如果发镀铂黑的电极失灵,可浸在1∶9的硝酸或盐酸中2min,然后用蒸馏水冲洗再行测量。如情况无改善,则应重镀铂黑,将镀铂黑的电极浸入王水中,电解数分钟,每分钟改变电流方向一次,铂黑即行溶解,铂片恢复光亮。用重铬酸钾浓硫酸的温热溶液浸洗,使其彻底洁净,再用蒸馏水冲洗。将电极插入100mL溶有氯化铂3g和醋酸铅0.02g配成的水溶液中,接在1.5V的干电池上电解10min,5min改变电流方向一次,就可得到均匀的铂黑层,用水冲洗电极,不用时浸在蒸馏水中。
9.3.1.3 试剂
(1) 0.01 mol·L-1的氯化钾溶液:称取干燥分析纯KCl 0.7456g溶于刚煮沸过的冷蒸馏水中,于25℃稀释至1L,贮于塑料瓶中备用。这一参比标准溶液在25℃时的电导率是1.412 dS·m-1。
(2) 0.02 mol·L-1的氯化钾溶液:称取KCl 1.4911g,同上法配成1L,则25℃时的电导率为2.765 ds·m-1。
9.3.1.4操作步骤
吸取土壤浸出液或水样30~40mL,放在50mL的小烧杯中(如果土壤只用电导仪测定总盐量,可称取4g风干土放在25×200mm的大试管中,加水20mL,盖紧皮塞,振荡3min,静置澄清后,不必过滤,直接测定)。测量液体温度。如果测一批样品时,应每隔10min测一次液温,在10min内所测样品可用前后两次液温的平均温度或者在25℃恒温水浴中测定。将电极用待测液淋洗1-2次(如待测液少或不易取出时可用水冲洗,用滤纸吸干),再将电极插入待测液中,使铂片全部浸没在液面下,并尽量插在液体的中心部位。按电导仪说明书调节电导仪,测定待测液的电导度(S),记下读数。每个样品应重读2~3次,以防偶尔出现的误差。
一个样品测定后及时用蒸馏水冲洗电极,如果电极上附着有水滴,可用滤纸吸干,以备测下一样品继续使用。
9.3.1.5 结果计算
(1)土壤浸出液的电导率EC25=电导度(St)×温度校正系数(ft)×电极常数(K)(注1)。
一般电导仪的电极常数值已在仪器上补偿,故只要乘以温度校正系数即可,不需要再乘电极常数。温度校正系数(ft)可查附表5。粗略校正时,可按每增高1℃,电导度约增加2%计算。
当液温在17~35℃之间时,液温与标准液温25℃每差1℃,则电导率约增减2%,所以EC25也可按下式直接算出。
ECt=St×K
EC25=ECt-[(t-25℃)×2%×ECt]
=ECt[1-(t-25℃)×2%]
=KSt[1-(t-25℃)×2%]
(2)标准曲线法(或回归法)计算土壤全盐量:从土壤含盐量%与电导率的相关直线或回归方程查算土壤全盐量(%,或g·kg-1)。
标准曲线的绘制:溶液的电导度不仅与溶液中盐分的浓度有关,而且也受盐分的组成分的影响。因此 要使电导度的数值能符合土壤溶液中盐分的浓度,那就必须预先用所测地区盐分不同浓度的代表性土样若干个(如20个或更多一些)用残渣烘干法测得土壤水溶性盐总量%。再以电导法测其土壤溶液的电导度,换算成电导率(EC25),在方格坐标纸上,以纵坐标为电导率,横坐标为土壤水溶性盐总量%,划出各个散点,将有关点作出曲线,或者计算出回归方程。(注2)
有了这条直线或方程可以把同一地区的土壤溶液盐分用同一型号的电导仪测得其电导度,改算成电导率,查出土壤水溶性盐总量%。
(3) 直接用土壤浸出液的电导率来表示土壤水溶性盐总量。
目前国内多采用5:1水土比例的浸出液作电导测定,不少单位正在进行浸出液的电导率与土壤盐渍化程度及作物生长关系的指标的研究和拟定。
美国用水饱和的土浆浸出液的电导率来估计土壤全盐量,其结果较接近田间情况,并已有明确的应用指标(表9-4),供参考。
表9-4 土壤饱和浸出液的电导率与盐分%和作物生长关系
饱和浸出液
EC25(dS·m-1)
盐分
(g·kg)
盐渍化
程度
植 物 反 应
0~2
<1.0
非盐渍化土壤
对作物不产生盐害
2~4
1.0~3.0
盐渍化土
对盐分极敏感的作物产量可能受到影响
4~8
3.0~5.0
中度盐土
对盐分敏感作物产量受到影响,但对耐盐作物(苜蓿,棉花,甜菜,高粱,谷子)无多大影响
8~16
5.0~10.0
重盐土
只有耐盐作物有收成,但影响种子发芽,而且出现缺苗,严重影响产量。
>16
>10.0
极重盐土
只有极少数耐盐植物能生长,如耐盐的牧草,灌木,树木等
9.3.1.6 注释
注1.电极常数K的测定:电极的铂片面积与距离不一定是标准的,因此必须测定电极常数K值。测定方法是:用电导电极来测定已知电导率的KCl标准溶液的电导度。即可算出该电极常数K值。不同温度时KCl标准溶液的电导率如表9-5所示。
表9-5 0.02000 N KCl标准溶液在不同温度下的电导度(dS·m-1)
t(℃)
电导度
t(℃)
电导度
t(℃)
电导度
t(℃)
电导度
11
2.043
16
2.294
21
2.553
26
2.819
12
2.093
17
2.345
22
2.606
27
2.873
13
2.142
18
2.397
23
2.659
28
2.927
14
2.193
19
2.449
24
2.712
29
2.981
15
2.243
20
2.501
25
2.765
30
3.036
电极常数K= EC/S
式中: EC——KCl标准溶液的电导率;
S——测得KCl标准溶液的电导度。
注2. 盐的含量与溶液电导率许多研究者发现不是简单的直线关系,若以盐含量对应电导率的对数值作图或回归统计,可以取得更理想的线性效果。