第３２卷第６期 物探化探计算技术 ２０１０年１１月 文章编号：１００１一ｌ７４９（２０１０）０６—０６６２—０３ 土壤ｐＨ平均值计算模型探讨 张固成 ，杨 奕 ，郭跃品 ，张固澜２ （Ｉ．海南省地质调查院，海南海口５７０２０６； ２．ＣＮＰＣ 东方地球物理公司 井中地震中心，河北涿州０７２７５１） 摘要：土壤ｐＨ平均值计算模型在土壤学界暂未达成共识。这里基于水化学酸碱中和平衡理 论和土壤ｐＨ值测试原理，针对以往ｐＨ平均值计算模型原理及其存在的不足，建立了土壤ｐＨ平 均值计算新模型。对比应用发现，新模型计算结果准确并易于掌握。 关键词：土壤；ｐＨ平均值；计算模型 中图分类号：Ｐ ６３２ 文献标识码：Ａ 出液混合后的“混合溶液”的ｐＨ值。在现实中，针 ０前言 ｐＨ值是土壤化学中常用和最重要的检验项目 对土壤化学的海量样本，不可能将所有的土壤浸出 液都混合后再来测ｐＨ值，只能通过一定的模型来 模拟混合过程，并计算“混合溶液”的ｐＨ值。 之一，ｐＨ平均值的计算模型也引起土壤学界的广 泛重视，然而暂未达成共识。目前研究发现，众值、 算术平均值、几何平均值又都不能真正反映ｐＨ平 均值的化学意义。因此，更科学、更方便的ｐＨ平 均值计算模型亟待建立。 目前，土壤ｐＨ值的测定一般依据中华人民共 魏复盛口 在北方城市降水监测结果中，比较 ２ ｐＨ平均值计算模型研究现状 了五种ｐＨ平均值计算方法，最终认为，国家环保 局１９８６年颁布的《环境监测技术规范》（大气与废 和国林业行业标准《森林土壤ｐＨ值的测定》（ＬＹ／ Ｔ１２３９—１９９９）：称取通过２ ｍｍ筛孔的风干土样 １０ ｇ于５０ ｍｌ高型烧杯中，加入２５ ｍｌ元二氧化碳 的水。用玻璃棒剧烈搅动１ ｒａｉｎ～２ ｍｉｎ并静置 气） 中规定的降水ｐＨ平均值计算方法更为科 学，且与国外方法一致，便于国际资料比较研究与 交流。 降水氢离子浓度的雨量加权均值的负对数为： ｎ ３０ ｒａｉｎ，然后用ｐＨ计测定浸出液的ｐＨ值。由此 可见，土壤的酸碱性是以水（土壤浸出液）的ｐＨ值 来表征的。则土壤ｐＨ平均值计算模型还是需要 在水化学的相关方法的基础上构建。 一 ∑［Ｈ ］ × ） （１） ｐＨ：一ｌｏｇ（三Ｌ —一∑ ｉ：１ 式中［Ｈ ］；与 分别为各降水样品的Ｈ 浓度 １土壤ｐＨ平均值计算原理 土壤ｐＨ平均值应该反映的是若干个土壤浸 基金项目：海南岛多目标区域地球化学调查（２００４１４２０００１０） 收稿日期：２０１０—０５—２７ 改回日期：２０１０—１０—０９ 及体积。 然而，关镜辉 却指在《环境监测技术规范》 （大气与废气）中，ｐＨ平均值的计算有很大的局限 ６期 Ａ 张固成等：土壤ｐＨ平均值计算模型探讨 ６６３ ＝ 性：它只适用于ｐＨ值小于７的平均值计算。关氏 合过程中，将达到新的酸碱平衡。而在达到这一平 衡的过程中，必定有一部份Ｈ 与ＯＨ一中和。假设 从溶液总［Ｈ ］和总［ＯＨ一］的中和平衡理论，以及 剩余离子浓度的概念着眼，提出如下模型： 剩余离子浓度： （２） 式中 ［Ｈ ］ 、［ＯＨ一］ 、 分别为各样品的Ｈ 浓 度和ＯＨ一浓度及体积。 该样本集合ｐＨ平均值计算分有以下情况： （１）当Ａ＞０时： ｐ一Ｈ＝一ｌ。ｇ Ａ＋，ｖ／Ａ２＋４ ｘ １０－１４） （３） （２）当Ａ＜０时： ｐ’。＿——Ｈ＝１４＋ｌｏｇ－Ａ＋￣／Ａ２＋４ ｘ １０－１４） （４） 臧宏远等 亦认为，ｐＨ平均值计算应基于 酸碱中和平衡理论建立模型，但未提出具体公式， 而是采用编程的方法实现求解，难以推广。 林华 通过混合模拟实验实测ｐＨ值，并与魏 复盛、关镜辉、吴松恒 Ｊ、庄世坚 等推荐的模型 一 计算结果进行对比后最终认为，关氏模型理论依据 充分，推导合理，与实际情况符合良好，值得推荐。 但作者认为，关氏模型还是有其不足之处： ／Ｌ （１）着眼于剩余离子浓度，是逆酸碱中和反应 ７、 过程的思维，不便理解。 （２）最终的ｐＨ平均值计算还要分二种情况分 别考虑，不便推广运用。 ３ ｐＨ平均值计算新模型的构建 已知凡个土壤样品的ｐＨ值，ｐＨ 、［Ｈ ］ 、 ［ＯＨ一］ 分别为各样品的ｐＨ值、Ｈ 浓度、ＯＨ一浓 度。求这几个样品的ｐＨ平均值。 由ｐＨ值定义得公式（５）。 ｐＨ ＝一ｌｏｇ（［Ｈ ］ ） （５） 即［Ｈ ］ ＝１０ Ⅲ、［ＯＨ一］ ＝１０ Ｈ 依据各单样的酸碱中和平衡得公式（６）。 