袁金华(1982—),女,博士,副研究员,主要从事中低产田改良与土壤培肥等方面的研究工作. E-mail:
公开出版的专业书籍中土壤可溶性盐及其组分计算公式存在诸多意料不到的错误,却没有引起大家的重视并提出修正措施,这些错误的存在可能会导致盐分含量计算结果的出错和对盐碱土分类分级的错误判定。选取出版日期介于2000—2020年包含土壤可溶性盐总量和阴阳离子(CO32–、HCO3–、SO42–、Cl–、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)含量9个指标计算公式的12本专业书籍为研究对象,基于相关概念、理论基础、实验原理和实验方法进行公式推导。结果表明,9个指标共出错68次,其中HCO3–出错次数最高,为11处,占比16.2%;其次为Ca2+,10处,占比14.7%;最低的是可溶性盐总量和Cl–,4处,占比5.88%。根据9个指标的出错特征,将其归纳为系数2、换算系数、公式、指代意义和公式不规范5种错误。5种错误中,换算系数出错次数最高,出现31处,占比45.6%;其次为公式,出现13处,占比19.1%;最低的是系数2,出现4处,占比5.88%。通过对土壤可溶性盐及其组分计算公式出错种类的特点和原因解析,指出问题所在,并提出了纠正措施,以期为相关公式的修正提供借鉴。
There are many errors in soil soluble salt and its component formula in published professional books. However, this has not attracted enough attention and no corrections have been made. Such published data may induce wrong results in soil soluble salt and its components calculation and subsequently wrong judgments in the classification or grading of saline-alkali soils.
12 professional books published during 2000~2020 and containing 9 indexes (soil soluble salt, CO32–, HCO3–, SO42–, Cl–, K+, Na+, Ca2+, Mg2+) were selected for use in deriving their formulas based on related concepts, theoretical basis, experimental principles and experimental methods.
Results suggested that there were 68 total errors using the 9 indexes. Among the 9 indexes, HCO3– recorded the highest frequency of errors, i.e. 11 times and accounted for 16.2%. It is followed by Ca2+ which recorded 10 times in total and accounted for 14.7% while soil soluble salt and Cl– recorded the lowest, i.e. 4 times in total (5.88%). Based on analyses of the characteristics of errors with the 9 indexes, the errors were found to occur as five different aspects categorized as coefficient 2, conversion coefficient, formula, reference and formula unstandard. Out of the five categories, conversion coefficient recorded the highest frequency of errors, i.e. 31 times in total (45.6%); followed by formula at 13 times (19.1%) and the coefficient 2 with the lowest of 4 times (5.88%).
Errors in soil soluble salt and its component formula were discovered in published data and corrective measures were applied accordingly. The characteristics and causes of errors in calculating the formula of soil soluble salt and its components were suggested. Also, our results suggest reference values for the corrections of relevant formula.
