基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法技术

本发明专利技术公开了基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，S1：根据土壤水汽吸附机理确定水活度范围；S2：根据S1确定的水活度范围和控制水活度使用饱和盐溶的安全性和成本确定两个试剂，并确定两个试剂的特定水活度；S3：选取多个样品并采用传统方法测定土壤阳离子交换量，同时测定样品在S2中确定的试剂的特定水活度下的土壤吸湿水含量；S4：建立特定水活度范围下吸湿水含量的变化量与阳离子交换量之间的预测模型；S5：测定待测样品在两个特定水活度下吸湿水含量并计算吸湿水含量的变化量，利用预测模型计算待测土壤样品的阳离子交换量。本方法在样本数量较大时，能快速准确地预测出土壤阳离子交换量，节省时间、人力和测试成本。人力和测试成本。人力和测试成本。

【技术实现步骤摘要】
基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法


[0001]本专利技术属于土壤表面化学性质预测
，涉及一种基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法。

技术介绍

[0002]土壤阳离子交换量指在一定pH值时每千克土壤中所含有的全部交换性阳离子的厘摩尔数。它直接反映土壤保蓄、供应和缓冲阳离子养分的能力，与土壤许多物理化学性质(例如，养分和污染物的吸附和迁移、膨胀收缩等)密切相关。因此，阳离子交换量常被作为土壤质量和土壤肥力的评价指标以及土壤施肥、改良等的重要依据。
[0003]目前，常用的测定土壤阳离子交换量的方法有中性乙酸铵法和氯化钡
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硫酸强迫交换法。这些方法存在步骤繁琐和耗时的缺点，且采用氯化钡
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硫酸强迫交换法测定阳离子交换量还会产生一些危险废物。当样品量大时，采用传统的方法直接测定土壤阳离子交换量费时、费力且成本较高。因此，设计简单、快速、经济的阳离子交换量测定方法是非常有必要的。
[0004]吸湿水是土壤中的粘土矿物通过物理化学作用保持在表面的一个非常薄的水层。阳离子水合是土壤吸附水分子的一个重要机理，所以土壤阳离子交换量与土壤吸湿水含量密切相关。考虑到土壤吸湿水含量易测且成本较低，所以有研究提出了利用吸湿水含量预测土壤阳离子交换量的模型(Arthur E.Rapid estimation of cation exchange capacity from soil water content[J].European Journal of Soil Science,2017,68(3),365
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373)。这些研究通过分析一定水活度条件下土壤吸湿水含量与阳离子交换量的关系，建立利用此水活度条件下吸湿度水含量预测土壤阳离子交换量的模型。由于土壤吸湿水含量随着水活度的变化而变化，所以不同水活度条件下建立的模型是不同的。土壤吸湿水含量与水活度之间的关系可以用土壤水汽吸附等温线来定量。由于不同水活度条件下影响土壤水汽吸附的因素不同，所以利用吸湿水含量预测阳离子交换量模型的精度也会存在差异。然而，先前的研究并没有将此因素考虑到建立的模型中。因此，有必要在考虑不同水活度条件下控制土壤吸湿水含量的主要因素基础上建立新的阳离子交换量预测模型。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，解决了现有技术中存在的步骤繁琐和耗时的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，具体按照以下步骤实施：
[0007]S1：根据土壤水汽吸附机理确定水活度范围；
[0008]S2：根据S1确定的水活度范围和控制水活度使用饱和盐溶的安全性和成本确定两个试剂，并确定两个试剂的特定水活度；
[0009]S3：选取多个样品并采用传统方法测定土壤阳离子交换量，同时测定样品在S2中
确定的试剂的特定水活度下的土壤吸湿水含量；
[0010]S4：建立特定水活度范围下吸湿水含量的变化量与阳离子交换量之间的预测模型；
[0011]S5：测定待测样品在两个特定水活度下吸湿水含量并计算吸湿水含量的变化量，利用其与阳离子交换量之间的预测模型计算待测土壤样品的阳离子交换量。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]S1的具体过程为：选择多个不同矿物类型和粘粒含量的土壤样品，测定土壤样品的水汽吸附等温线和阳离子交换量，计算不同水活度下土壤水汽吸附等温线斜率与阳离子交换量之间的相关性，并分析决定系数随水活度的变化，依据决定系数的变化确定水活度范围。
[0014]采用水蒸气吸附分析仪和传统的中性乙酸铵法或氯化钡
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硫酸强迫交换法分别测定土壤样品的水汽吸附等温线和阳离子交换量。
