土壤樣品采集與處理

 

當(dāng)我們需要對某一地區(qū)或某一田塊進(jìn)行土壤性狀（物理、化學(xué)、生物和放射性性狀）研究時(shí)，因?yàn)椴豢赡軐φ麄€(gè)區(qū)域甚至一個(gè)不大的田塊的全部土壤進(jìn)行分析，通常必須從田間采取土壤樣品。因此，所采土壤樣品的各種性質(zhì)應(yīng)能*大限度地反映其所代表的區(qū)域或田塊的實(shí)際情況。即采取的土壤樣品必須具有代表性，否則，所得分析數(shù)據(jù)就失去了應(yīng)用價(jià)值。錯(cuò)誤的采樣，可能導(dǎo)致完全錯(cuò)誤的結(jié)論，即使具體的分析操作可能非常規(guī)范和**。因此，從這個(gè)意義上說，采樣技術(shù)是土壤研究的關(guān)鍵。所以，受到了研究者們的重視并進(jìn)行了大量的研究和總結(jié)。另外，在土壤采樣、處理、存儲直到進(jìn)行室內(nèi)分析的過程中，應(yīng)該避免任何可能改變土壤樣品性質(zhì)的因素存在。但是，由于土壤是一個(gè)多相物質(zhì)，它含有水分、氣體、生物、放射性核素等等，對于這些性質(zhì)在一般的采樣過程中是無法避免對它們的影響的，所以對這些成分的測定，要求有特殊的采樣方法，如采“原狀土樣”。為了進(jìn)行正確的規(guī)范的采樣，應(yīng)首先制定一個(gè)計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃包括：目的、地點(diǎn)、樣點(diǎn)數(shù)、采樣時(shí)間、采樣方法和步驟，后處理和分析項(xiàng)目等等，同時(shí)應(yīng)注意查閱在同一地區(qū)或地點(diǎn)的前人的研究結(jié)果。

 

1．1土壤樣品的采集

 

土壤采樣因目的不同而有所不同。通常有以下幾類：

 

為了研究土壤的基本質(zhì)量和性質(zhì)這是*常見的目的。這類研究通常是不定期對土壤肥力性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)測定，包括測定大量和微量養(yǎng)分狀況、pH、有機(jī)質(zhì)以及一些土壤物理性質(zhì)等。這類研究常可提出當(dāng)前土壤的肥力狀況以及應(yīng)采取的對策措施，這類采樣大多限于耕層(根密集區(qū))，當(dāng)然有時(shí)也采深層土壤（如為了了解土壤氮素狀況等）。這類采樣常常并不嚴(yán)格區(qū)分土壤的發(fā)生層次；

 

為了編制土壤圖這類采樣必須按土壤類型和剖面的發(fā)生層次采取，分析的項(xiàng)目常包括土壤化學(xué)性質(zhì)，土壤礦物性質(zhì)以及生物的和物理的性狀。為了編制土壤圖常需要挖出一系列的土坑或用土鉆獲得心土和某一土層土樣，有時(shí)需要采集原狀土樣。這類采樣通常是一次性的；

 

為了某種法律或法規(guī)的仲裁需要，例如，為確定某一地區(qū)或地點(diǎn)的土壤是否已經(jīng)受到人為物質(zhì)的污染以及污染程度和污染范圍等，有時(shí)需要確定某一污染物質(zhì)的確切來源。這類采樣需事先確定采樣地點(diǎn)及樣點(diǎn)密度。它主要采取表土。只分析特定的物質(zhì)（元素）或性質(zhì)。有時(shí)由于所涉及的物質(zhì)在土壤中有較大移動性，這時(shí)則需采深層土樣或水樣。

 

為了**性評價(jià)要在某一地區(qū)或地點(diǎn)查明已被某種對人類的健康和**或者對生態(tài)環(huán)境有潛在危險(xiǎn)的物質(zhì)污染狀況。這時(shí)需采取土樣進(jìn)行分析以便對該地區(qū)的**進(jìn)行評價(jià)，從而確定這一地區(qū)現(xiàn)在和將來的使用前景，這類采樣只能根據(jù)特定條件小心地制定采樣計(jì)劃。通常，這類采樣和仲裁類采樣采樣點(diǎn)都較多。所以可使用機(jī)械采樣。

 

1.2采樣應(yīng)注意的兩點(diǎn)原則

 

土壤性狀的空間和時(shí)間的變異性

土壤性狀的變異性在空間土有水平方向的變異，和垂直方向土的變異，在時(shí)間土有季節(jié)性變異和年際問的變異；所以在某些條件下，不僅要研究土壤水平方面的變化，也要研究垂直方向和季節(jié)性的變化。

