[科普中國(guó)]-土壤分析

土壤組成

土壤是由固體、液體、氣體三相共同組成的復(fù)雜的多相體系。土壤固相包括礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和土壤生物；在固相物質(zhì)之間為形狀和大小不同的孔隙。孔隙中存在水分和空氣。

土壤以固體為主，三相共存。三相物質(zhì)的相對(duì)含量，因土壤種類和環(huán)境條件而異。三相物質(zhì)互相聯(lián)系、制約，并且上與大氣，下與地下水相連，構(gòu)成一個(gè)完整的多介質(zhì)多界面體系。

土壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)是巖石經(jīng)過(guò)物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化形成的。按其成因類型可將土壤礦物質(zhì)分為兩類：

一類是原生礦物，它們是各種巖石（主要是巖漿巖）受到程度不同的物理風(fēng)化而未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而形成，其原來(lái)的化學(xué)組成和結(jié)晶構(gòu)造都沒(méi)有改變，僅改變其形狀為沙粒和粉沙粒；

另一類是次生礦物，它們大多數(shù)是由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物，其化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)都有所改變。

在土壤形成過(guò)程中，原生礦物以不同的數(shù)量與次生礦物混合成為土壤礦物質(zhì)。

1.原生礦物

原生礦物主要有石英、長(zhǎng)石類、云母類、輝石、角閃石、橄欖石、赤鐵礦、磁鐵礦、磷灰石、黃鐵礦等。

2.次生礦物

土壤中次生礦物的種類很多，不同的土壤所含的次生礦物的種類和數(shù)量也不盡相同。通常根據(jù)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)可分為三類：簡(jiǎn)單鹽類、三氧化物和次生鋁硅酸鹽類。如方解石（CaCO3）、白云石[Ca、Mg(CO3) 2] 、石膏（CaSO4·2H2O）、褐鐵礦(2Fe2O3·3H2O和高嶺石等。1

土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中含碳有機(jī)物的總稱。由進(jìn)入土壤的植物、動(dòng)物及微生物殘?bào)w經(jīng)分解轉(zhuǎn)化逐漸形成。通?？煞譃閮纱箢悾阂活悶榉歉澄镔|(zhì)，包括糖類化合物（淀粉、纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等）、樹(shù)脂、脂肪、單寧、蠟質(zhì)、蛋白質(zhì)和其他含氮化合物，它們都是組成有機(jī)體的各種有機(jī)化合物，一般占土壤有機(jī)質(zhì)總量的10% ～ 15%；另一類是腐殖物質(zhì)，是由植物殘?bào)w中穩(wěn)定性較大的木質(zhì)素及其類似物，在微生物作用下，部分地被氧化而增強(qiáng)反應(yīng)活性形成的一類特殊的有機(jī)物，它不屬于有機(jī)化學(xué)中現(xiàn)有的任何一類。1

土壤水分土壤水分是土壤的重要組成部分，主要來(lái)自大氣降水和灌溉。在地下水位接近地面（2～3m）的情況下，地下水也是上層土壤水分的重要來(lái)源。此外，空氣中水蒸氣遇冷凝成為土壤水分。

土壤水分并非純水，實(shí)際上是土壤中各種成分和污染物溶解形成的溶液，即土壤溶液。因此土壤水分既是植物養(yǎng)分的主要來(lái)源，也是進(jìn)入土壤的各種污染物向其它環(huán)境圈層（如水圈、生物圈等）遷移的媒介。1