[0015]S2中的试剂为醋酸钾和溴化钠，醋酸钾和溴化钠的特定水活度分别0.23和0.57。
[0016]S3中测定土壤吸湿水含量的具体过程为：首先，采用传统方法测定样品的阳离子交换量；同时，将样品依次放在盛有S2中明确的试剂的饱和盐溶液中，平衡后分别测定两种饱和盐溶液在S2中特定水活度中的土壤吸湿水含量。
[0017]S3中的样品数量不低于20个。
[0018]S4的具体过程为：计算在特定水活度范围吸湿水含量的变化量，通过回归的方法建立以吸湿水含量的变化量为输入变量的阳离子交换量预测模型。
[0019]预测模型可采用平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE公式来评价模拟精度。
[0020]平均绝对误差MAE的公式为：
[0021][0022]式中，P代表预测值，O代表实测值，n代表样品的数量。
[0023]均方根误差RMSE公式为：
[0024][0025]式中，P代表预测值，O代表实测值，n代表样品的数量。
[0026]本专利技术的一种基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，通过分析一定水活度条件下土壤吸湿水含量与阳离子交换量的关系，建立了吸湿度水含量预测土壤阳离子交换量的预测模型，进而实现了阳离子交换量的测定，解决了现有的测定方法步骤繁琐、耗时、耗力的问题，能快速准确地预测出土壤阳离子交换量，节省时间、人力和测试成本。
附图说明
[0027]图1是本专利技术水汽吸附等温线斜率与阳离子交换量之间的决定系数随水活度的变化图；
[0028]图2是本专利技术实施例中水活度在0.23
‑
0.57范围吸湿水含量建立的阳离子交换量
预测模型；
[0029]图3是本专利技术实施例中水活度在0.23条件下吸湿水含量建立的阳离子交换量预测模型；
[0030]图4是本专利技术实施例中水活度在0.57条件下吸湿水含量建立的阳离子交换量预测模型；
[0031]图5是本专利技术实施例中输入变量在0.23
‑
0.57范围内阳离子交换量预测模型；
[0032]图6是本专利技术实施例中输入变量为0.23条件下阳离子交换量预测模型；
[0033]图7是本专利技术实施例中输入变量在0.57条件下阳离子交换量预测模型。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0035]本专利技术的基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，具体按照如下步骤来实施：
[0036]S1：根据土壤水汽吸附机理确定土壤水汽吸附与阳离子交换量密切相关的水活度范围；
[0037]根据土壤水汽吸附机理，土壤水汽吸附可分为单层吸附、多层吸附和毛细凝聚，其中单层吸附系数小于0.2，多层吸附系数在0.2
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0.6范围内，毛细凝聚系数大于0.6。阳离子水合是单层吸附的主要机制。不同土壤粘土矿物表面吸附的交换性阳离子存在差异，又由于不同交换性阳离子水合力不同，所以单层吸附范围内吸湿水含量与阳离子交换量的关系会受到阳离子类型不同的影响。另外，毛细凝聚现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：S1：根据土壤水汽吸附机理确定水活度范围；S2：根据S1确定的水活度范围和控制水活度使用饱和盐溶的安全性和成本确定两个试剂，并确定两个试剂的特定水活度；S3：选取多个样品并采用传统方法测定土壤阳离子交换量，同时测定样品在S2中确定的试剂的特定水活度下的土壤吸湿水含量；S4：建立特定水活度范围下吸湿水含量的变化量与阳离子交换量之间的预测模型；S5：测定待测样品在两个特定水活度下吸湿水含量并计算吸湿水含量的变化量，利用其与阳离子交换量之间的预测模型计算待测土壤样品的阳离子交换量。2.根据权利要求1所述的基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，其特征在于，所述S1的具体过程为：选择多个不同矿物类型和粘粒含量的土壤样品，测定土壤样品的水汽吸附等温线和阳离子交换量，计算不同水活度下土壤水汽吸附等温线斜率与阳离子交换量之间的相关性，并分析决定系数随水活度的变化，依据决定系数的变化确定水活度范围。3.根据权利要求2所述的基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，其特征在于，采用水蒸气吸附分析仪和传统的中性乙酸铵法或氯化钡
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硫酸强迫交换法分别测定土壤样品的水汽吸附等温线和阳离子交换量。4.根据权利要求1所述的基于土壤吸湿水含量的变化量预测阳离子交换量的方法，其特征在于，所述S2中的试剂为醋...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冲，宁松瑞，宋雪，周虎，商建英，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：