 

在確定采樣方法時(shí)，*好能事先了解采樣區(qū)或田塊的變異可能，這包括：（1）自然變異。主要由土壤成土程中造成的變異，如一個(gè)土壤剖面不同層次（如A層和B層）間的變異。但自然變異在水平方向通常是連續(xù)的，即樣點(diǎn)愈近，性質(zhì)愈相似。但地形變化造成的變異則較大，它們在物理和化學(xué)、生物性質(zhì)土可能有很大差異。（2）人為變異。土壤耕作、施肥等田問管理措施等人為因素造成的變異也是很大的，在一個(gè)地區(qū)，如果由于平整土地，造成底土裸露時(shí)，土壤性質(zhì)將在很短水平距離內(nèi)有巨大變異，這就為采取“代表性”土樣造成巨大困難。（3）微域變異。在數(shù)米范圍內(nèi)土壤性狀可能有顯著變異，這種微域變異實(shí)際土大多也是由施肥造成。

 

一個(gè)土壤樣品只能代表一種土壤條件

由兩個(gè)差異極大的土樣混合而成的混合樣品，所得分析結(jié)果不能代表兩種情況下土壤性質(zhì)的“平均值”，在這種情況下，必須分別取樣。

 

1.3采樣布點(diǎn)

 

1.3.1混合樣采樣點(diǎn)數(shù)的確定

 

田間采樣一般以多點(diǎn)采樣進(jìn)行取土，采集混合土樣。特殊情況下僅采一點(diǎn)。在一個(gè)采樣區(qū)甚至一個(gè)田塊，常常需要把多點(diǎn)采集的土樣混合成一個(gè)混合樣，這樣可以大大減少分析量，并得到平均值，但其前提是采樣區(qū)土壤比較均一。混合樣適合于生物和化學(xué)分析的需要。

 

要確定在一個(gè)采樣區(qū)要采多少點(diǎn)才能達(dá)到精度的要求，這決定于所要研究的性狀的變異程度和要達(dá)到的精度，通常采樣點(diǎn)數(shù)可由下式確定：

n =t²*S²/D²

式中：

n：應(yīng)采樣點(diǎn)數(shù)；t：在設(shè)定的自由度和概率時(shí)的t值（查t表）S：方差，它可以由全距（R）按式S² =（R/4）²求得；D：分析者希望所研究性狀的變異范圍。例如，在一個(gè)研究土壤有效磷水平的采樣區(qū)，土壤有效磷的變化由0～13mg kg^-1（P）（需事先了解），所希望的平均結(jié)果的變異在1.5 mgkg^-1范圍內(nèi)，在設(shè)定自由度為10時(shí)，在機(jī)率P=0.05時(shí)t＝2.23（查t表）則采樣點(diǎn)數(shù)：

 

n =（2.23）²*（13/4）²/（1.5）² = 23

即在土述條件下需要采23個(gè)樣點(diǎn)混合成一個(gè)混合樣。

 

一般情況下一個(gè)采樣區(qū)內(nèi)的采樣點(diǎn)可在20～30個(gè)范圍內(nèi)。水田田塊在0.5公頃以下時(shí)，可采10個(gè)樣點(diǎn)即可。

 

1.3.2田間采樣布點(diǎn)

 

土壤采樣點(diǎn)的配置大體土有4種方法：隨機(jī)布點(diǎn)法、分區(qū)隨機(jī)布點(diǎn)法、系統(tǒng)布點(diǎn)法、非系統(tǒng)布點(diǎn)法。

                                                                                     隨機(jī)布點(diǎn)法：如果所研究的土壤性質(zhì)或元素是隨機(jī)分布的，或者在采樣區(qū)分布是均勻的，或者過去利用歷史相同，且地形地貌一致時(shí)，則可以用隨機(jī)布點(diǎn)法采樣，然后混合為一個(gè)樣品。在所劃定的區(qū)域較大時(shí)，可用隨機(jī)表來確定采樣地點(diǎn)（隨機(jī)表可在統(tǒng)計(jì)學(xué)書中找到），但較麻煩，要分小區(qū)，編號等。所以，如果采樣區(qū)不大，可改用“之字形”。如果土壤均勻，在0.5公頃的面積中，采10個(gè)左右的樣點(diǎn)即可；如果面積較大，而且略有變異，則采點(diǎn)要增到25個(gè)以土；如果變異明顯，則應(yīng)采用其它方法。