土壤空氣土壤空氣存在于未被水分占據(jù)的土壤空隙中。土壤空氣組成與大氣基本相似，主要成分都是N2、O2、CO2。1

分類土壤化學(xué)分析主要是測(cè)定土壤的各種化學(xué)成分的含量和某些性質(zhì)。常見(jiàn)的測(cè)定項(xiàng)目有：土壤礦質(zhì)全量測(cè)定（即測(cè)定硅、鋁、鐵、錳、鈦、磷、鉀、鈉、鈣、鎂的含量），土壤活性硅、鋁、鐵、錳含量測(cè)定，土壤全氮、全磷和全鉀含量的測(cè)定，土壤有效養(yǎng)分（銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和鉀）含量測(cè)定，土壤微量元素含量和有效性微量元素（鐵、硼、錳、銅、鋅和鉬）含量測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定，以及土壤酸堿度、土壤陽(yáng)離子交換量、土壤交換性鹽基的組成的測(cè)定等。其中土壤礦質(zhì)全量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮量、有效養(yǎng)分含量、土壤酸堿度、陽(yáng)離子交換量和交換性鹽基組成等是必須進(jìn)行測(cè)定的項(xiàng)目，故稱土壤常規(guī)分析。其他測(cè)定項(xiàng)目則可根據(jù)分析目的取舍。20世紀(jì)30～40年代興起的土壤測(cè)試，也可列入土壤化學(xué)分析范疇。

土壤化學(xué)分析方法很多，經(jīng)典的方法有重量法、容量法和比色法?，F(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室多采用自動(dòng)化、半自動(dòng)化儀器進(jìn)行土壤常規(guī)分析。這種實(shí)驗(yàn)室通常由4個(gè)系統(tǒng)組成：①樣品半自動(dòng)粉碎系統(tǒng)；②樣品半自動(dòng)提取系統(tǒng)；③由自動(dòng)分析儀或流動(dòng)注射分析儀、原子吸收/火焰發(fā)射光譜儀、pH自動(dòng)分析儀和碳氮自動(dòng)分析儀等組成的自動(dòng)分析系統(tǒng)；④中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。土壤礦質(zhì)全量分析常用能量色散 X射線能譜法或帶電粒子活化分析儀或中子活化分析儀進(jìn)行。采用此法，土壤樣品無(wú)需經(jīng)任何處理即可直接測(cè)定，從而避免了因化學(xué)處理而造成土壤樣品中成分的損失或雜質(zhì)的摻入及對(duì)土壤樣品的稀釋作用等缺陷。1

土壤物理分析主要測(cè)定土壤中物質(zhì)存在狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)形式以及能量的轉(zhuǎn)移等。常見(jiàn)的測(cè)定項(xiàng)目有：土壤含水量、土水勢(shì)、飽和和非飽和導(dǎo)水度、水分常數(shù)、土壤滲漏速度、土壤機(jī)械組成、土壤比重和土壤容重、土壤孔隙度、土壤結(jié)構(gòu)和微團(tuán)聚體、土壤結(jié)持度、土壤膨脹與收縮、土壤空氣組成和呼吸強(qiáng)度、土壤溫度和導(dǎo)熱率、土壤機(jī)械強(qiáng)度、土壤承載量和應(yīng)力分布以及土壤電磁性等。

土壤物理分析除經(jīng)典方法外，多借助現(xiàn)代化儀器進(jìn)行，如應(yīng)用水銀注入測(cè)孔儀測(cè)定土壤結(jié)構(gòu)（孔徑可小至5納米）;應(yīng)用磨片、光學(xué)技術(shù)及掃描電鏡測(cè)定土壤結(jié)構(gòu)的微域變化;應(yīng)用帶有電子計(jì)算機(jī)的中子-γ射線聯(lián)用儀在田間直接測(cè)定土壤水分和土壤比重；應(yīng)用氣相色譜儀和三軸剪力儀分別測(cè)定土壤空氣組成和土壤力學(xué)性質(zhì)等。此外，各種型號(hào)的測(cè)溫、測(cè)磁儀和土壤顆粒自動(dòng)分析記錄儀也為土壤物理分析提供了簡(jiǎn)捷而又精確的測(cè)試手段。1

意義土壤分析對(duì)土壤學(xué)的發(fā)展有很大影響。早在19世紀(jì)中葉，德國(guó)化學(xué)家J.von李比希將經(jīng)典的化學(xué)方法應(yīng)用于土壤和植物分析，根據(jù)測(cè)得的結(jié)果，提出了植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō)和歸還學(xué)說(shuō)，大大推進(jìn)了土壤學(xué)的發(fā)展。在其后的100多年間，土壤分析的方法日益增多。至20世紀(jì)50年代末，許多自動(dòng)化、半自動(dòng)化分析儀器陸續(xù)應(yīng)用于土壤分析。目前，各種化學(xué)的和物理的傳感器以及電子計(jì)算機(jī)和遙測(cè)裝置也已逐步應(yīng)用，土壤分析正步入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。1