盐渍土是一系列受盐碱作用的,包括各种盐土、碱土及其他不同程度盐化和碱化土壤的统称,全世界100多个国家均有分布,总面积约10亿hm2,约占陆地总面积的3.1%[
土壤可溶性盐总量和阴阳离子(CO32–、HCO3–、SO42–、Cl–、K+、Na+、Ca2+、Mg2+)含量共计9个指标的计算公式来源于公开出版的土壤学、农业化学、环境学、肥料学方面的分析技术或方法实验参考书、教材、教材配套用书、规范指南、指导书和工具书,出版日期介于2000—2020年。可溶性盐总量采用质量法测定;CO32–和HCO3–采用双指示剂-中和滴定法或电位滴定法测定;SO42–采用EDTA间接络合滴定法、硫酸钡比浊法、硫酸钡质量法或茜素红S-钡盐滴定法测定;Cl–采用硝酸银滴定法或硝酸汞滴定法测定;K+和Na+采用火焰光度法测定;Ca2+和Mg2+采用EDTA络合滴定法或原子吸收分光光度法测定。
基于盐碱化土壤研究中可溶性盐总量及其组分公式以g·kg–1和cmol·kg–1两种单位进行计算和表达的现状,从两种单位所代表的具体意义出发,以保持计算公式等号左右两边相平衡和所代表意义相一致为原则,进行单位之间和离子形态基本单元之间的换算,结合相应实验原理和操作步骤进行公式推导。
本研究中12本书的相关属性和影响力特征见
书的相关属性和影响力特征
Characteristics of books' properties and impacts
序号 |
书名 |
主编 |
出版日期 |
属性 |
被引频次 |
1 | 土壤农业化学分析方法 | 鲁如坤[ |
2000.4 | 参考书 | 17 644 |
2 | 土壤农化分析(第三版) | 鲍士旦[ |
2000.12 | 教材 | 26 056 |
3 | 土壤学实验指导 | 林大仪[ |
2004.7 | 教材配套用书 | 538 |
4 | 土壤分析技术规范(第二版) | 全国农业技术推广服务中心[ |
2006.6 | 规范 | 709 |
5 | 土壤环境学实验教程 | 张辉[ |
2009.5 | 教材 | 10 |
6 | 土壤学实验 | 吕贻忠,李保国[ |
2010.11 | 教材 | 69 |
7 | 土壤检验技术 | 肖珊美[ |
2011.12 | 教材,指导书,参考书 | 5 |
8 | 土壤调查实验室分析方法 | 张甘霖,龚子同[ |
2012.1 | 工具书 | 573 |
9 | 土壤分析技术指南 | 郑必昭[ |
2012.11 | 指南,参考书 | 74 |
10 | 土壤学实验与实习指导 | 迟春明,卜东升,张翠丽[ |
2016.8 | 教材 | 6 |
11 | 土壤理化分析 | 查同刚[ |
2017.12 | 教材 | 18 |
12 | 土壤肥料 | 余胜尤,曾燕红[ |
2018.10 | 教材 | 0 |
9个指标在12本书中的错误点分布特征见
错误点分布特征及所占比例
Distribution characteristics and proportion of error points
序号 |
盐总量 |
CO32– | HCO3– | SO42– | Cl– | K+ | Na+ | Ca2+ | Mg2+ |
注:“--”表示没有涉及相关指标. Note:“--” No related index is involved. | |||||||||
1 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 无 |
2 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 |
3 | 无 | 有 | 有 | 无 | 无 | 有 | 有 | 有 | 无 |
4 | 无 | 无 | 有 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 |
5 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | -- | -- | -- | -- |
6 | 无 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 |
