一、土壤肥力测定的意义及其作用
土壤是化学、生物和物理过程相互作用的复杂系统，为了获得高产的栽培作物，必须很好的平衡这些相互作用。农业的生产力和作物的产量在很大程度上取决于土壤的营养成分和营养状况。因此，通过合适方法了解土壤营养状况是确保作物高产的基础。
通过土壤肥力的测定，一方面，可以了解土壤矿质营养的丰缺程度，以指导农业生产中肥料种类和施用量的确定；另一方面，可以根据测定的土壤物理、化学和生物参数评价土壤状况，选择适宜的种植作物并指导其进行土壤改良。
随着社会的发展进步，土壤测试已经逐渐成为确保作物产量的重要实践。一方面，逐渐发展的机械化导致农业种植的规模逐渐增加，对肥料科学施用的要求愈发强烈；另一方面，合成氨技术的发展，使得作物具有了更高的产量，这导致了大量的作物养分，特别是土壤磷和钾资源的枯竭。因此，土壤肥力的测定对作物生产起到了愈发重要的作用。
二、土壤养分测试的原理和流程
土壤养分的目标是测定土壤中与植物生长息息相关的土壤矿质营养成分或者其他物理化学指标，因此其要求测定指标与作物的生长需求具有一定的相关性。土壤测试的流程包括了：1）确定分析项目 2）田间采样 3）样品处理 4）选择分析方法 5）室内分析。为了确保测定参数的准确性、以及和作物生长的相关性，一方面要求田间采样具有代表性（本文不进行深入讨论）；另一方面要求选定的样品处理方法和测定方法所测定参数能很好反映了作物的生长需求，其中最为重要的则是土壤样品的浸提步骤。
在土壤养分分析的发展历史中，诞生了许许多多测定方法，这些方法大多是采用了不同的浸提剂进行浸提。而在这些方法中，一些与作物生长状况具有良好相关性的方法被广为流传成为了经典方法。下文将从各个项目的测定方法开始，到一些经典方法的介绍，最后对现代的一些土壤分析仪器进行扩展。
三、土壤基本肥力测定
1．有机质的测定
土壤有机质是土壤中各种形态有机化合物的总称，是植物营养元素的重要来源，对土壤的物理化学性质都具有巨大影响。土壤有机质的测定有干烧法、湿烧法、铬酸氧还滴定法和比色法。其中较为广泛使用的为铬酸氧还滴定法，其原理在于通过重铬酸钾氧化有机质,通过亚铁离子在指示剂（邻菲罗啉）下滴定确定重铬酸钾使用量，间接确定有机质含量，根据加热方法不同，又分为外热源法和稀释热法。
2．全氮含量的测定
土壤氮素是植物需要的大量营养元素之一，而植物50%以上的氮来自于土壤。土壤全氮包括了土壤中的无机和有机氮成分。全氮的测定采用干烧法和湿烧法，其中广泛使用的为湿烧法（开式法）。其原理为在催化剂作用下，浓硫酸氧化氮素为铵根离子，通过碱转化为氨被H3BO3吸收后在溴甲酚绿-甲基红指示剂下通过标准酸滴定间接得到全氮含量。
3．全磷含量的测定
土壤全磷测定包含了土壤的有机磷及占大多数的无机磷（磷酸盐为主）。全磷的测定包括样品分解和磷的定量。常用的样品分解方法有碱熔法和酸熔法，一般采取H2SO4-HClO4酸熔法进行样品分解。而磷的定量可采用重量法、滴定法以及比色法，综合各种方法的优缺点，一般采用钼锑抗比色法作为磷定量方法。其原理为通过钼酸与磷产生杂多环，这个杂多环会在还原剂的作用下还原形成兰色-钼兰，在分光光度计下测定。
4．全钾含量测定
土壤全钾的测定包括了土壤矿物结构钾、非交换态钾、交换性态钾和水溶性钾。全钾的测定也包括样品的分解和钾的定量，其中样品的分解多采用HF-HClO4酸溶法进行；而钾的定量普遍采用火焰光度法，在灼烧的状态下通过原子发出的波长光来测量钾的含量。
四、指导施肥的土壤养分测定
1．土壤有效氮的测定
土壤有效氮的测定可以分为可矿化氮的测定、易水解氮的测定和无机氮（硝态氮、亚硝态氮、铵态氮）的测定
（1）土壤可矿化氮测定
可矿化氮的测定采用为微生物对土壤氮进行充分分解矿化，使得易水解有机氮转化为无机氮，通过测定其无机氮含量来计算可矿化氮含量。根据微生物分解矿化的条件，可分为好气培养法和嫌气培养法。
| 可矿化氮的测定方法 | 测定条件 | 优缺点 |
|---|---|---|
| 好气培养法 | 1）温度：25-35°C 2）水分：50-60%最大持水量 3）时间：2-4周 | 与N吸收相关性高；条件严格；可靠性较差 |
| 嫌气培养法 | 1）嫌气态 2）温度：30-40°C 3）时间：1-2周 | 条件易控；快速准确；有反硝化干扰 |
（2）易水解氮的测定
（3）无机N的测定
硝态氮的测定
硝态氮的定量可采用酚二磺酸与紫外分光光度计的方法，前者通过酚二磺酸在无水条件下与下三反应生成碱性条件下的稳定黄色产物而测定；后者是通过在紫红外波段硝酸根离子的不同吸收特性进行测定。