一ｌｏｇ（［Ｈ ］ ）一ｌｏｇ（［ＯＨ一］ ）＝１４ （６） 依据酸碱中和平衡理论，在不同ｐＨ的样品混 中和的这部份量为Ｘ（ｍｏｌ／Ｌ），每个土壤浸出液体 积均为 （ ）。 则混合溶液平衡前Ｈ 与ＯＨ一平均浓度分别 为Ｅ、Ｆ： ｎ １７， ∑（［Ｈ ］ ） ∑［Ｈ ］ Ｅ＝ ！三 ＝ ｎＶｏ ∑（［ＯＨ一］ ）Ｖｏ ＝Ｆ＝ １ 由新的酸碱半衡得公式（８）。 一ｌｏｇ（Ｅ— ）一ｌｏｇ（Ｆ— ）＝１４ （８） 求解公式（８）得公式（９）： （ 一 ） ＝（ ） ＋１０ （９） １ｌ Ｏ ，，●ｇ ●由于Ｘ为中和的量，则０＜Ｘ＜［Ｅ，Ｆ］ ｉ 即得： ＼０＜Ｘ＜生 （１０）眯 由公式（９）和公式（１０）求解，得中和的量： ＝ 一√（ ） 圳 …） 由公式（８）及公式（１１）求得平衡后的ｐＨ值 为： （１２） 公式（１２）即为所求ｎ个土壤样品的ｐＨ平均 值。 ４ ｐＨ平均值计算新模型的应用与 讨论 作者在本文中，选取了海南岛多目标区域地球 化学调查项目中二十个土壤样品，其ｐＨ值如下： 十个偏酸性样本的ｐＨ值分别为：２．８６、２．８７、 ３．０６ ３ １５、３ １６ ３．２３、３．２６ ３ ３ ３ ３５、３．４７ 十个偏碱性样本的ｐＨ值分别为：９．３１、９．３５、 ９．５２、９．５７、９．６３、９．６５、９．７４、９．８６、１０．１５、 一一』● —一一物探化探计算技术 １０．３３。 ３２卷 试验验证，只是通过与关氏模型的比较，间接证明 了其准确性。 分别利用公式（１２）及关氏模型，计算偏酸性 样本，偏碱性样本，以及全体样本的ｐＨ平均值，并 （２）ｐＨ平均值（尤其是背景值）计算，还涉及 用公式（１１）计算中和的量 ，见表１。 表１ ｐＨ平均值及中和的量计算结果 Ｔａｂ．１ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｐＨ ａｖｅｒａｇｅ ｖａｌｕｅ 公式 偏酸性样本 偏碱性样本 全体样本 Ｘ 公式（１１） ２．７１ Ｘ１０一 ９．３９×１０一“ ３．４１×１０一 关氏一式 ３．１３ ９．８３ ３．４７ ｐＨ 关氏二式 ３．１３ ９．８３ ３．４７ 公式（１２） ３．１３ ９．８３ ３．４７ 匿＝ 三 型 三Ｑ塑 Ｑ盟 医攫型 王 壬塑值 盐簋公 由表１可知： （１）中和的量（ ）现实存在，并能具体量化。 当样本集合全为偏酸性或偏碱性样本时， 均较 小；而样本集合中酸性、碱性样本均有时，ｘ较大。 这充分反映出新模型基于酸碱中和平衡理论的科 学性与合理性。 （２）公式（１２）与关氏公式的计算结果完全一 致，而关氏公式计算结果的准确性，已经为林华 等 通过实验证明。由此推式（１２）的计算结 果是准确的。 （３）无论Ａ＞０或Ａ＜０，关氏一式、关氏二式其 计算结果是完全一致的。因此，关氏模型没有必要 分为二部份。但因其着眼的变量为剩余离子浓度， 导致其不得不分类讨论。新模型着眼于中和的量， 计算公式只有一个，易于掌握和应用。 ５存在问题及结论 （１）由于客观条件，新模型未能通过模拟 样本代表性等诸多因素，为突出主题，这里暂不详 述。 （３）新模型基于水化学的酸碱中和理论，应用 于“土壤浸出液”的ｐＨ平均值计算，也同样适用于 水的ｐＨ平均值计算。 （４）新模型理论依据充分，计算方法简便，计 算结果准确，值得推广。 成稿过程中得到何玉生、潘静玲等同志的帮助 与指导，在此表示衷心的感谢！ 参考文献： ［１］魏复盛．降水平均ｐＨ计算方法的比较研究［Ｊ］．中 国环境科学，１９８９，９（６）：４６６． ［２］ 国家环保局．环境监测技术规范（第二册）［Ｍ］．北 京：国家环保总局，１９８６． ［３］关镜辉．论ｐＨ均值的算法［Ｊ］．中国环境监测， １９９１，７（４）：５７． ［４］ 吴松恒．ｐＨ单项评价指数的探讨［Ｊ］．中国环境监 测，１９９１，７（１）：６２． ［５］庄世坚．关于ｐＨ平均值的正确算法［Ｊ］．中国环境 监测，１９９０，６（４）：５５． ［６］林华．ｐＨ均值计算述评及验证［Ｊ］．环境科学导 刊，２００７，２６（４）：８６． ［７］ 臧宏远．现行ｐＨ值平均值计算方法的不足与改进 ［Ｊ］．中国环境监测，２００４，２０（４）：２５． 作者简介：张固成（１９８２一），男，本科，工程师，主 要从事生态地球化学研究工作。