7 | 有 | 有 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 |
8 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 |
9 | 无 | 无 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 |
10 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 | 有 |
11 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 |
12 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 |
出错率 |
25.0 | 41.7 | 58.3 | 33.3 | 25.0 | 36.4 | 36.4 | 63.6 | 45.5 |
下面对12本书9个指标的出错原因进行解析,并提出具体修正意见。
(1)可溶性盐总量
可溶性盐总量计算公式有3本书出现错误,占比25.0%,下面对这些错误进行解析并提出修正措施。
①《土壤农化分析》(第三版)[
(A)第188页“9.3.2.4结果计算”:
(B)
式中,
(B)第188页“9.3.3用阳离子和阴离子总量计算土壤或水样中的总盐量”:
式中“八个离子”指代意义不明确,应写出各离子的基本单元化学式,因为书中后边内容“八个离子”计算公式采用了两种单位的表达方式,以g·kg–1表示的离子基本单元CO32–、HCO3–、SO42–、Cl–、K+、Na+、Ca2+、Mg2+和以cmol·kg–1表示的离子基本单元1/2CO32–、HCO3–、1/2SO42–、Cl–、K+、Na+、1/2Ca2+、1/2Mg2+,两种单位表示的离子基本单元不同,在式(2)中应加以明确。同时,这也保持了上下文计算公式的一致性,避免造成理解上的混乱。建议式(2)以下述形式表示:
②《土壤检验技术》[
式中,
式(5)中
③《土壤学实验与实习指导》[
式中,
式(6)错误,根据此公式无法计算出土壤水溶性盐的总量(%),正确公式应为:
式中,
(2)CO32–和HCO3–
CO32–含量计算公式有5本书出现错误,占比41.7%;HCO3–含量的计算公式有7本书出现错误,占比50.0%,下面对这些错误进行解析并提出修正措施。
①《土壤农化分析》(第三版)[
式中,
式(8)和式(10)中“0.030 0”和“0.061 0”错误,应为“0.300”和“0.610”,代表的含义为每cmol 1/2CO32–和HCO3–的质量(g),单位为g·cmol–1。此时等号右边两部分相乘的结果为(cmol·kg–1)×(g·cmol–1)= g·kg–1,与等号左边所表达的意义和单位一致。
式(9)中“(
式中,0.300和0.610—分别为1/2CO32–和HCO3–的cmol质量,g·cmol–1。
②《土壤学实验指导》[
式中,
式(14)~式(17)中“cmol(t)”中的“(t)”在上下文和指代意义中均未给出具体含义,经查阅相关文献和书籍,也未找出其具体意义。根据我国实行法定计量单位的规定和本专业相关符号的惯常表示方法,建议删除“(t)”,或者在指代意义中标明其含义。式(14)~式(17)中当CO32–和HCO3–以cmol·kg–1为单位表示其浓度时,按照mol的定义必须指明物质的基本单元。根据文中所述测定CO32–和HCO3–的实验原理和操作步骤,式(14)中的“CO32–[cmol(t)·kg–1]”应为CO32–[cmol(1/2CO32–)·kg–1],表示其所用基本单元为1/2CO32–;式(15)中的“cmol(t)·kg–1”应为CO32–[cmol(1/2CO32–)·kg–1];式(16)中的“HCO3–[cmol(t)·kg–1]”应为HCO3–[cmol(HCO3–)·kg–1],表示其所用基本单元为HCO3–;式(17)中的“cmol(t)·kg–1”应为HCO3–[cmol(HCO3–)·kg–1]。式(16)中“(