| 硝态氮定量方法 | 条件 | 干扰 | 适用范围 | 优缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 酚二磺酸法 | 无水条件；微碱性或保持中性 | Cl-、NO2-、重金属、有机质 | 0.1-2 mg L-1 | 准确性高；操作繁琐 |
| 紫外分光光度法 | OH-、CO32-、HCO3-、NO2-、及Fe3+、Cu2+、有机质 | 快速便捷；准确性较高 |
亚硝态氮测定
亚硝态氮的测定最常用的为Griess比色法（重氮-偶联法），其原理为亚硝酸根与重氮试剂发生重氮化反应，然后与偶合试剂发生偶合形成红色偶氮化产物而测定
铵态氮测定
铵态氮的测定普遍采用靛酚蓝比色法进行，其通过铵态氮与次磷酸盐和苯酚的作用生成靛酚蓝得以显色，通过测定兰色测定铵态氮量。
2．土壤有效磷测定
3．有效钾的测定
4．Cu、Mn、Zn、Fe的测定
Cu、Mn、Zn、Fe为属于土壤微量元素，其测定与土壤大量元素存在一定差异。由于其在土壤中含量较低且组成复杂，因此往往要求测定过程中不得引入外界离子干扰，且对定量方法的灵敏度具有较高的要求
5．土壤S的测定
6．土壤B的测定
土壤有效B常常使用沸水浸提（水土比2:1，沸腾5min） ，定量方法常常通过甲亚胺分光光度计进行测定，其原理为甲亚胺与H3BO3形成黄色络合物，在分光光度计下进行测量。
7．土壤Mo的测定
土壤Mo的浸提可以使用沸水直接浸提，但其与植物的相关性较差，一般使用草酸-草酸铵（pH3.3）进行浸提。而其定量可以采用极谱法或者硫氰酸盐分光光度法进行定量。后者是在酸性介质中，硫氰酸盐与Mo6+络合，经过还原得到橙黄色络合物，可以进行比色定量。
8．土壤Cl的测定
| 土壤Cl测定方法 | 测定条件 | 评价 |
|---|---|---|
| 莫尔法 | 滴定溶液的pH6.5-10.5 | |
| Hg(NO3)2滴定法 | pH 3.0-3.5 | 终点明显；试剂有毒 |
| 氯电极法 | - | 终点不明显；简便快速 |
| 硫氰酸汞比色法 | - | - |
9．土壤Ca、Mg测定
土壤Ca、Mg的测定一般采用EDTA配合滴定法， 在pH12下以钙红作为指示剂EDTA滴定测定Ca含量，再在pH10条件下以铬黑T作为指示剂测定Ca、Mg合量，通过差值计算得到Mg含量。
10．土壤其他重金属的测定
对于重金属离子的浸提，一条思路是使用螯合剂或者酸对土壤的重金属离子进行螯合和浸提；另一条思路则是通过吸附金属吸附重金属离子后进行测定。对于重金属元素的测定，往往是使用联合浸提剂浸提多种重金属元素后通过AAS或者ICP等仪器手段进行测定。
五、土壤物理参数的测定
1．土壤pH的测定
土壤pH表征了土壤酸度大小，是衡量土壤质量的一个重要指标。常用的pH测定方法有比色法与电位法，其中比色法由于精度较低，常常用于野外的土壤速测，而电位法则是根据指示电极和参比电极之间的电池反应产生的电位差计算pH值的大小，具有准确快速的特点。在测定pH时需遵守以下标准：（1）水土比2.5:1或5:1 （2）浸提剂1mol/L KCl（酸性土）或0.01mol/L CaCl2溶液（中性碱性土） （3）浸提用水为去离子水 （4）浸提时间30min （5）粒径1-2mm
2．阳离子交换量的测定
阳离子交换量的测定的基本原理是通过浸提剂交换胶体上的可交换离子，再将游离离子洗去后交换下胶体上的离子进行测定，这便对浸提剂的选择提出了较高的要求。一方面要求浸提剂能够完全交换胶体上的阳离子；另一方面浸提剂的交换离子需要便于测定。而根据测定土壤的酸碱性不同，浸提剂的选择往往也有所不同
（1）酸性中性土壤
往往选择pH 1mol/L的NH4OAc作为浸提剂，由于其具有干扰少，NH4+定量方法多等优点，使得其被广泛使用
（2）石灰性土壤
石灰性土壤含有较多的碳酸钙、碳酸镁，在浸提过程中会参与阳离子交换，因此一般选择pH8.2的缓冲体系以减少其溶解。
| 浸提剂选择 | 适用条件 |
|---|---|
| 1 mol/L NaOAc（pH 8.2） | 含MgCO3多的土壤 |
| BaCl2-三乙醇胺（TEA）（pH 8.2） | 含CaCO3多的土壤 |
| NaOAc-NaCl法 | 含石膏多的土壤 |
| (NH4)2C2O4-NH4Cl快速法 | - |
六、现代土壤测定仪器
七、土壤测定项目的选择——以顺义农田为例
1．顺义土壤背景状况
根据中国土壤数据库数据可知，顺义土壤为灰黄土，质地多为砂质粘壤土，干旱缺水，pH8.0-8.5，微碱性反应。耕层有机质0.95-1.3%；全氮0.065-0.088%；全磷0.1-0.22%，速效磷7-16ppm；全钾2.0%，速效钾120ppm；Zn 0.95ppm；Cu 2.58ppm；B 0.125ppm；Fe 19ppm ；Mn 13ppm。且顺义区为北京的工业强区，可能存在重金属超标的问题。