 

隨機(jī)法可以得到樣品性狀的平均值和置信限，但不能取得該性質(zhì)數(shù)據(jù)的分布。這種方法很少用于土壤調(diào)查工作，有時(shí)可以用于土壤肥力研究。

 

分區(qū)隨機(jī)布點(diǎn)法：在土壤性狀有顯著變異或地形地貌不同時(shí)，應(yīng)按土壤類型、土壤顏色、地勢等分為幾個(gè)亞區(qū)進(jìn)行隨機(jī)布點(diǎn)。這種方法可以獲得亞區(qū)內(nèi)的變異狀況和特點(diǎn)，但要事先確定區(qū)分亞區(qū)的界限所在。

 

系統(tǒng)布點(diǎn)法：這種方法的典型代表是方格法，是把所研究的區(qū)域分成大小相等的方格，間距約15～30m，線的每個(gè)交點(diǎn)即為采樣點(diǎn)。每個(gè)采樣點(diǎn)土壤由樣點(diǎn)1m范圍內(nèi)的8～10個(gè)小樣構(gòu)成混合樣。這種布點(diǎn)法不僅可以得到這一地區(qū)土壤性狀的平均值，而且可以了解其變異的規(guī)律和界限。

 

非系統(tǒng)布點(diǎn)法：這種方法廣泛應(yīng)用于土壤肥力研究，包括試驗(yàn)小區(qū)采樣。它是按X、W、N和S形的線段布置采樣點(diǎn)，然后進(jìn)行土壤混合。應(yīng)用這種方法的前提是，采樣區(qū)土壤性狀大體是均勻的。在土壤性質(zhì)、作物類型、生長狀況、過去利用方式或管理方法差異較大時(shí)，可以分區(qū)后再應(yīng)用這種方法采樣。但這種方法不適于點(diǎn)源污染或點(diǎn)源變異，因?yàn)槿菀茁┑舾咦儺慄c(diǎn)。非系統(tǒng)法布點(diǎn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）所研究的元素或物質(zhì)在采樣區(qū)內(nèi)大體是均勻分布的，否則應(yīng)劃分亞區(qū)后再行布點(diǎn)。（2）避免在較大布點(diǎn)區(qū)應(yīng)用單一對角線布點(diǎn)。（3）沿對角線所布采樣點(diǎn)應(yīng)是等距的，即短線點(diǎn)少，長線點(diǎn)多。（4）不同樣點(diǎn)的間距不應(yīng)人為改變。

 

1.3.3采樣深度

 

采樣深度決定于研究目的，以下幾點(diǎn)可供參考。

（1）農(nóng)戶農(nóng)田表層采樣深度一般在15～20cm，由于我國農(nóng)村農(nóng)田耕作多用人力或小型機(jī)具，所以耕層在15左右，采樣深度以在15cm左右為宜，一般不應(yīng)超過20cm。通常用鏟子采樣。

（2）農(nóng)場采樣可在20 cm左右，因?yàn)檗r(nóng)場用大型機(jī)具耕種，但一般不應(yīng)超過30 cm。

（3）在研究移動性較大的養(yǎng)分（如無機(jī)N）時(shí)，采樣深度多在1m左右。

（4）草原土壤采樣深度在表層5～15 cm。

（5）研究降雨等大氣沉降影響時(shí)，采樣深度一般在0～5cm。

（6）采樣深度在一般情況下均不應(yīng)跨越土壤發(fā)生層次。

 

1.3.4采樣時(shí)間和頻率

 

（1）采樣時(shí)間：土壤，特別是農(nóng)田土壤，其某些性狀（養(yǎng)分水平，甚至pH值等）可因季節(jié)不同而有變化。這些變化的原因有施肥、作物吸收、土壤有機(jī)物礦化、雨水淋溶等等。一般說，某些有效養(yǎng)分水平在冬季或早春可能較高，而在夏未秋初較低。從我國情況來看，雖然這方面缺少具體資料，但是在作物收獲后的秋季，可能較低，而在次年春季種植前可能較高（在無外加影響土壤養(yǎng)分水平因素的情況下）。所以，在秋季采樣可能更能反映土壤對養(yǎng)分的需求程度；因而建議在定期采樣時(shí)在一年一熟的農(nóng)田的采樣期放在前茬作物收獲后和后茬作物種植前為宜，如一年多熟農(nóng)田則放在一年作物收獲后。在不少情況下均以放在秋季為宜。當(dāng)然，只需采一次樣時(shí)，則應(yīng)根據(jù)需要和目的確定采樣時(shí)間。在進(jìn)行大田長期定位試驗(yàn)的情況下，為了便于比較，每年的采樣時(shí)間應(yīng)予以固定，