式中,
③《土壤分析技术规范》(第二版)[
式中,
式中,“(
④《土壤学实验》[
式中,0.030 0—为1/2CO32–的摩尔质量,kg·mol–1;0.061—为HCO3–的摩尔质量,kg·mol–1。
式(24)和式(25)中“0.030 0”和“0.061”错误,应为“0.300”和“0.61”,具体原因解析同上文。式(24)、式(25)和指代意义应修正如下:
式中,0.300—为1/2CO32–的cmol质量,g·cmol–1;0.61—为HCO3–的cmol质量,g·cmol–1。
⑤《土壤检验技术》[
式中,
式(28)中“
《土壤分析技术指南》[
式中,
式中,“(
⑦《土壤学实验与实习指导》[
式中,
式(34)和式(35)等号右边式子系数“100”应为“1 000”。右边式子不乘系数100时,其单位为(mL×mol)/(L×g)= mol·kg–1,将其与等号左边式子单位mmol·kg–1保持一致时需乘系数1 000,即mol·kg–1 = mmol·kg–1×1 000,因此系数“100”应为“1 000”。式(35)中“(
式中,0.0610为HCO3–的毫摩尔质量,g·mmol–1;
(3)SO42–
SO42–含量计算公式有4本书出现错误,占比33.3%,下面对这些错误进行解析并提出修正措施。
①《土壤农化分析》(第三版)[
式中,0.0480—1/2SO42–的摩尔质量,kg·mol–1。
式(38)中“0.0480”错误,应为“0.480”,其代表的含义为每cmol 1/2SO42–的质量(g),单位为g·cmol–1。此时等号右边两部分相乘的结果为(cmol·kg–1)×(g·cmol–1)= g·kg–1,与等号左边所表达的意义和单位一致。式(38)和指代意义应修正如下:
式中,0.480—1/2SO42–的cmol质量,g·cmol–1。
②《土壤分析技术规范》(第二版)[
式中,
根据书中所述实验原理和操作步骤,在式(40)中,等号右边式子的计算结果表明此公式中硫酸根的基本单元为“1/2SO42–”,因此等号左边的“mmol(SO42–)·kg–1”应为“mmol(1/2SO42–)·kg–1”。式(40)应修正如下:
③《土壤学实验》[
(A)第174页“4.结果计算”:
式中,0.0480—为1/2SO42–的摩尔质量,kg·mol–1。
式中“0.0480”错误,应为“0.480”,具体原因解析同上文。式(42)和指代意义应修正如下:
式中,0.480—1/2SO42–的cmol质量,g·cmol–1。
(B)第175页“5.结果计算”:
式中,
式(44)等号右边式子应乘“25”,25为吸取的土壤浸出液体积(mL)。指代意义中“
式中,25—为吸取的土壤浸出液体积,mL;
④《土壤学实验与实习指导》[
式中,
根据书中所述实验原理和操作步骤,在式(48)中,等号右边式子的计算结果表明此公式中硫酸根的基本单元为“1/2SO42–”,因此等号左边的“SO42–(mmol·kg–1)”应为“1/2SO42–(mmol·kg–1)”。式(48)等号右边式子的系数“100”应为“1 000”。右边式子不乘系数100时,单位为(mL×mol)/(L×g)= mol·kg–1,当将其与等号左边式子单位mmol·kg–1保持一致时需乘系数1 000,即mol·kg–1 = mmol·kg–1× 1 000,因此系数“100”应为“1 000”。式(49)等号右边式子“SO42–(mmol·kg–1)”应为SO42–[(1/2SO42–)(mmol·kg–1)],此时公式右边的计算结果为(mmol·kg–1)×(g·mmol–1)= g·kg–1,与公式左边“SO42–(g·kg–1)”所指代的意义相符,公式左右两边结果一致。式(48)和式(49)应修正如下:
(4)Cl–
Cl–含量计算公式有3本书出现错误,占比25.0%,下面对这些错误进行解析并提出修正措施。
①《土壤农化分析》(第三版)[
式中,0.03545—Cl–的摩尔质量,kg·mol–1。
