耕地土壤pH 測定方法比較研究

黃 翔，陳 鋼，2，洪 娟，2，杜 雷，程維舜，王素萍，羅 茜，張貴友，姜 利，張利紅

（1.武漢市農業(yè)科學院，武漢 430345；2.華中農業(yè)大學，武漢 430070）

酸堿性（pH）是土壤重要的化學性質之一，不僅影響土壤微生物活性，對土壤中養(yǎng)分存在的形態(tài)和有效性、土壤的理化性狀以及植物的生長發(fā)育都有很大的影響［1］。近10 年來，隨著化肥的施用量不斷增長，土壤酸化問題尤其嚴重。因此，找到一種能夠準確、快速的測定土壤pH 對評估耕地質量和制訂相應合理的改良措施具有重要指導作用［2］。常用的pH 測試方法主要有pH 試紙、混合指示劑比色法和電極電位法?，F(xiàn)實過程中受測試精度和設備價格的限制，電極電位法因其快速、準確的獲取結果而被廣泛采用［3］。截至目前為止，國內在科研和實際生產中土壤pH 測定的主要依據(jù)是國家林業(yè)局1999 年發(fā)布的《森林土壤pH 的測定》（LY/T1239—1999）［4］和農業(yè)部2006 年發(fā)布的《土壤檢測》第二部分《土壤pH 的測定》（NY/T1121.2—2006）［5］以及農業(yè)部2007年發(fā)布的（NY/T1377—2007）［6］等標準。2005 年，國際標準化組織發(fā)布了《土壤質量-pH 的測定》（ISO 10390：2005）的國際標準［7］。比較土壤pH 國際標準與國內標準測試方法的差異，主要表現(xiàn)在液土比大小、振蕩時間和靜置時間等的不一致（表1）。也有研究表明，使用不同的液土比對土壤pH 進行測試，通過對測試結果線性回歸是可以實現(xiàn)不同測定方法結果之間的數(shù)據(jù)轉換［8］，但是目前采用國際國內2種標準測定不同耕地類型土壤pH 的比較分析尚未見報道，這也限制了國際標準在國內的廣泛應用。

表1 國際和國內標準待測液制備條件差異

中國幅員遼闊，耕地面積約1.3 億hm2，占國土面積的13.5% 左右，作物種植和耕地類型多樣，不同耕地類型土壤的pH 差異也很大，其表層土壤的pH為4.5~8.5［9-11］。測定耕地土壤的pH 多采用國內方法，不同研究采用的液土比不盡相同，主要采用2.5∶1 和5∶1 兩種，致使測定的結果之間存在差異；除此之外，耕地土壤內含物比較復雜，浸提靜置后，一些難溶性雜質會懸浮在浸提液中對pH 的測試造成一定的影響，長期如此也會縮短測試電極的使用壽命，因此使用過濾手段降低這一因素的影響很有必要。本研究以中國幾種不同耕地類型土壤為研究對象，使用國際和國內標準測定pH，分析比較2 種標準之間的差異和相關性，增加浸提液過濾處理，對影響pH 測定因素進行分析探討，旨在為耕地土壤pH 的測試提供指導，以期獲得一種詳盡、實用和重復性好的檢測方法。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與制備

不同地區(qū)耕地土壤樣品采集信息見表2。在每個耕地選取種植作物、基本均勻的耕地，布設5 個50 m×50 m 的樣地，每個樣地按“S”行布點取樣20份，采樣深度為0~20 cm，將20 份土樣去除植物根系石塊，混勻后用四分法裝至樣品袋帶回實驗室分析。土壤樣品室內風干，去除殘留的植物根系，壓碎后過2 mm 篩保存［12］。

1.2 試驗設計

中國標準LY/T 1239—1999、NY/T 1121.2—2006和NY/T 1377—2007 3種土壤pH 的測試方法與國際標準之間的差異主要是待測液制備條件的差異。本研究主要依據(jù)國際標準和國內標準（NY/T 1121.2—2006）的測定標準，以水為浸提液，分別設置了4 組試驗，通過控制水土比、振蕩時間和測試液是否過濾研究影響pH 測定結果的因素，比較2 種標準測定結果之間的差異，具體試驗設計見表3。

表3 試驗設計

1.3 土壤pH 的測定

國際標準采用量匙量取土壤。試驗用水為二級水標準并去除CO2，試驗溫度均控制在（20±2）℃，使用梅特勒FE28 型pH 儀測定，電極使用復合電極（LE438），每個土樣做3 次重復，求平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均用SAS 8.0分析，并用Excel 2007作圖。

2 結果與分析

2.1 水土比對土壤pH 測定的影響

在改變水土比的條件下，不同耕地類型土壤pH的測定結果見表4。從總體來看，當水土比從2.5∶1提高到5∶1 時，相同前處理條件下從水稻土（南方）到水稻土（北方）pH 分別平均增加0.10、0.07、0.08、0.05 和0.10 個單位。

2.2 振蕩時間及測試液過濾對土壤pH 測定的影響

在改變振蕩時間和測試液過濾條件下，不同耕地類型土壤pH 的測定結果經(jīng)方差分析表明，隨著振蕩時間的增加，同種耕地類型土壤，相同水土比條件下，無論浸提液是否過濾，各種耕地類型土壤pH 均未表現(xiàn)出明顯的變化（表4）。

