土壤電導率的測定影響因素研究

朱 丹，賈雙琳

(貴州省地質礦產中心實驗室，貴州 貴陽 550018)

在農業生產中，土壤對作物的正常生長以及優產高產起著至關重要的作用，土壤電導率是測定土壤水溶性鹽的指標，在一定程度上可以指示土壤中鈣、鎂、鉀、鈉等主要鹽類離子的含量變化[1]，一般來說土壤電導率值越高，土壤中鹽的含量就越高。土壤電導率通常是判斷土壤的表層土壤中無機營養物質可被植物迅速利用的一個重要指標，是判定土壤中鹽類離子是否限制作物生長的因素。

土壤電導率、pH等都是反映土壤理化性質的指標，影響土壤結構及微生物組成，影響土壤中金屬元素有效性，從而影響土壤肥力。目前國內外常用土壤電導率來表示土壤的鹽漬化程度[2]。我國目前的農業生產中，部分地區仍存在過量施肥現象，尤其是大棚經濟作物發展較好的地區，棚室土壤在經過十幾甚至幾十年的時間里，積聚了較多的鹽分，這些土壤鹽分會嚴重影響作物的正常生長，因此根據不同植物的不同特性合理調配土壤電導率值，可以更好地指導農業生產。

鑒于土壤電導率對土壤質量和農業生產有重要影響，因此開展土壤電導率測試方法的影響因素等方面的研究對農業生產和土壤鹽漬化防治具有重要的指導意義。

土壤電導率的測定，通常采用的方法為中國國家環境保護部發布的標準《土壤電導率的測定電極法》(HJ 802-2016)[3]，這套方法使用電導率儀對土壤樣品進行測試，方法比較簡單，可操作性強。朱珠[4]稱取土壤樣品10 g放入錐形瓶中，以土水比1:5的比例加入去離子水50 mL，加塞蓋好，置于震蕩機充分震蕩5 min，制備完成土壤待測液，靜置半小時，用DDS-307A型電導率儀測定浸提液電導率。

杜鑫鈺等[5]采用時域反射儀(TDR)測量沙土、沙壤土、黏土3種土壤在凍結過程中土壤液態含水率和電導率，其研究結果可以為我國季節性凍土區農業生產和土壤鹽漬化防治提供參考。

李立平等[6]研究了華北平原某鉛冶煉廠以北農田0～20 cm的土壤樣品中土壤pH值和電導率與重金屬有效性的關系，結果表明該鉛冶煉廠造成附近農田土壤pH值下降、電導率升高，且重金屬有效性增加。將水與土樣按體積比5:1進行配比，利用DDS-11A型數字電導儀測定溶液的電導率。

黃博珠[7]針對HJ802-2016方法，研究了土壤電導率測定過程中的不確定度評定，表明土壤電導率測量結果不確定度主要來源于土壤浸提液的制備、電導率儀誤差、電導率儀校準溶液、樣品平行測定的重復性等方面。馮思敏[8]研究了土壤電導率的測定條件如測試時環境溫度、樣品固液分離效果、分離提取液放置時間等因素對測定結果的影響。

本文著重研究了土壤電導率測試過程中添加去離子水的水溫、振蕩時間、水土分離的方法、浸提液放置的時間等條件對測試結果的影響，并開展了相關的試驗工作。

1 實 驗

1.1 主要儀器設備和試劑

1.1.1 儀器設備

雷磁DDSJ-308T電導率儀，上海雷磁有限公司；ZQLY-300N恒溫振蕩器(轉速：10～300 rpm功率：1300 W)，上海知楚儀器有限公司；TG18G-Ⅱ離心機(最高轉速：13000 r/min)，鹽城市凱特實驗儀器有限公司；ME104E/02分析天平(量程：10 mg～120 g)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；針頭過濾器。

1.1.2 試 劑

水(25 ℃時其電導率值不高于0.2 mS/m)；氯化鉀標準溶液(GSB07-2245-2008，批號：207132)；氯化鉀標準溶液(GBW(E)130107批號：190723)，兩件標準溶液均用于校準電導率儀。

1.2 實驗方法

采集的土壤樣品，去除枝干、雜草和碎石塊等侵入物，風干、縮分、研磨至10目。

稱取樣品20.00 g于250 mL振蕩瓶中，加入恒溫的水100 mL，蓋緊瓶蓋后置于恒溫振蕩器中，恒溫振蕩30 min，取出振蕩瓶靜置10 min后，進行過濾處理，取過濾后溶液使用電導率儀進行測定。

采用上述方法制備兩份空白試樣，用以檢測方法的空白值。

2 結果與討論

2.1 土壤樣品加入去離子水水溫的影響

在前期實驗中發現，溶解土壤的水的溫度對電導率的測定結果有一定的影響。選取2件不同類型的土壤樣品，分別使用15 ℃、20 ℃、25 ℃三種不同溫度的去離子水按土液1:5的比例來溶解樣品，經過恒溫(25 ℃±1 ℃)振蕩器振蕩30 min并靜置10 min后，浸出液離心后測定浸出液的電導率，實驗結果見表1。

