第13章 土壤电导率调查

第13章土壤电导率调查

第十三章土壤电导率调查

引言

土壤电导率与土壤性质密切相关，通过它的测定，能够及时有效地掌握土壤的盐分浓度、水分状况等多种性质，及时诊断农业生产问题，特别是土壤电导率等值线图，在指导农业生产、精细耕作等方面，具有特别重要的地位和作用，因此，土壤电导率调查与制图也是土壤调查制图不可缺少的重要内容。

第一节概述

一、土壤溶质与溶液

土壤液相实质上是以土壤水为溶剂，含有多种溶质的土壤溶液。土壤溶液是土壤中水的液相(aqueous liquid phase)和它的溶质(SSSA，1987)。土壤溶质的来源有两个方面，一是来源于自然条件，如岩石的矿物风化及其风化物的迁移，降水携带的物质进入土壤，古含盐地层中盐类的移动以及生物过程所形成的有机质中的可溶性部分;二是来源于人类活动，如工业生产中产生的废气、废物，农业生产中的农药的使用和施肥等。土壤的三相物质中，以液相，即土壤溶液为最活跃的部分。它的数量变化决定了土壤的液相与气相的比例。它的组成和浓度的变化影响着土壤溶液性质和土壤性质。土壤溶液及其组成的剖面分布是土壤发生发展的产物。

当电流通过电解质溶液时，离子发生定向移动，因而可以导电。土壤溶液的导电能力与溶液中离子浓度和电荷有密切关系，也与离子迁移速率有关。因此，土壤溶液的电导率可以反映土壤溶液中离子的浓度，也与离子的组成有关。土壤溶液电导率可用电导仪测得，简便而迅速。因此常用土壤溶液电导率与浓度等的经验关系来了解其溶液性质。河水、灌溉水和地下水的电导率的表示比较明确，不易混淆，但土壤溶液电导率常因各国惯用的土水比不同而异。

土壤溶液电导率应是土壤中实际溶液的电导率，可用ECw表示。在西方书籍中常用土壤的饱和浸出液(saturated extract)的电导率ECe来代表。其他国家在测定土壤盐分组成时，常用1:5或1:1土水比浸提。其浸出液的电导率可用EC1:5和EC1:1表示。因此，在表示土壤盐渍度时，其电导率指标常因不同的处理方法而异。

美国盐渍土的传统分类取ECe 等于4mS?cm-1为盐化与非盐化土壤的临界指标。但实际对敏感作物而言，ECe达2mS?cm-1以上已产生影响(见表13-1)。

对于表盐渍化土壤来说，盐渍化程度不同，土壤溶液的浓度发生变化，相应的土壤溶液电导率也随之发生变化。在土壤剖面的不同层次上，由于水分含量、离子浓度和种类的差异，其土壤溶液的电导率也不相同(见表13-2)。

灌溉水的质量对土壤和作物的生长有较大的影响，其中灌溉水中溶质的种类和离子浓度是重要的影响因素，因此灌溉水的质量可以用电导率来反映，一般分为四级(见表13-3)。

二、基本概念

2.1 电导和比电导

土壤溶液的导电能力服从于欧姆定律，常以电阻(R)的倒数，即电导(L)来表示。导体的电阻与其长度(le)成正比，而与其截面积(A)成反比。

式中ρ为比电阻或电阻率，以Ω?m，mΩ?cm或μΩ?cm为单位。为电导池常数，如设EC,，则

式中EC为比电导或电导率，即电阻率的倒数。电导率为电极面积为lcm2，两电极间间距为lcm所包容溶液的电导。电导的单位是西门子，ρ的倒数称为比电

导或电导率k，是长1厘米，截面积为1平方厘米的导体的电导。对于溶液来说，它是电极面积为1平方厘米，两电极之间的距离为1厘米时溶液的电导。K称为电导池常数，因为对于一定的电导电极或电导池来说K值是恒定的。

比电导的单位为姆欧,厘米(S?m-1)，也常用dS?m -1、mS?cm-1和μS?cm –1。习惯上以微姆欧,厘米表示，在国际单位制中，因为欧姆的倒数是西门子(S)，所以比电导用毫西门子,米表示。显然，1毫西门子,米=10微姆欧/厘米。

2.2 当量电导和极限当量电导

为了比较不同电解质溶液电导的大小，引入了当量电导λ这一概念。其定义为:在两个相距为1厘米的电极之间，含有1克当量电解质时溶液的电导。它与实测比电导的关系为:

(13-3)

式中C是电解质溶液的当量浓度。当量电导λ的单位为姆欧?厘米2/克当量。

由于电解质溶液中离子间的相互作用，当量电导随溶液浓度的增加而减小。对于强电解质的稀溶液，Kohlrausch提出了如下的经验公式:

(13-4)

式中K为常数，λ0是无限稀释时溶液的当量电导，称为极限当量电导。

式(13-4)表明，当量电导随溶液浓度和离子电荷的增加而减小。

强电解质的极限当量电导λ0可用作图法求得。由图13.1可见，如以KCl溶液的λ值对浓度的平方根()作图，当溶液浓度极稀时，λ与几乎成直线关系。将比直线外推到=0处，即得λ0值。

另一方面，弱电解质的极限当量电导不能用外推法求得。如醋酸就是这样，即使将其浓度稀释到0.001摩尔,升，λ与仍然不是直线关系。对于这类弱电解

质，λ0值可以根据Kohlrausch的离子独立迁移定律来计算。Kohlrausch认为，在无限稀释的强电解质溶液中，每个离子独立迁移而不受其它离子的干扰。因此，一种离子的电导是恒定的。一个无限稀释的溶液的电导是溶液中阳离子和阴离子的电导的总和。

Kohlrausch的定律可表示为:

(13-5)

式中和分别表示无限稀释时阳离子和阴离子的当量电导。

2.3 离子淌度(或迁移率)

当土壤溶液中的离子在外加电场的作用下定向移动时，其速度与电位梯度成正比:

(13-6)

式中和分别为阳离子和阴离子的移动速度;比例常数和为单位电位梯度下各自的移动速

?厘米-1)。度。这一比例常数称为离子淌度或迁移率，单位为厘米?秒-1,(伏在无限稀释时，由于离子移动时它们之间不存在相互作用，淌度达到一个极限值，称为绝对淌度Uo。在这种情况下，式(13-6)可写成:

(13-6a)

对于所有完全离解的电解质，极限当量电导λ0，与离子的绝对淌度有如下关系: