測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，*、原位野外連續(xù)測量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)測的pH值和氧化還原電極來自德國科隆大學(xué)和德國巴伐利亞*的研制和應(yīng)用，參見后附文獻(xiàn)。
特點(diǎn)：
*、原位測量土壤pH，抗凍、耐用、維護(hù)少。氧化還原電極用于測量土壤的Redox potential (EH),實(shí)驗(yàn)室和大田均可使用
測量原理：
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級變化量。與鉑金頭接觸的很少量土壤即可完成測量，此鉑金頭直徑只有1mm，長5mm。參比電極是由鹽橋連接的Ag/AgCl，可用V級電壓表或輸入阻抗高的數(shù)采進(jìn)行測量。
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：80mm
保護(hù)套管：直徑20mm
保護(hù)套管長：長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：110mm，鹽橋直徑25mm，鹽橋長400mm
室內(nèi): 直徑6mm,長：80mm，鹽橋直徑12mm，鹽橋長120mm
氧化還原電極：
mV級信號
鉑金頭：直徑1mm，長度5mm
管：碳纖維，直徑6mm
Redox 參比電極直徑12mm，管長120mm
Redox控制模塊：
范圍：+/- 1250 mV
分辨率：0.1 mV
精度：3mV
系統(tǒng)布設(shè)：
應(yīng)用：
一、在各種水分條件下土壤氧化還原電位對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BavarianMolasse basin盆地，土壤表層的As含量高達(dá)1600 mg kg-1。來自三級含水層（the Tertiary aquifer）的地下水似乎是As的主要來源。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程對As再分配過程的影響。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，對柱體下層進(jìn)行模擬水位變化。這個(gè)過程是通過數(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，2A平為-400mV。土壤排水導(dǎo)致氧化條件迅速恢復(fù)。 在A和A平上，As總濃度低（約為20μgl-1），與EH無關(guān)。相比之下，2A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到，所以As各種形態(tài)的分布沒有顯示與EH的趨勢相關(guān)。在2A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對水飽和度的相對較低的敏感性，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去和現(xiàn)在的As的研究樣本。
參考文獻(xiàn)：
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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態(tài)比較研究
—— 1990-1993 Vs 2011-2014
研究背景
確定土壤的氧化還原狀態(tài)，并且識別氧化還原過程是一直以來的研究熱點(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），來評估現(xiàn)場氧化還原的空間和時(shí)間分布。然后可以使用電位器來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程，控制營養(yǎng)物質(zhì)和污染物的遷移，并改變土壤形成。因此，對臨時(shí)水飽和土壤中的EH動力學(xué)的研究，對于相關(guān)從業(yè)者來說是重要的，例如處理濕地重建或評估相關(guān)的生物地球化學(xué)過程。
在本研究中，我們在德國北部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EH讀數(shù)。2010年11月至2014年10月，按小時(shí)進(jìn)行自動的EH讀數(shù)。每個(gè)讀數(shù)都是從安裝的Pt電極獲得的。我們對兩次測量試驗(yàn)進(jìn)行了對比研究，并都測量了土壤化學(xué)和物理性質(zhì)。本文的研究目標(biāo)為：1）評估土壤（24年內(nèi)形成史）的EH動態(tài)變化；2）高頻率監(jiān)測EH值的益處；3）通過對2100年氣候水平衡（CWB）的預(yù)測，來應(yīng)對氣候變化的影響，以評估這些沿海沼澤地區(qū)的土壤以及EH動態(tài)變化的未來情況。
結(jié)論
要對土壤生物地球化學(xué)過程的全面了解，這意味著需要有對氧化還原狀態(tài)的認(rèn)識。土壤化學(xué)（OC含量，F(xiàn)eS，pH）和物理性質(zhì)（體積密度，孔隙度），被認(rèn)為是動態(tài)沼澤生態(tài)系統(tǒng)中的瞬態(tài)。通過這個(gè)研究，顯而易見的是，只有當(dāng)Pt電極放置在土壤中，才能得到EH的動態(tài)變化；才可以區(qū)分EH的動態(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的間隔測量，出現(xiàn)了信息丟失。研究結(jié)果表明，需要以hour的測量間隔，來測量計(jì)算EH。這是因?yàn)?4小時(shí)內(nèi)的三個(gè)氧化還原階段的波動是明顯的。根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，增加蒸散量會導(dǎo)致夏季水位下降，同時(shí)也延長了土壤通氣時(shí)間，延長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)，并且對對氧化敏感的亞穩(wěn)態(tài)礦物具有影響。
參考文獻(xiàn)
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