陳 晉

(安徽省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 合肥 230071)

土壤樣品的含水率是指待測土壤樣品(可以是濕土或經自然風干并研磨混勻的土壤)中水分占烘干前土壤樣品總質量的百分比，是環(huán)境監(jiān)測土壤樣品分析中一項重要的參數(shù)，無論是土壤中重金屬元素、有機化合物或其它常規(guī)項目的測定，土壤樣品的含水率均是參與結果計算的一項必要參數(shù)，因此土壤樣品含水率的測定值對最終測定結果具有一定影響，準確測定土壤樣品的含水率是保證最終實驗結果準確性的關鍵環(huán)節(jié)之一[1,2]。目前，土壤含水率的測定方法通常有重量法、化學法、射線法、電阻法、介電法、張力計法、遙感法、雷達法等[3]，除重量法外其它方法多為間接測量法，測量速度一般較快，適合用于現(xiàn)場快速測量，但是其精確度往往達不到實驗室的要求，一般僅用于初步判斷土壤的含水率情況；重量法是指稱取一定質量的待測土壤樣品于經過105℃干燥恒重的容器中，再將其置于105℃下烘干直至恒重為止，通過烘干前后的質量差計算其含水率的方法，因其具有準確度高、精密度好等優(yōu)點，是土壤含水率測定的通用方法，因此被采納為國家標準和國際標準。但是，采用傳統(tǒng)重量法測定土壤樣品含水率的測量時長一般較長，由于需要經過多次烘干稱重直至恒重的過程，一般情況下耗時約16～24h，需要消耗實驗人員大量時間和精力[4,5]。全自動水分測定儀是一類簡單、易用、快速的水分測定儀器，其原理也是通過烘干并稱重的方式來測得樣品中的含水率，由于其能夠精確控溫和稱量，可以在得到相對精確結果的同時，保證測定時間一般不超過20min，具有極大的實際應用前景。目前，尚未見使用此類儀器測定土壤含水率的相關報道。為了探究全自動水分測定儀在測量土壤樣品含水率時的相關特性，本文采用該儀器對風干土壤樣品的含水率進行了測定，并研究了土壤樣品的取樣量對測定結果的影響。

1 實驗部分

1.1 儀器

HX204型全自動水分測定儀(METTLER TOLEDO)；MG200型臼式研磨儀(北京格瑞德曼儀器設備有限公司)。

1.2 土壤樣品的制備

按照土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范(HJ/T 166-2004)的要求采集樣品，并將采集的土壤樣品置于風干盤中，攤成2～3cm的薄層，適時的壓碎、翻動，撿出碎石、砂礫、植物殘體等；風干后的樣品使用木錘、有機玻璃棒等工具壓碎、混勻，并采用四分法留取樣品，樣品研磨到全部通過100目篩(直徑0.15mm)后保存?zhèn)溆肹6]。

1.3 含水率的測定

按照推薦的儀器參數(shù)設定測量方法，調零后在托盤上加入一定質量的待測樣品并攤平，點擊測量按鈕即開始測量，測量結束后儀器自動顯示測量結果。

2 結果與討論

2.1 取樣量對含水率測定值的影響

通常情況下，取樣量對實驗結果的準確性具有重要影響，是實驗結果是否準確可靠的關鍵因素[7-9]。因此，本文測定了同一土壤樣品在不同取樣量時的含水率，并研究了含水率測定值的變化規(guī)律。具體步驟：分別取0.100g、0.500g、2.00g、5.00g、10.0g、15.0g、20.0g土壤樣品置于托盤內，按照儀器推薦的條件進行含水率測定，不同取樣量均平行測定6次，同時記錄測量時長(取6次測定時長的均值)，并對測定結果進行了相關統(tǒng)計分析，詳細數(shù)據(jù)見表1。由表1數(shù)據(jù)可知，當取樣量<10.0g時，隨著取樣量的增加，同一樣品含水率的測定均值也隨之增加，當取樣量為10.0g及以上時，其測定值基本保持不變，說明當取樣量>10.0g時，增加取樣量對測定結果已無明顯影響；采用t檢驗法，對相關數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗，當取樣量為10.0g、15.0g和20.0g時，土壤含水率測定結果之間無顯著性差異。實驗數(shù)據(jù)表明，采用全自動水分測定儀測定土壤含水率時，保證最佳測試結果的取樣量至少為10.0g。

表1 測量結果與取樣量的關系

2.2 取樣量對精密度的影響

精密度是取得良好準確度的前提條件，一般情況下，只有取得了良好的測量精密度，才會有良好的準確度，精密度一般用相對標準偏差(RSD)表示[10]。如圖1所示，計算了不同取樣量下平行測定6次的相對標準偏差，由相關數(shù)據(jù)可知，隨著取樣量的增加，測定結果的相對標準偏差(RSD)越來越低，表明其精密度越來越好，假設該儀器用于稱量的天平標準偏差為s，且該標準偏差s在一定條件下保持穩(wěn)定，稱樣量為m，那么根據(jù)誤差傳遞原理，多次稱量結果的相對標準偏差可用以下公式表示：

圖1 測定值與取樣量的關系

在s不變的情況下，一定范圍內，隨著m的增加，其RSD顯然會降低；但是，當取樣量≥10.0g時，其精密度幾乎不再變化，這可能是因為隨著稱樣量的增加，由儀器本身性能引起的隨機誤差已不是測量精密度的主要來源，而由于土壤本身的不均勻性所引起的誤差占據(jù)了主導地位，所以當取樣量>10.0g時，其相對標準偏差也就不會隨著稱樣量的增加而發(fā)生變化，而是與土壤本身均勻性相關的固定值。因此，為了避免儀器本身性能所引起的隨機誤差，從而獲得更好的測量精密度，采用該方法測量土壤含水率時的最小取樣量為10.0g。

2.3 測量時長

通常情況下，采用經典重量法測定土壤樣品的含水率時，一般至少需要耗時16～20h，甚至更久[4,5]，而采用該方法的平均測量時長約10～20min，可以大大縮短測定時間，節(jié)省大量人力物力。從表1中數(shù)據(jù)可知，當取樣量<2.00g時，其測量時長穩(wěn)定在70s(6次測定值均為70s)，這可能與儀器本身性能及終點判斷條件的設置有關；當取樣量>2.00g(含2.00g)時，測量時長隨取樣量增加而增加，以取樣量為橫坐標、測量時長為縱坐標作趨勢圖，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)明顯線性關系，其線性方程：

圖2 測量時長與取樣量的關系

y=45.017x+0.0244(r=0.9997)

說明在2.00～20.0g范圍內，測量時長與取樣量呈正相關，其原因可能是在一定的條件下，土壤中水分的蒸發(fā)速率會保持一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，即在相同的時間內水分的蒸發(fā)量保持穩(wěn)定，因此在一定范圍內隨著取樣量的增加，相應的測量時長也隨之增加，且增加幅度相同。

3 結論

采用全自動水分測定儀對土壤樣品的含水率進行測定，研究測定值、精密度以及測量時長與取樣量的關系，結果表明，取樣量對測定結果有明顯影響。隨著取樣量的變化，土壤含水率測定值和測定精密度(RSD)也隨之發(fā)生相應的變化，當取樣量>10.0g時，其測定值和精密度的變化已不明顯；在2.00～20.0g范圍內，含水率的測量時長與取樣量呈正相關，且其相關系數(shù)r可達0.9997。因此，在使用全自動水分測定儀測定土壤樣品的含水率時，為了保證測量精確度和測量效率，其最佳取樣量為10.0g。