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

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產(chǎn)品介紹

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

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 d1, 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)——A716 mg As kg-1),Ag293 mg As kg-1)和2Ag37 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/Ag0mV2Ag水平為-400mV。土壤排水導(dǎo)致氧化條件迅速恢復(fù)。AAg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5140μg/ l之間,并在EH降低時(shí)反而增加。

然而,由于AsIII)和AsV)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Fehydr)氧化物中的低含量一致。在AAg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.

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)。198911月至199310月,每周進(jìn)行的手動(dòng)EH讀數(shù)。201011月至201410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,FeSpH)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hourday的測(cè)量結(jié)果,均勻地描述了氧化還原類分布。但是weekmonth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)

1Blume, H. P., Mu¨ ller-Thomsen, U. (2007): A field experiment on the influence of the postulated global climatic change on coastal marshland soils. J. Plant Nutr. Soil Sci. 170, 145–156

2Cornell, R. M., Schwertmann, U. (2003): The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurences and Uses. Wiley-VCH, Weinheim, Germany.

3Dorau, K., Gelhausen, H., Esplo¨ r, D., Mansfeldt, T. (2015): Wetland restoration management under the aspect of climate change at a mesotrophic fen in Northern Germany. Ecol. Eng. 84, 84–91.

4Fiedler, S. (2000): In Situ Long-Term-Measurement of Redox Potential in Redoximorphic Soils, in Schu¨ ring, J., Schulz, H. D., Fischer, W. R., Bo¨ ttcher, J., Duijnisveld, W. H. M. (eds.): Redox: Fundamentals, Processes and Applications. Springer, Heidelberg, Germany.

5De Brouwere, K., Smolders, E., Merckx, R., 2004. Soil properties affecting solidliquid distribution of As(V) in soils. European Journal of Soil Science 55, 165173

6Fiedler, S., Vepraskas, M. J., Richardson, J. L. (2007): Soil Redox Potential: Importance, Field Measurements and Observations, in Sparks, D. L. (ed.): Advances in Agronomy. Elsevier Academic Press Inc, San Diego, USA, pp. 1–54.

7German Meteorological Service (2009): Daten der Klimastationen des Deutschen Wetterdienstes, Offenbach, Germany.

8IUSS Working Group WRB (2014): World Reference Base for Soil Resources 2014. World Soil Resources Reports. 106, FAO, Rome, Italy.

9Mansfeldt, T. (2003): In situ long-term redox potential measurements in a dyked marsh soil. J. Plant Nutr. Soil Sci. 166, 210–219.

10Mansfeldt, 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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