土壤中氧气(O₂)的测定对于理解土壤呼吸、微生物活性、植物根系健康、污染物生物降解过程以及土壤环境质量评估至关重要。土壤并非充满空气的简单孔隙，而是一个复杂的三相(固、液、气)系统，其氧气浓度远低于大气(20.9%)，且在空间和时间上高度动态变化。

　　测定土壤氧气主要有原位(现场)测量和离体(实验室)分析两大类方法。

　　一、 原位测量法 (In-situ Measurement)

　　这是常用、能反映土壤真实状态的方法，通过将传感器直接插入土壤中进行连续或瞬时测量。

　　1. 电化学传感器 (Electrochemical Sensors)

　　原理：基于氧气在电极上的还原反应产生电流，电流大小与氧气分压成正比。

　　类型：

　　极谱法氧电极 (Clark-type Electrode)：

　　经典的电化学氧传感器，由阴极(Pt)、阳极(Ag/AgCl)和透气膜(如聚四氟乙烯PTFE)组成。

　　需要外部电源，测量时消耗少量氧气。

　　可制成探针，直接插入土壤。需定期校准(通常用空气和氮气)。

　　伽伐尼电池氧传感器：

　　类似于电池，无需外部电源，氧气在阴极还原，阳极金属(如铅、锌)氧化。

　　结构简单，但寿命有限(阳极消耗)。

　　优点：可实现连续、实时监测，分辨率高。

　　缺点：响应时间相对较慢(需几分钟达到平衡)，透气膜可能被土壤颗粒或生物堵塞，需要定期维护和校准。

　　2. 光学传感器 (Optical Sensors / Fluorescence-based Sensors)

　　原理：利用荧光猝灭(Fluorescence Quenching)原理。传感器尖端涂有对氧气敏感的荧光染料。当用特定波长的光激发时，染料会发出荧光。氧气分子会与激发态的染料分子碰撞，使其非辐射失活，从而降低荧光强度和缩短荧光寿命。氧气浓度越高，荧光猝灭越强。

　　测量方式：现代仪器主要测量荧光寿命(Lifetime)，因为它比荧光强度更稳定，不受光源衰减、染料老化或轻微污染的影响。

　　商品化产品：如Hach LDO(Luminescent Dissolved Oxygen)、PreSens等品牌的土壤氧探头。

　　优点：

　　无需消耗氧气，不影响测量环境。

　　响应速度快(秒级)。

　　不受流速影响。

　　长期稳定性好，维护需求低。

　　缺点：仪器成本通常高于电化学传感器。

　　3. 气相色谱法 (Gas Chromatography, GC) - 原位采样

　　方法：

　　在土壤中预埋一个密闭的采样室(如不锈钢探头或PVC管)。

　　用气密性注射器或气袋，通过采样室的端口抽取土壤孔隙气体。

　　立即将气体样品注入气相色谱仪进行分析。

　　优点：GC是气体分析的“金标准”，结果准确可靠，可同时分析O₂、N₂、CO₂、CH₄等多种气体。

　　缺点：是瞬时、破坏性采样，无法连续监测;操作相对繁琐，需要将样品带回实验室或现场配备GC设备。

　　二、 离体分析法 (Ex-situ Analysis)

　　将土壤样品带回实验室进行分析，通常会破坏土壤的原始结构。

　　1. 气相色谱法 (GC) - 实验室分析

　　方法：

　　采集未扰动的土壤芯(使用土钻)。

　　将土样迅速转移到密闭的顶空瓶中，尽量减少与大气的接触。

　　在实验室，用注射器抽取瓶内上方的气体(顶空气)，注入GC进行分析。

　　优点：可以精确测量特定深度土样的氧气含量，避免了传感器插入造成的扰动。

　　缺点：样品在采集、运输和转移过程中可能发生气体交换，导致结果偏差;无法反映动态变化。

　　2. 化学滴定法 (Chemical Titration) - 传统方法

　　原理：z经典的是瓦式呼吸计 (Warburg Respirometer) 或碱性没食子酸法。

　　将土壤样品放入密闭容器，其中的氧气与特定化学试剂(如焦性没食子酸的碱性溶液)反应被吸收。

　　测量反应前后容器内气体体积的减少量，从而计算出氧气含量。

　　现状：这种方法繁琐、耗时，且精度较低，已被现代仪器方法基本取代，仅在教学或特定研究中使用。

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