式中“0.03545”错误,应为“0.3545”,代表的含义为每cmol Cl–的质量(g),单位为g·cmol–1。此时等号右边两部分相乘的结果为(cmol·kg–1)×(g·cmol–1)= g·kg–1,与等号左边所表达的意义和单位一致。式(52)和指代意义应修正如下:
式中,0.3545—Cl–的cmol质量,g·cmol–1。
②《土壤学实验》[
式中,0.03545—为Cl–的摩尔质量,kg·mol–1。
式中“0.03545”错误,应为“0.3545”,具体原因解析同上文。式(54)和指代意义应修正如下:
式中,0.3545—为Cl–的cmol质量,g·cmol–1。
③《土壤学实验与实习指导》[
式中,
式(56)等号右边式子系数“100”应为“1 000”。右边式子不乘系数100时,单位为(mol×mL)/(L×g)= mol·kg–1,当将其与等号左边式子单位mmol·kg–1保持一致时需乘系数1 000,即mol·kg–1 = mmol·kg–1×1 000,因此系数“100”应为“1 000”。指代意义“0.03545—Cl–的毫摩尔质量,g·mmol”中的“g·mmol”应为“g·mmol–1”。式(56)和Cl–指代意义的单位应修正如下:
式中,0.03545—Cl–的毫摩尔质量,g·mmol–1。
(5)K+和Na+
K+和Na+含量计算公式有4本书出现错误,占比36.4%,下面对这些错误进行解析并提出修正措施。
①《土壤农化分析》(第三版)[
式中,
式(59)指代意义“
式中,
②《土壤学实验指导》[
式中,
式中等号右边式子系数“10–4”错误,应为“10–6”。根据等号左边各符号所代表的意义,此公式中Na或K的含量是以质量分数(%)表示的,则等号右边式子中分子与分母的单位应当一致,即在乘系数“10–4”之前“(
式中,
③《土壤学实验》[
式中,
式(62)和式(64)的系数“103”应为“10–3”。式(62)和式(64)等号右边式子在不乘系数“103”时所得结果的单位为(μg×mL)/(mL×g)= μg·g–1,根据等号左边式子的单位“g·kg–1”,μg·g–1应换算为g·kg–1,两者之间的换算关系为g·kg–1 = μg·g–1×10–3。因此,式(62)和式(64)的系数“103”应为“10–3”。式(63)和式(65)中的“0.039”和“0.023”错误,应为“0.39”和“0.23”,其代表的含义为每cmol K+和Na+的质量(g),单位为g·cmol–1。此时等号右边两部分相除的结果为(g·kg–1)/(g·cmol–1)= cmol·kg–1,与等号左边所表达的意义和单位一致。式(62)~式(65)和部分指代意义应修正如下:
式中,0.39和0.23—K+和Na+的cmol质量,g·cmol–1。
④《土壤学实验与实习指导》[
式中,
式中的系数“1 000”应为“10–3”。具体原因解析同上文。式(70)应修正如下:
(6)Ca2+和Mg2+
Ca2+含量计算公式有7本书出现错误,占比63.6%,Mg2+含量计算公式有5本书出现错误,占比45.5%,下面对这些错误进行解析并提出修正措施。
①《土壤农业化学分析方法》[
式中,
式中等号右边式子需乘“系数2”。不乘2时,等号右边式子计算出的是以Ca2+为基本单元的浓度,而等号左边式子表示的是以1/2Ca2+为基本单元的浓度,两者之间的换算关系为1/2Ca2+浓度= Ca2+浓度×2。因此等号右边式子需乘系数2,计算结果才能与等号左边所表达的意义和单位一致,等式才成立。式(72)和相关指代意义应修正如下:
式中,2—将mol(Ca2+)换算成mol(1/2Ca2+)的系数。
同样地,《土壤学实验指导》[
②《土壤农化分析》(第三版)[
式中,0.020和0.0122—1/2Ca2+和1/2Mg2+的摩尔质量,kg·mol–1。
式(74)和(75)中“0.020”和“0.0122”错误,应为“0.20”和“0.122”,其所代表含义为每cmol 1/2Ca2+和1/2Mg2+的质量(g),单位为g·cmol–1。此时等号右边两部分相除的结果为(g·kg–1)/(g·cmol–1)= cmol·kg–1,与等号左边所表达的意义和单位一致。式(74)、式(75)和指代意义应修正如下:
式中,0.20和0.122—为1/2Ca2+和1/2Mg2+的cmol质量,g·cmol–1。
③《土壤学实验》[
式中,
式(78)和式(80)中系数“103”应为“10–3”。公式等号右边式子在不乘系数“103”时所得结果的单位为(μg×mL)/(mL×g)= μg·g–1,根据等号左边式子的单位“g·kg–1”,则μg·g–1应换算为g·kg–1,两者之间的换算关系为g·kg–1 = μg·g–1×10–3。因此,式(78)和(80)中的系数“103”应为“10–3”。式(79)和式(81)中“0.020”和“0.0122”错误,应为“0.20”和“0.122”,具体原因解析同上文。式(78)~式(81)和相关指代意义应修正如下:
式中,0.20和0.122—1/2Ca2+和1/2Mg2+的cmol质量,g·cmol–1。
④《土壤检验技术》[
式中,
式(86)和式(87)中系数“103”应为“10–3”。具体原因解析同上文。式(86)和式(87)应修正如下:
⑤《土壤分析技术指南》[
式中,
式(90)和式(91)等号右边式子需乘“系数2”。具体原因解析同前文。式(90)、式(91)和相关指代意义应修正如下:
式中,2—将mol(Ca2+)或mol(Mg2+)换算成mol(1/2Ca2+)或mol(1/2Mg2+)的系数。
⑥《土壤学实验与实习指导》[
(A)第116页“(四)结果计算”:
式中,
指代意义“
式中,
(B)第118页“(四)结果计算”:
式中,
式(98)~式(101)错误,根据公式等号右边所给出的式子进行计算无法得到等号左边的计算结果。部分指代意义存在错误,指代意义中的“
式中,103—将mL换算为L的系数;200—每cmol 1/2Ca2+的质量,mg·cmol–1;122—每cmol 1/2Mg2+的质量,mg·cmol–1;0.20—每cmol 1/2Ca2+的质量,g·cmol–1;0.122—每cmol 1/2Mg2+的质量,g·cmol–1;1000—换算为每1 kg土壤中钙、镁含量的系数。
根据上述各指标的出错特点和出错原因解析,将出错种类归纳为系数2、换算系数、公式、指代意义和公式不规范5种类型,归纳分析结果见
各指标出错特征及所占比例
Error characteristics and percentage of 9 indexes
排名 |
指标 |
出错次数 |
出错次数占比 |
出错种类 Error category | ||||
系数2 | 换算系数 | 公式 | 指代意义 | 公式不规范 | ||||
1 | HCO3– | 11 | 16.2 | 0 | 3 | 6 | 0 | 2 |
2 | Ca2+ | 10 | 14.7 | 3 | 5 | 2 | 0 | 0 |
3 | SO42– | 9 | 13.2 | 0 | 4 | 1 | 1 | 3 |
4 | Mg2+ | 8 | 11.8 | 1 | 5 | 2 | 0 | 0 |
4 | K+ | 8 | 11.8 | 0 | 4 | 0 | 4 | 0 |
4 | Na+ | 8 | 11.8 | 0 | 4 | 0 | 4 | 0 |
5 | CO32– | 6 | 8.82 | 0 | 3 | 1 | 0 | 2 |
6 | 盐总量 | 4 | 5.88 | 0 | 0 | 1 | 2 | 1 |
6 | Cl– | 4 | 5.88 | 0 | 3 | 0 | 1 | 0 |
出错种类次数Error category No./次 | 4 | 31 | 13 | 12 | 8 | |||
出错种类占比Percentage of error category No./% | 5.88 | 45.6 | 19.1 | 17.6 | 11.8 |
通过对9个指标计算公式出错特征的归纳分析,将易出错单位换算关系汇总至
各单位之间换算关系
Conversion relationships of various units
指标 Index | 换算关系 Conversion relationship |