表4 不同水土比和振蕩時間下pH 測定結果（平均值±標準偏差）

2.3 pH 測定影響因素方差分析

雙因素方差分析（表5）顯示，依據(jù)試驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的結果，土壤pH 的測定主要受水土比的影響，振蕩時間和水土比之間無顯著的交互作用。

表5 影響因素方差分析

2.4 國際和國內標準測定結果比較分析

2.4.1 國際和國內標準土壤pH 測定結果的比較國際標準測定不同耕地土壤pH 的平均值與標準偏差分別為7.01±0.04、6.19±0.02、8.10±0.02、5.09±0.02和7.52±0.03，國內標準（NY/T 1121.2—2006）測試結果平均值與標準偏差分別為6.91±0.02、6.12±0.02、8.02±0.04、5.04±0.01 和7.43±0.03，兩者標準測試的結果之間基本無差異（圖1）。

圖1 國際和國內標準測定耕地土壤pH 結果比較

2.4.2 國際和國內標準測定結果相關性分析 對使用國際和國內標準（NY/T1121.2—2006）的測定結果進行相關性分析（圖2），結果表明2 種標準的測定結果達到極顯著相關（R2=0.999 2，P<0.000 1），其相關性方程為y=0.988 7x-0.001 6，表明這2 種方法測試的數(shù)據(jù)可以進行轉換。

圖2 國際標準與國內標準測試結果相關性分析

3 討論

土壤pH 是影響土壤肥力的一個重要指標，其不僅影響土壤微生物活性，而且影響土壤理化性質以及植被對土壤有效養(yǎng)分的吸收和利用［13］。因此，準確測定土壤pH 對耕地質量的管理和評估具有重要意義。

本研究采用國際和國內（NY/T 1121.2—2006）標準測定不同耕地類型土壤pH，對2 種標準測定結果進行比較分析，設置了不同水土比、振蕩時間和浸提液過濾過程，研究其對pH 測定的影響。研究結果表明，只有液土比對土壤pH 測定產生一些影響，但不顯著，另外2 個因素對土壤pH 測定影響甚微。國際標準測定土壤pH 采用體積比（水土比為5∶1），可以適用于所有類型的種植土壤，而中國對土壤pH 測試都使用質量比，這樣勢必會增加一定的工作強度。pH 測試方法放入國際和國內標準中，對振蕩時間都有不同的要求，本研究結果表明，在5~60 min，振蕩時間對土壤pH 測試沒有顯著影響，因此，在分析大批量或者超大批量的土壤pH時，可以采用振蕩5 min即可滿足測試要求，縮短工作時間，提高工作效率。另外，由于耕地土壤內含物質比較復雜，土壤樣品浸提后，一些難溶物，特別是漂浮的微小雜質會對pH計的電極產生一定的干擾，從而降低pH 計測試的精度，延長儀器測試樣品的穩(wěn)定時間。依據(jù)儀器工程師的使用建議，本研究增加了對浸提液進行過濾的環(huán)節(jié)，同時也保證過濾和測試整個過程在120 min 內全部完成。研究發(fā)現(xiàn)，浸提液過濾對土壤pH 測試結果沒有任何影響，并且浸提液經(jīng)過濾后，測試液大部分處于澄清狀態(tài)，儀器測試穩(wěn)定時間縮短，重復性好。此外，溫度對土壤pH 測試會產生較大的影響，國內標準對測試溫度沒有做詳細的規(guī)定，但國際標準在pH 計的校正和測試環(huán)節(jié)均明確指出需在（20±2）℃條件下進行，因此，國際標準在測試溫度方面的要求明顯高于國內標準。對使用國際和國內標準測定5 種不同類型耕地土壤pH 測試結果進行比較分析（圖1），其中果園、大棚西瓜和青稞地土壤從酸性到堿性，國際標準測定結果顯著高于國內標準（P<0.05）。由此可見，酸堿性不同土壤使用不同的測試標準可能會影響到最終結果的可比性。本研究中，國際和國內標準測定結果達到極顯著相關（R2=0.999 2，P<0.000 1），其相關性方程為y=0.988 7x-0.001 6，可以進行2 種方法結果的數(shù)據(jù)轉換。吳淑娟等［3］于2018 年使用國際標準（土水比1∶5）和國內標準（土水比1∶2.5）對5 種不同的草地土壤pH 進行了比較研究，并建立了2 種方法的線性回歸方程：y=0.946 8x+0.479 1（R2=0.998 8，P<0.000 1），為推進土壤pH 的測試使用國際標準提供了有力支撐。

4 結論

國際標準適用于所有類型耕地土壤pH 的測定，與國內標準測定結果具有顯著的相關性（R2=0.999 2，P<0.000 1），兩者之間可以進行數(shù)據(jù)間的轉換。

振蕩時間和浸提液過濾對測定結果無顯著影響，但浸提液經(jīng)過濾后，測試液大部分處于澄清狀態(tài)，儀器測試穩(wěn)定時間縮短，重復性好，且對pH 計的電極磨損降低，可以提高pH 計電極的使用壽命。