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ENVIdata-Redox 土壤pH&氧化還原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

應(yīng)用：

測(cè)定土壤的氧化還原電位，有助于了解土壤的通氣,、還原程度,，為種植農(nóng)作物種類起到重要的指導(dǎo)作用。土壤pH值和氧化還原特性也是濕地凈化功能的特征指標(biāo),。

然而,，長(zhǎng)期、原位野外連續(xù)測(cè)量pH值和氧化還原電位一直是應(yīng)用領(lǐng)域的瓶頸,。本文介紹的直接埋設(shè)于土壤中,、連續(xù)監(jiān)測(cè)的pH值和氧化還原電極來(lái)自德國(guó)科隆大學(xué)和德國(guó)巴伐利亞環(huán)境保護(hù)局的研制和應(yīng)用，參見(jiàn)后附文獻(xiàn),。

特點(diǎn)：

長(zhǎng)期,、原位測(cè)量土壤pH，抗凍,、耐用,、維護(hù)少。氧化還原電極用于測(cè)量土壤的Redox potential (EH),，實(shí)驗(yàn)室和大田均可使用

Redox 電極優(yōu)勢(shì)：

l用于連續(xù)測(cè)量在土壤中測(cè)量,，甚至在飽和狀態(tài)下。

l因體積小,，也可以用于實(shí)驗(yàn)室或土柱和盆栽試驗(yàn),。

土壤氧化還原電極(室內(nèi)）

土壤氧化還原電極(大田）

測(cè)量原理：

土壤pH 電極是一個(gè)雙電極設(shè)計(jì)，一個(gè)作為參比（Ag/AgCl）電極,。為了防止電解液流失導(dǎo)致的老化加速,，將參比電極放入含KCl的鹽橋中，鹽橋與土壤有電連接,。該電極與氧化還原電極的電路相同,，可接入同一個(gè)模塊。

土壤的氧化還原電位是mv級(jí)變化量,。與鉑金頭接觸的很少量土壤即可完成測(cè)量,，此鉑金頭直徑只有1mm，長(zhǎng)5mm,。參比電極是由鹽橋連接的Ag/AgCl,，可用V級(jí)電壓表或輸入阻抗高的數(shù)采進(jìn)行測(cè)量,。

參比電極帶鹽橋大田使用

技術(shù)指標(biāo)：

pH電極：

輸出-175 … + 175 mV 等于 pH10 … pH 4 (pH 7 ?0 mV)

直徑：6mm

管長(zhǎng)：80mm

保護(hù)套管：直徑20mm

保護(hù)套管長(zhǎng)：*長(zhǎng)1m

纜線：2米，可定制

參比電極：

電解質(zhì)電極：3 M KCl

陶瓷隔膜

PVC管

尺寸:

大田：直徑12mm,，長(zhǎng)：110mm,，鹽橋直徑25mm，鹽橋長(zhǎng)400mm

室內(nèi): 直徑6mm,，長(zhǎng)：80mm,，鹽橋直徑12mm，鹽橋長(zhǎng)120mm

pH電極大田埋設(shè)

參比電極

氧化還原電極：

mV級(jí)信號(hào)

鉑金頭：直徑1mm,，長(zhǎng)度5mm

管：碳纖維,，直徑6mm

Redox 參比電極直徑12mm，管長(zhǎng)120mm

Redox控制模塊：

范圍：+/- 1250 mV

分辨率：0.1 mV

精度：3mV

氧化還原電極安裝

系統(tǒng)布設(shè)：

大田布設(shè)方法

左邊是氧化還原電極,，右邊是參比電極

實(shí)驗(yàn)室研究氧化還原電位,、壓力、溫度對(duì)氧化還原過(guò)程的影響

便攜式讀表測(cè)量土壤氧化還原

應(yīng)用：

一,、在各種水分條件下土壤氧化還原電位對(duì)砷降解中其釋放及形態(tài)的研究

Arsenic release and speciation in a degraded fen as affected by soil redox potential at varied moisture regime

H. Weigand a,，， T. Mansfeldt b,， R. B?umler c,， D. Schneckenburger d，1,， S. Wessel-Bothe e,， C. Marb f

a University of Applied Sciences Giessen-Friedberg， Department KMUB,， 35390 Giessen,， Germany

b Department of Geography， University of Cologne,， 50923 Cologne,， Germany

c Department of Geography， Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg,， 91054 Erlangen,， Germany

d Institute for Geography， University of Augsburg,， 86159 Augsburg， Germany

e ecoTech Umweltme?systeme GmbH,， 53129 Bonn,， Germany

f Bavarian Environment Agency， Josef-Vogl-Technology-Centre,， 86167 Augsburg,， Germany

摘要：土壤調(diào)查顯示,，在德國(guó)BavarianMolasse basin盆地，土壤表層的As含量高達(dá)1600 mg kg-1,。來(lái)自三級(jí)含水層（the Tertiary aquifer）的地下水似乎是As的主要來(lái)源,。然而，其表層積累的原因尚不清楚,。

本文著重研究了氧化還原過(guò)程對(duì)As再分配過(guò)程的影響,。并且，進(jìn)行了土壤柱實(shí)驗(yàn)——A（716 mg As kg-1）,，Ag（293 mg As kg-1）和2Ag（37 mg As kg-1）,。樣品土樣的PH值為7.2。固定土柱配備了氧化還原電極和溶液取樣器,，并進(jìn)行飽和及排水循環(huán),。采用施加壓力的方法，對(duì)柱體下層進(jìn)行模擬水位變化,。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)數(shù)字真空系統(tǒng)進(jìn)行控制的,。