表1 加入三種不同溫度的水后測得的電導率

由表1可以看出，對于低濃度電導率的土壤，加入的不同溫度的去離子水對測試結果影響不大，相比而言對于土壤電導率值高的樣品影響偏大。去離子水的水溫與電導率的值在15 ℃至30 ℃區間成正比，土壤中的可溶性鹽浸出率在加入水溫為25 ℃的去離子水時浸提液的電導率最大。所以在測試時選擇去離子水的水溫為25 ℃最佳。

2.2 振蕩時間對土壤電導率測試結果的影響

同樣選擇2種不同土壤樣品，稱取樣品后加入25 ℃的去離子水，分別對其進行30 min、45 min、60 min振蕩，取下靜置10 min后對上清液進行離心后測量溶液電導率，實驗數據見表2。

表2 不同振蕩時間下土壤電導率結果

由表2可見三種不同振蕩時間下測得的土壤電導率較為接近，這是因為恒溫振蕩30 min時，水中溶解的可溶性鹽已達到平衡，所以土壤中的可溶性鹽振蕩浸出時間選擇30 min即可。

2.3 樣品分離對比實驗

在上述條件不變的情況下，振蕩過后靜置10 min后取上清液需要過濾后才能進行測定。實驗室采取三種方式：濾頭過濾、濾紙過濾、離心分離。

濾頭過濾：將上清液通過一次性針管吸出，在通過0.45 μm孔徑的針頭過濾器將上清液過濾至小燒杯里待測。

濾紙過濾：將定性濾紙折成小漏斗狀放入漏斗中，漏斗下端緊靠小燒杯璧，再將樣品上清液倒入漏斗中進行過濾后待測。

離心分離：將樣品上清液直接倒入干凈的離心管中，在轉速4000 r/min的條件下離心20 min，取出后將上清液倒入小燒杯中待測。表3是土壤樣品中電導率三種分離方法的測定結果。

表3 三種不同分離方法制得土壤電導率的結果

由表3可以看出，濾紙過濾得到的結果偏高，而濾頭過濾和離心機過濾的效果基本相同，所以在樣品量較少或者缺乏離心機設備時，采用一次性針管與濾膜結合的過濾方法可達到方法要求。但單批次樣品量超過20件時，由于浸提液中含泥沙較多，濾頭過濾法更加費力，此時宜采用離心法進行水土分離。

2.4 土壤樣品浸出液放置時間的影響

取2種土壤樣品各6份按上述條件進行實驗，在恒溫振蕩器中振蕩結束后，按測試方法取其中的2份進行測定，另外取2份封閉不接觸空氣下放置5 h后進行測定，最后2份封閉不接觸空氣下放置過夜后測定，實驗結果見表4。

由表4的實驗結果可以看出，土壤樣品在浸出后3 h時間段測得的電導率值非常接近，所以土壤中的可溶性鹽振蕩浸出后放置的時間對其電導率的影響不大，但是也建議時間允許的情況下盡快測量獲得檢測結果。

表4 土壤樣品的浸出液不同放置時間的結果

2.5 質量控制和保證

為保證測試結果準確，測試過程中需要特別注意空白樣品的電導率值不應超過1 mS/m。為保證電導率儀的準確性，最好每次測試樣品前使用電導率儀測試標準溶液，測試結果與標準溶液的結果滿足：3次重復測量的電導率平均值與已知值相對誤差不超過5%，若不滿足要求，對電極進行清洗后重新測試，仍不滿足要求，需要更換電極。

在實際樣品測試過程中，因無法購買土壤電導率的土壤標準樣品，除了定期驗證樣品空白和電導率儀的準確性，需要每批次樣品插入平行樣進行測試，測試結果允許誤差滿足HJ 802-2016要求，保證檢測結果的準確可靠。

2.6 其它注意的問題

土壤樣品的粒度需要特別注意，如果樣品粒度過細，則會造成土壤樣品的電導率結果偏高，這是因為土壤顆粒或孔隙越小，土壤固相表面導電通路增多，從而使土壤電導率越大。

3 結 論

本文考察了不同實驗條件下，土壤中電導率測定的一些影響因素對結果的影響。測量土壤中電導率時在測試的第一步加入去離子水的水溫最佳溫度為25 ℃，在恒溫振蕩器中，振蕩時間在30 min即可滿足方法要求；土壤樣品浸提液分離方法可根據實際情況選擇離心分離或一次性注射器及濾膜過濾，而濾紙分離則會使電導率增加，不建議使用。土壤樣品浸提液的電導率在14 h內變化不大，可放置過夜。