2．测定指标与方法
八、土壤养分评价指标体系
土壤测试由于其自身的特点，不同方法对土壤养分的测定不同，且不同作物对土壤养分的需求不同，这就导致了土壤测试很难形成（或者说不可能）一个普适的评价标准。最为精确的评价标准一定是对应于特定的测量方法（下表以俄勒冈州立大学的土壤测试标准为例）；在综合考虑多种测量标准的前提下，可以给出较为粗略的评价标准（下表以第二次土壤普查的土壤分级为例）。
因为土壤标准的难以统一，科学家们便转而开始寻找衡量土壤养分状况的综合指标。根据土壤各项养分的含量我们已经可以给出该项指标的评价，而却无法综合多项指标给出足够信服的综合指标。在这里给出作者猜想的土壤综合评价的思路：首先，通过选定的各项指标标准，为各项指标进行评价打分，在对各项指标进行归一化处理后，先待定土壤各项指标间的权重，计算拟合综合指标与作物产量等性状的相关度，求得相关度最高情况下各指标的相对权重，以此作为土壤综合评价指标的标准。
而在一般情况选，往往采取土壤养分的几个重要值指标（如有机质、全氮、有效氮、有效磷、钾）等作为综合指标的参考。一个例子便是北京市对于土壤养分的等级划分规则，其中选取了有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾作为综合指标的衡量参数（这里不做介绍）。基于这种思路，有研究也提出了综合多项养分指标评价土壤养分情况的综合指标QUEFTS。
参考文献
1、Janssen B.H., Guiking F.C.T., van der Eijk D., et al. A system for quantitative evaluation of the fertility of tropical soils (QUEFTS). 1990, 46(4):299-318.
2、D.A. Horneck, D.M. Sullivan, J.S. Owen, and J.M. Hart.Soil Test Interpretation Guide.2011，Affiliation: Oregon Cooperative Extension，EC1478.
3、E.S. Marx, J. Hart, and R.G. Stevens.Soil TestInterpretation Guide.1999，Affiliation: Oregon Cooperative Extension，EC1478.
4、R.L. Westerman.Soil Testing and Plant Analysis, Volume 3, Third Edition.1990，the Soil Science Society of America.
5、Dhotare, V. A., Guldekar, V. D., Bhoyar, S. M., & Ingle, S. N. (2019). Evaluation of Soil Nutrient Index and their Relation with Soil Chemical Properties of Washim Road Farm of Dr.PDKV Akola, Maharashtra, India. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 8(09), 1773-1779. doi:10.20546/ijcmas.2019.809.205
6、中国土壤数据库-顺义：http://vdb3.soil.csdb.cn/front/detail-%E6%95%B4%E5%90%88%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93$integ_cou_soiltype?id=40175
7、R. A. Viscarra Rossel and A. B. McBratney.Soil chemical analytical accuracy and costs: implications from precision agriculture.1998，Australian Journal of Experimental Agriculture 38(7) 765 - 775
写在最后
写完了，呼~可喜可贺。
我写完了，假期也过完了呢（黑化）。
你说学习它还爱我吗？