在土壤水飽和后，氧化還原電位（EH）下降到*低值——A/Ag為0mV,，2Ag水平為-400mV,。土壤排水導(dǎo)致氧化條件迅速恢復(fù)。在A和Ag水平上,，As總濃度低（約為20μgl-1）,，與EH無(wú)關(guān)。相比之下,，2Ag水平的As濃度在5和140μg/ l之間,，并在EH降低時(shí)反而增加。

然而,，由于As（III）和As（V）在還原條件下都被檢測(cè)到,，所以As各種形態(tài)的分布沒(méi)有顯示與EH的趨勢(shì)相關(guān)。在2Ag水平中As的高釋放與Fe（hydr）氧化物中的低含量一致,。在A和Ag層面,，倍半氧化物的富集導(dǎo)致了EH對(duì)水飽和度的相對(duì)較低的敏感性，并加大了As的留存,。因此,，在2Ag層次中，As在飽和條件的通過(guò)毛細(xì)管上升的釋放,，可能在表土中是穩(wěn)定的,。因此，表層土既可以作為過(guò)去和現(xiàn)在的As的研究樣本,。

總砷含量與土壤氧化還原電位（EH）的關(guān)系,。 圖a和b分別顯示了A / Ag和2Ag的數(shù)據(jù),。

參考文獻(xiàn)：

Mansfeldt， T. (2003): In situ long-term redox potential measurements in a diked marsh soil; J. Plant Nutr. Soil Sci.,， 166,， 210-219.

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Weigand H.， T. Mansfeldt,， S. Wessel-Bothe & C. Marb (2005): Bulk soil redox potential and arsenic speciation in the pore water of fen soils; in W. Skierucha & R.T. Walcak (eds.): Monitoring and modelling the properties of soil as a porous medium: the role of soil use; International conference,， Lublin; 44-46.

二、沼澤土壤中氧化還原電位的動(dòng)態(tài)比較研究

—— 1990-1993Vs2011-2014

研究背景

確定土壤的氧化還原狀態(tài),，并且識(shí)別氧化還原過(guò)程是一直以來(lái)的研究熱點(diǎn),，已經(jīng)持續(xù)了80多年（1920開(kāi)始，Gillespie）,。我們可以通過(guò)在土壤中安裝惰性金屬電極（例如鉑,，Pt）和參比電極（例如銀/氯化銀，Ag / AgCl）,，來(lái)評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)氧化還原的空間和時(shí)間分布,。然后可以使用電位器來(lái)確定電極之間的電位差，用以產(chǎn)生以mV為單位的讀數(shù)（Patrick et al,。,，1996）。這個(gè)讀數(shù)稱為氧化還原電位（EH）,。EH值,，影響著有效溫室氣體釋放的過(guò)程，控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和污染物的遷移,，并改變土壤形成,。因此，對(duì)臨時(shí)水飽和土壤中的EH動(dòng)力學(xué)的研究,，對(duì)于相關(guān)從業(yè)者來(lái)說(shuō)是重要的,，例如處理濕地重建或評(píng)估相關(guān)的生物地球化學(xué)過(guò)程。

在本研究中,，我們?cè)诘聡?guó)北部Polder Speicherkoog進(jìn)行試驗(yàn),。1989年11月至1993年10月，每周進(jìn)行的手動(dòng)EH讀數(shù),。2010年11月至2014年10月,，按小時(shí)進(jìn)行自動(dòng)的EH讀數(shù)。每個(gè)讀數(shù)都是從**安裝的Pt電極獲得的,。我們對(duì)兩次測(cè)量試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比研究,，并都測(cè)量了土壤化學(xué)和物理性質(zhì)。本文的研究目標(biāo)為：1）評(píng)估土壤（24年內(nèi)形成史）的EH動(dòng)態(tài)變化,；2）高頻率監(jiān)測(cè)EH值的益處,；3）通過(guò)對(duì)2100年氣候水平衡（CWB）的預(yù)測(cè)，來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化的影響,，以評(píng)估這些沿海沼澤地區(qū)的土壤以及EH動(dòng)態(tài)變化的未來(lái)情況,。

結(jié)論

要對(duì)土壤生物地球化學(xué)過(guò)程的全面了解，這意味著需要有對(duì)氧化還原狀態(tài)的認(rèn)識(shí),。土壤化學(xué)（OC含量,，FeS，pH）和物理性質(zhì)（體積密度,，孔隙度）,，被認(rèn)為是動(dòng)態(tài)沼澤生態(tài)系統(tǒng)中的瞬態(tài)。通過(guò)這個(gè)研究,，顯而易見(jiàn)的是,，只有當(dāng)Pt電極**放置在土壤中，才能得到EH的動(dòng)態(tài)變化,；才可以區(qū)分EH的動(dòng)態(tài)變化是由電極的重新安裝,，還是土壤性質(zhì)的變化引起的。氧化還原電位,，以間隔hour和day的測(cè)量結(jié)果,，均勻地描述了氧化還原類分布。但是week和month的間隔測(cè)量,，出現(xiàn)了信息丟失,。研究結(jié)果表明，需要以hour的測(cè)量間隔,，來(lái)測(cè)量計(jì)算EH,。這是因?yàn)?/span>24小時(shí)內(nèi)的三個(gè)氧化還原階段的波動(dòng)是明顯的。根據(jù)氣象預(yù)報(bào),，增加蒸散量會(huì)導(dǎo)致夏季水位下降,，同時(shí)也延長(zhǎng)了土壤通氣時(shí)間，延長(zhǎng)了土壤條件氧化的時(shí)間和程度,。這有利于和加速沼澤生態(tài)系統(tǒng)中的表土壓實(shí),，并且對(duì)對(duì)氧化敏感的亞穩(wěn)態(tài)礦物具有影響。

參考文獻(xiàn)

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