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面議
523
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
pH 電極優(yōu)勢(shì): l首例原位監(jiān)測(cè)土壤pH的電極 l適合長(zhǎng)期野外埋設(shè) l使用于實(shí)驗(yàn)室和大田監(jiān)測(cè) l維護(hù)少 l長(zhǎng)期使用測(cè)試過(guò) l特殊模塊用于連接數(shù)采 l與氧化還原電極共用一個(gè)連接模塊 抗累積老化 | ||
土壤pH 電極 |
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.
Mansfeldt, T. (2004): Redox potential of bulk soil and soil solution concentration of nitrate, manganese, iron, and sulfate in two Gleysols; J. Plant Nutr. Soil Sci., 167, 7-16.
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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。
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