盐总量 | 总量(g∙kg–1)=(Ca2++Mg2++K++Na+)(g∙kg–1)+(CO32–+HCO3–+Cl–+SO42–)(g∙kg–1) |
总量(cmol∙kg–1)=(1/2Ca2++1/2Mg2++K++Na+)(cmol∙kg–1)+(1/2CO32–+HCO3–+Cl–+1/2SO42–)(cmol∙kg–1) | |
CO32–/HCO3– | (cmol∙kg–1)×(g∙cmol–1)= g∙kg–1 |
mol∙kg–1 = mmol∙kg–1×1 000 | |
1/2CO32–(mol/cmol/mmol)浓度=CO32–(mol/cmol/mmol)浓度×2 | |
SO42– | (cmol∙kg–1)×(g∙cmol–1)= g∙kg–1 |
(mg∙mg–1)×1 000 = g∙kg–1 | |
SO42– | (g∙kg–1)/(g∙cmol–1)= cmol∙kg–1 |
mol∙kg–1 = mmol∙kg–1×1 000 | |
(mmol∙kg–1)×(g∙mmol–1)= g∙kg–1 | |
1/2SO42–(mol/cmol/mmol)浓度=SO42–(mol/cmol/mmol)浓度×2 | |
Cl– | (cmol∙kg–1)×(g∙cmol–1)= g∙kg–1 |
mol∙kg–1 = mmol∙kg–1×1 000 | |
K+/Na+ | mg×10–3 = g×10–6 |
g∙kg–1 = μg∙g–1×10–3 | |
(g∙kg–1)/(g∙cmol–1)= cmol∙kg–1 | |
Ca2+/Mg2+ | (g∙kg–1)/(g∙cmol–1)= cmol∙kg–1 |
g∙kg–1 = μg∙g–1×10–3 | |
mol∙kg–1 = cmol∙kg–1×100 | |
1/2Ca2+(mol/cmol/mmol)浓度=Ca2+(mol/cmol/mmol)浓度×2 | |
1/2Mg2+(mol/cmol/mmol)浓度=Mg2+(mol/cmol/mmol)浓度×2 |
通过上述研究可知,9个指标计算公式中,HCO3–含量计算公式出错率最高,且主要集中在标准酸体积的计算中。经过对12本书所述滴定实验操作步骤的统计分析发现,在采用双指示剂-中和滴定法时
CO32–含量计算公式中错误将2
易出错原因在于未弄清系数2在以mol/cmol/ mmol为单位时两种不同基本单元化学式换算中的作用。当将Ca2+(Mg2+)(mol/cmol/mmol)浓度以1/2Ca2+(1/2Mg2+)(mol/cmol/mmol)浓度表示时,两者之间的换算关系为1/2Ca2+(1/2Mg2+)(mol/ cmol/mmol)浓度= Ca2+(Mg2+)(mol/cmol/mmol)浓度×2,两者之间的换算系数是2,不是1。本研究之所以将系数2作为一种错误种类单独列出来,是因为需要强调一下系数“2”的意义,让大家对“2”的含义有更深层次的理解,避免工作中类似错误的再次发生。实际工作中,2价的阴阳离子均有可能发生此类错误,据此着重强调一下,在公式推导中,需要科技工作者根据反应原理仔细斟酌各反应物之间的化学计量关系,准确给出相应的计算公式。
本研究涉及固体试样和液体试样2种状态样品待测组分含量的表示方法。固体试样待测组分的含量通常以质量分数表示,百分比符号“%”是质量分数的一种表示方法,可理解为“×10–2”;当待测组分含量非常低时,可用μg·g–1、ng·g–1和pg·g–1等来表示[
根据固体试样和液体试样待测组分含量的表示方法,cmol·kg–1属于液体试样待测组分的质量摩尔浓度(mol·kg–1)表示方法,考虑到盐碱土中可溶性盐总量和离子含量的数值范围,常将mol·kg–1以cmol·kg–1的形式表示。而根据上述质量摩尔浓度的定义,其表示的意义为待测组分的物质的量除以溶剂的质量,如果应用到本研究中,其所要表达的含义为可溶性盐离子的物质的量除以土壤的质量,土壤此时的作用相当于溶剂,但实际上土壤的一些理化性质使其并不严格符合溶剂的含义,例如它不是惰性物质,土壤颗粒可以和可溶性盐离子发生土壤化学反应等。因此,笔者认为,应将cmol·kg–1认为是固体试样中待测组分含量的一种表达形式,例如可以将以g·kg–1、μg·g–1、ng·g–1和pg·g–1等单位换算为以mol·kg–1、cmol·kg–1和mmol·kg–1等的单位表达形式。需要强调的是,换算过程必须考虑物质的基本单元,表达形式必须标明基本单元的化学式。国家技术监督局的李慎安[
