珍惜足下方寸土地 科学仪器撬动小破球（土壤篇）

过去，人们关心环保是担忧环境污染会对人类健康造成影响，而现在环境问题已经涉及人类生存环境的方方面面。在上一篇地球环境日主题文章当中，小编已经介绍了人类在大气环境保护上做出的努力。今天，本篇文章将从土壤环境入手，继续介绍科学仪器在地球环境保护方面的应用。
 

 
土壤危机
 
　　土壤危机日益深重 检测仪器需求催生
 
　　森林锐减、草场退化、沙漠扩大、土壤酸化、耕地污染……近百年来，人类脚下的土地在不知不觉之中发生着种种变化，广袤的地球表面逐渐疮痍遍布，失去原有的活力和绿意。人类活动产生的固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断从土壤表面往下渗透，污染气体也不断随雨水降落在土壤中。与此同时，人口激增、城市扩张对土地带来了巨大的压力，过度的开垦放牧、矿产开发、植被砍伐造成了地理环境的严重破坏。尤其是荒漠化，已经成为为严重的环境问题。
 
　　为了遏制土壤污染危机继续蔓延，世界各国都出台了相应的政策和法规。2016年5月28日，我国印发《土壤污染防治行动计划》，即“土十条”。该计划从十个方面提出了“硬任务”，其中就包括土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况。伴随着“土十条”的出台以及计划的落实，催生出巨大的土壤检测需求，对土壤检测仪器的要求也日益提高。
 
　　从前处理到分析测试 土壤检测有哪些方法
 
　　根据不同的检测需求，土壤检测仪器分为土壤前处理、土壤养分、土壤水分、土壤硬度、土壤酸碱度等类别。作为一切土壤检测实验的重要基础，土壤前处理可谓是至关重要。有别于水质、食品、药品等其他样品，土壤的成分更为复杂，因此前处理步骤也相对更多。在此之前，技术人员需要先对待测土壤进行科学取样，将土壤进行整修、清理过后，再按层次自上而下逐层从中心典型部位取样。不同土壤性质可以采用不同的土壤采样器，比如农地可以用小型铁铲，研究土壤物理性质可以用环刀，需要化学分析的使用土钻。
 
　　经过取样之后，研究人员需要对土壤样品进行前处理，保证处理过后的样品没有物质流失，且能符合测定方法的要求。主要目的在于提取测定成分，将干扰成分进行去除、掩蔽或者浓缩、衍生化处理等等。常用方法包括过滤、离心分离、干燥去除水分、消解或浸提等，使得测定成分进入溶液，便于分析仪器进行测定。
 
　　接下来就是重要的土壤检测环节，检测项目涵盖养分、水分、硬度、酸碱度等指标。其中，土壤养分指的是在土壤中能直接或经转化后被植物根系吸收的矿质营养成分，包括氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、钼、锌、锰、铜和氯等多种元素。耕地对土壤成分的含量要求较高，如果土壤有效成分不足，农作物就容易发生缺素症的现象，不利于正常生长和成熟。反过来，当耕地被过分利用，就会导致养分不足，影响后续农作物的种植。对此，土壤养分测试仪可以快速检测土壤、植株乃至化肥中的各类元素含量，准确了解土壤性质，以便正确施肥，补充缺少的元素。要知道，施肥不仅能提高农作物的产量和品质，还可以有效避免由于过量施肥而产生的土壤环境问题。
 
　　除了养分，土壤所含的水分也对农作物有着重要作用。过于干燥的土壤难以提供充足的水分，支持农作物生长。土壤水分测定技术多种多样，包括烘干法、中子法、TDR、FDR、电阻法、电容法、遥感方法、地探雷达等。以为经典且仍在沿用的烘干法为例，操作人员需要根据要求深度分层取样，将土样放入铝盒盖好，避免水分蒸发影响实验结果。随后，对铝盒进行称重之后取出土样，将其放置于烘干箱内，设定温度和时间进行烘干，直到土样重量不再变化。通过对比烘干前后的重量，就可以计算出土壤含水量。目前，为了提高烘干效率，红外线烘干法、微波炉烘干法、酒精燃烧法等也得到了应用。除了烘干法之外，采用的土壤水分检测仪也不失为一种好方法。
 
　　那么，土壤硬度和酸碱度又是什么指标？对土壤质量有何影响呢？土壤硬度是土壤质地、结构、含有机质与腐殖质和含水量等综合反映的一项土壤机械性状。硬度过高的土壤会阻止水分和化肥的渗入，不利于植物根系生长。在现代农业生产中，土壤硬度计已经是用于土壤硬度测量的常规仪器，不仅可以显示土壤硬度、测量深度和地理位置，还可以与计算机连接，记录每个测量点的土壤硬度值，自动生成曲线。土壤酸碱度则是土壤酸度和碱度的总称，取决于土壤中存在的氢离子和氢氧离子。近年来，由于人类活动的影响，多地土壤发生了严重的酸化或者盐碱化，而大多属植物在pH>9.0或者<2.5的情况下都难以生长。为了保证作物成活率，在种植之前有必要采用电极法或石蕊试纸比色法对酸碱度进行测定。