 

（2）采樣頻率：需要長期采樣的區(qū)域或田塊，采樣間隔時(shí)間決定于研究目的。對于監(jiān)控土壤性狀演變?yōu)槟康牡难芯?，在試?yàn)初期（2～4年）采樣頻率要密一些，以后間隔時(shí)間可長一些。同時(shí)，采樣頻率還決定于分析項(xiàng)目，如土壤全量養(yǎng)分（全氮，有機(jī)質(zhì)，全磷，全鉀，全鈣等），一般3～5年分析一次即可，有效養(yǎng)分（如有效磷、鉀、氮等）試驗(yàn)初期應(yīng)每年采樣一次，以后每2或3年采樣一次，另外，質(zhì)地較輕的砂性土采樣頻率要密些。在土壤中移動性較大的養(yǎng)分（如NO₃^-和SO^42-）也應(yīng)密些。

 

1.3.5采樣數(shù)量       

 

對有保存價(jià)值的土壤樣則應(yīng)適當(dāng)多采一些，如果僅僅作一次分析用則可少些。不過，以化學(xué)分析為目的的土樣，通常不應(yīng)少于500g，這包括單點(diǎn)樣或混合樣；如果樣品是作為“準(zhǔn)樣”的（分析標(biāo)準(zhǔn)），則至少要有2000g；如果土樣中存在大粒砂粒、礦物、卵石等應(yīng)該剔除并且在分析結(jié)果報(bào)告中予以說明，并給出在這些礫石等存在時(shí)的含量。物理和生物分析所需土壤數(shù)量應(yīng)根據(jù)分析項(xiàng)目本身的要求來確定，沒有統(tǒng)一的數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)。但應(yīng)注意，在測定土壤物理性狀或測定土壤中揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)不能用混合樣。

 

1.3.6樣品的記錄

 

 一個(gè)土壤樣品，必須有詳細(xì)的記錄，至少包括以下內(nèi)容：

（1）采樣地點(diǎn)，包括省、縣、村及地物特征?，F(xiàn)在可以利用全球定位系統(tǒng)儀器很方便地在野外確定采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度，其精度達(dá)到1m。同時(shí)編號。

（2）采樣地基本情況：利用情況，（農(nóng)田、荒地、林地〕地形，坡度等等。

（3）采樣時(shí)間（年，月，日）。

（4）采樣方法。包括樣點(diǎn)配置方法，樣點(diǎn)間距，混**樣點(diǎn)數(shù)，采樣深度等。

（5）其他與采樣和今后研究有關(guān)的情況（如采樣人員等）。

 

1.4土壤樣品的處理

 

土壤樣品從田間采集后常常需要一定的處理，主要是干燥、磨細(xì)和過篩。

 

干燥：由田間采回的土壤樣品含水量大體土處于風(fēng)干到水分飽和的狀態(tài)之間，通常需要進(jìn)行干燥。干燥分為風(fēng)干（通常在氣溫25～35℃，空氣相對濕度為20～60％時(shí)）和烘干（通常在35～60℃）兩種，但通常采用風(fēng)干法，因?yàn)樗奖?，相對而言，對土壤性狀影響較少。土壤風(fēng)干是把田間采回的土壤攤平，放在通常是50X 60 X 2.5cm的盤中，盤可以是塘瓷的或塑料的等。風(fēng)干時(shí)各個(gè)土樣應(yīng)處于同樣條件下。同時(shí)盤要編號，更重要的是要有一個(gè)帶編號（用鉛筆寫）的不怕水濕的塑料標(biāo)簽放于土中。但應(yīng)注意此標(biāo)簽在隨后的磨碎時(shí)必須取出，以防和土一起被磨碎而混在土中。盛有土壤的盤子可以放在特制的多格的架子中，在空氣中風(fēng)干。在理想條件下，在室內(nèi)有熱風(fēng)（不超過35℃）不斷通過土壤表面，熱風(fēng)濕度在30～70％。干燥期間必須注意防塵。避免直接曝曬。

 

磨細(xì)和過篩：野外采回的土壤一般叫原樣土。風(fēng)干后的土樣需要經(jīng)過剔除侵入體、粗有機(jī)物后，磨細(xì)和過篩，才能供分析使用。一般物理分析和有效養(yǎng)分分析過2mm篩（10目），全量分析過0.149mm篩（100目）。