土壤有效硫测试方法的探讨

黎庆容+李汉涛+刘军仿+浣祎+彭文勇

摘要：通过盆栽试验，研究植物全硫与土壤有效硫的相关性，对4种不同的浸提剂进行优选，在选定浸提剂的情况下对土壤有效硫的测试方法进行改进，最后通过准确度和精密度试验对改进后的方法进行了验证。筛选了一种较理想的土壤有效硫评价方法和指标并予以统一，以指导合理施用硫肥。

关键词：土壤测试；有效硫；浸提剂；精密度

中图分类号：S151.9+5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）10-2343-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.010

硫在作物体内既是构成氨基酸、蛋白质的结构组分，又是许多酶与辅酶的活性物质，参与细胞内许多重要的代谢过程[1，2]。硫是所有植物生长发育不可缺少的16种主要营养元素之一，被认为是继N、P、K之后排名第4位的主要营养成分，已引起国际植物营养界的高度重视[3]。近年来，我国缺硫土壤面积也逐渐增加[4]，在许多省份的土壤上出现缺硫现象，施用硫肥均具有不同程度的增产效果[5]。

土壤中各种形态的硫随时间不断变化，有些形态的硫对植物直接吸收有效，有些形态的硫对植物生长中期或长期有效。土壤中大部分硫为有机形态，需要转化为无机态才能被作物吸收利用。所以，只有同时估计土壤中无机硫和部分有效的有机硫含量才能够合理评价在作物生长期间有效硫的供应状况。

评价土壤的供硫能力通常采用土壤测试和植株诊断。虽然植株诊断是判断土壤硫素丰缺状况的可靠手段，但依靠植株诊断出来为时已晚，不能及时防治作物缺硫状况，从而造成作物减产[6]。因此，对土壤中有效硫的及时、有效测定是提前了解土壤硫素状况、土壤供硫能力，进而指导硫肥合理施用的最有效途径。由于土壤中不同形态的硫对植物的供需速率具有明显差异，合理评价有效硫状况是研究者长期以来一直关注的焦点，也是研究土壤对植物硫素供需状况的重要指标之一[7-9]。然而，土壤的有效硫难以用生物法直接测定，往往是借助某种化学浸提剂所提取的结果间接表征。因此，硫素的土壤诊断仍需要更多有关浸提剂、有效浸提方法及测定条件的研究，许多研究者提出了多种土壤有效硫的化学测定方法[10]。这些方法中使用的浸提剂主要包括氯盐溶液（如0.01 mol/L CaCl2和0. 25 mol/L KCl，40 ℃）、磷酸盐溶液[如0.01 mol/L Ca（H2PO4）2和0.016 mol/L KH2PO4]、碱性溶液[如NaHCO3和Kelowna试剂0.25 mol/L HOAc+0.015 mol/L NH4F]和 酸性溶液（如1 mol/L NH4Ac-HAc，pH 4.0+ 0.15% CaCl2即Morgan试剂）。除氯盐溶液在40 ℃烘箱中以土液比1∶5（m∶V，g/mL，下同）的浸提3 h外，其他方法均采用1∶5的土液比在振荡机上振荡提取1 h。所提取的硫采用比浊法[11]、亚甲基蓝比色法和电感耦合高频等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定。另外还有许多研究者考虑土壤有机质的矿化作用采用硫有效性指数（SAL）和有效硫修正值（ASC）[8]作为供硫指标。对这些方法进行评价并筛选出适合中国国情的土壤有效硫测定方法和相应的临界值指标是合理施用硫肥的关键，具有十分重要的研究意义。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验用土壤来自湖北、河北、辽宁3省的8个地区，土壤基本性质见表1。选择其中的S-1号、S-2号和S-3号土样作为盆栽试验土壤。

1.2 供试植物

供试植物样品为来自中国烟草公司的中烟100。

1.3 盆栽试验

分别选取S-1号（酸性土）、S-2号（石灰性土）、S-3号（黄棕壤），将不含Cl的复合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）和以上3种土壤混匀后装入直径35 cm，高50 cm的瓷盆。取在同样营养条件下培养良好的8片叶龄烟苗，放入穴中进行培养。两种作物对应3种类型的土壤分别作3次重复处理。然后分别在烟草各处理的盆栽前、烟草团棵期、现蕾期、成熟期对土壤有效硫用不同的浸提剂进行测定，并同时测定植株的全硫。试验中3种土各14钵，共42钵，施肥量与土壤质量呈比例。