为什么在可溶性盐总量和离子组分的测定和表达中需要cmol·kg–1这一单位的存在呢?这主要基于盐碱土的分类和分级原则。根据我国的实际情况,王遵亲等[
在有关土壤学相关研究中,除了可溶性盐及其组分的研究中使用到单位cmol·kg–1,土壤交换性能研究中的通用单位也为cmol·kg–1。土壤交换性能研究中涉及到单位为cmol·kg–1的指标有阳离子交换量(CEC)、有效阳离子交换量(ECEC)、交换性盐基[K+、Na+、Ca2+(1/2Ca2+)、Mg2+(1/2Mg2+)]含量、交换性H+含量、交换性Al3+(1/3Al3+)含量和碱化土壤交换性Na+含量等。这些指标的单位均需以cmol·kg–1表示,因为它们的提取是基于适宜的交换剂与土壤表面吸附的阳离子进行等当量交换的原则进行的,其单位cmol·kg–1代表的含义是每千克土壤所含相关代换性阳离子的厘摩尔数(按一价离子计),常用的表示方式有cmol·kg–1、cmol(+)·kg–1、cmol(+)·kg–1和cmolc·kg–1等。对土壤可溶性盐与土壤交换性能研究中相关指标的提取、测试分析及计算过程进行比较可以发现,当以cmol·kg–1为单位表示相关指标时,两者之间的意义相似,均是代表每千克土壤所含相关阳离子的厘摩尔数(按一价离子计)。但需加以区别的是,两者所代表的基本含义不同。根据盐碱土的性质,土壤可溶性盐主要指可溶于水的钠、钙、镁的氯化物或硫酸盐和碳酸盐及重碳酸盐等[
此外,土壤交换性能中的很多计算公式也同样涉及到可溶性盐及其组分中相同的参数,如单位cmol·kg–1的意义、系数2以及高价阳离子的表示形式(如Ca2+以1/2Ca2+表示、Mg2+以1/2Mg2+表示、交换性Al3+以1/3Al3+表示),但交换性能中的计算公式却几乎没有错误。其原因应该是土壤交换性能中对相关测试指标和其表示单位所代表的具体含义讲述透彻,使研究者能理解清楚,所以出错几率大大降低。而在可溶性盐及其组分的测定和计算中,牵涉到g·kg–1和cmol·kg–1两种不同单位的表达方式,但又未将它们所代表的具体含义阐述明白,所以导致诸多错误的出现。
笔者在进行本研究时发现,实验中所使用的土壤样品既有风干土,也有烘干土,12本书中,8本选择的是风干土,占比66.7%;4本选择的是烘干土,占比33.3%。鉴于相对于烘干过程,风干对土壤性状的影响要小,所以建议土壤分析实验中选用风干土(特殊要求的除外)。如果时间十分紧急,来不及对土壤进行风干而不得不采用烘干过程,建议烘干温度介于35℃~60℃之间[
对于本研究所涉及的专业书籍会出现如此多的公式错误,笔者是很震惊和诧异的。本研究上述错误的出现反映出在目前教学过程中对公式推导过程的严重疏忽,以及对专业书籍质疑精神的严重弱化。希望相关单位在教书育人过程中应加强对这两方面工作的重视。
土壤可溶性盐及其组分计算公式中存在的诸多错误会导致可溶性盐总量和阴阳离子含量计算结果错误,从而进一步影响对盐碱土的正确分类分级。土壤可溶性盐计算公式存在以g·kg–1和cmol·kg–1两种单位表达形式,在公式中应标明离子的基本单元化学式,以免造成混淆;CO32–和HCO3–公式出错主要原因在于未弄清楚两步滴定过程中所消耗标准酸体积所代表的具体含义及两者之间的关系,单位之间的换算系数出错为另一主要原因;SO42–公式出错原因主要为单位之间的换算系数,其次为基本单元表达式;Cl–、K+和Na+公式出错原因主要集中于单位之间的换算系数;Ca2+和Mg2+公式出错原因主要集中于单位之间的换算系数,其次为基本单元之间的换算系数2。希望本研究提出的纠正措施能引起科技工作者和相关部门的足够重视并得到及时改进,以避免类似错误的发生。
感谢中国科学院南京土壤研究所杨金玲研究员在相关概念理解中给予的帮助和建议!
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