1.4 土壤有效硫与植物全硫的提取与测定

土壤有效硫的测定采用4种浸提液，配制方法如下：

A：以2 mol/L乙酸为介质的0.01mol/L 磷酸二氢钙（pH 4.00）：称取12.6 g Ca（H2PO4）2·H2O（分析纯）于少量去离子水中溶解，再加入572 mL乙酸，用去离子水定容至5 L。

B：0.15%氯化钙：称取1.5 g CaCl2（化学纯）溶于1 L去离子水中。

C：Morgan试剂（1 mol/L NH4Ac-HAc，pH 4.00）+0.15% CaCl2：称取77.08 g NH4Ac溶于790 mL去离子水中，再加入210 mL乙酸，混匀。最后与1 L 0.15% CaCl2混匀。

D：0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.50）：称取42.0 g NaHCO3溶于约950 mL去离子水中，用10% NaOH溶液调至pH 8.59（用酸度计测定）再用去离子水稀释至1 L。

土壤有效硫的测定采用H2O2氧化-BaSO4比浊法[12]；烟草全硫的测定采用Mg（NO3）2氧化-BaSO4比浊法[13]。

1.5 土壤有效硫测试方法的改进试验

1.5.1 比浊法试验条件的改进 根据浸提剂测定结果，用浸提剂对所有的供试土壤，设置活性炭和过氧化氢（H2O2）除有机质的比较试验。对两种常用的除有机质方法进行比较，其一是活性炭法：用活性炭消除滤液颜色，达到除有机质的效果，其用量根据滤液颜色深浅而定。其二是H2O2 除有机质法：吸取滤液于三角瓶中在电热板上加热，加H2O2（质量分数为30%）2～3滴，氧化有机物。待有机物氧化完全后继续煮沸除去过量的H2O2。endprint

悬浮剂稳定性试验，通常所用的悬浮剂有阿拉伯胶、聚乙烯醇（PVA）等。阿拉伯胶操作繁琐，耗时较长。为此参考文献[14]，探讨聚乙烯醇（PVA）作悬浮剂用于比浊分析。选用这两种悬浮剂通过试验对其进行优选。

比浊温度对土壤有效硫测试的影响。

设置悬浮剂的稳定时间进行不同的比对试验，得出最佳的分析测试时间。

1.5.2 测定方法的准确度试验和精密度试验 测定方法的准确度试验。用加标回收试验验证测定方法的准确度，即在供试土壤样品有效硫的待测液中加入一定量的硫标准溶液，用与测定样品同样的方法进行处理并进行测定。将测得结果减去土样中的有效硫含量除以所加入的硫含量计算出回收率。

测定方法的精密度试验。为了验证方法的精密度，体现测定结果的重复性和再现性，供试土壤样品有效硫的待测液同时用比浊法按每个样品进行6次平行测定，对测得的结果用标准偏差和变异系数检验，以确定方法是否符合一般微量分析的要求。

2 结果与分析

2.1 浸提剂种类对土壤有效硫的影响

选用“1.4”中的4种浸提剂提取土壤中的有效硫含量，植物样品用Mg（NO3）2氧化-BaSO4比浊法测试硫含量。土壤植株中硫的含量如表2所示。

由表2可知，不同浸提剂提取的土壤有效硫有很大的差异，土壤的酸碱性对土壤有效硫的浸提也有很大的影响。总的来说，0.5 mol/L NaHCO3 （pH 8.50）提取的有效硫含量较大，0.15% CaCl2浸提得到的有效硫含量最低，0.01 mol/L Ca（H2PO4）2（pH 4.00）和Morgan试剂浸提得到的有效硫居中。

2.1.2 土壤有效硫与烟草全硫的相关性 由不同浸提剂提取碱性土壤有效硫与烟叶全硫的相关性如图1所示，由图1可知，D浸提剂提取有效硫与烟叶全硫含量的相关性最好，R2=0.986 1，B、C浸提剂次之，A浸提剂相关性最差。由不同浸提剂提取的酸性土壤有效硫与烟叶全硫的相关性如图2所示，由图2可知，对于酸性土来说，浸提剂提取有效硫与烟叶全硫含量的相关性表现为A>B>D>C。由不同浸提剂提取的中性土土壤有效硫与烟叶全硫的相关性如图3所示，由图3可知，A浸提剂提取有效硫与烟叶全硫含量的相关性最好，C浸提剂最差。

综上所述，A浸提剂提取的中性土和酸性土有效硫与烟叶全硫的相关性较好，而用于碱性土相关性较差。C浸提剂提取的土壤有效硫与烟叶全硫的相关性不稳定，B浸提剂用于中性土和碱性土的相关性较差，对于酸性土有较好的相关性，D浸提剂提取的碱性土和中性土有效硫与植物全硫均有较好的相关性，用于碱性土的相关性较其他几种浸提剂好，而对于中性土，A浸提剂提取的有效硫与植物全硫的相关性更好。

上述结果表明，A浸提剂适用于中性土和酸性土中有效硫的提取；C浸提剂提取的土壤有效硫不能广泛使用；A浸提剂虽然对酸性土有较好的相关性，但其测试值偏低，不能提取土壤中某些吸附态硫酸盐，因而不能较好地反映土壤有效硫的真实值；D浸提液受土壤pH影响较大，但能很好地反映碱性土中土壤有效硫的含量。

A浸提剂在中性和酸性条件下的解吸能力较强，除能提取土壤中水溶性硫酸盐外，还可提取土壤中大量吸附态硫酸盐，因此这种方法能较好地反映中性和酸性土壤中可浸提态硫的状况，适用于中性土和酸性土的浸提；D浸提液适用于碱性土有效硫的提取。

2.2 试验条件对土壤有效硫测定的影响

2.2.1 有机质的影响 有机质对比浊法测土壤有效硫有很大的影响，土壤浸提液中的有机胶体会干扰硫酸钡沉淀的生成，在低硫浓度下，有机胶体抑制SO42-生成沉淀，导致测定结果偏低，而在高硫浓度下，有机胶体又会与硫酸钡形成共沉淀，使测定结果偏高。

对供试的8种土壤分别用活性炭法和过氧化氢法去除有机质（表3），设4次重复，并对其求平均值和标准偏差。结果表明，活性炭法除有机质的结果多数比过氧化氢法测得的结果高，只有当土壤有效硫含量较低时（如S-6号土，蕲春的黄棕壤），测试结果活性炭法较过氧化氢法低。试验时应注意过氧化氢氧化有机物后需继续煮沸几分钟，除尽过量的过氧化氢，因为过量的过氧化氢除氧化有机质外，还会将还原性高的土壤中的低价铁氧化，有黄色沉淀出现，干扰比浊。通过活性炭法除有机质与过氧化氢法除有机质标准偏差的比较可以看出，活性炭法除有机质的标准偏差多数较过氧化氢法高，由此可以判断过氧化氢法除有机质的效果比活性炭法好。

2.2.2 悬浮剂的影响 为了使硫酸钡沉淀能均匀地分散在溶液体系中，通常添加悬浮剂，使比浊时的浊度稳定。在所做的30次标准曲线中发现用0.25%阿拉伯胶为悬浮剂时标准曲线系列的相关系数R2为0.989 3～0.994 2，而用0.5%聚乙烯醇（PVA）混合液为悬浮剂，标准曲线系列的相关系数R2为0.993 2～0.999 4。表明选用0.5%PVA作为悬浮剂比用阿拉伯胶稳定。自6月20日开始每隔3 d选取，其中6组做标准曲线，从中可以看出，选用0.5%PVA作悬浮剂比用阿拉伯胶作悬浮剂稳定，且该方法操作简便快速（表4和表5）。

2.2.3 比浊时间的影响 比浊法中时间控制对测定结果有重要的影响，这与混浊体系的稳定性有关。表5为用0.5%的聚乙烯醇（PVA）做悬浮剂，标准曲线系列在不同时间段内的吸光度。由表5可知，随着测定间隔时间的延长，吸光度有变大的趋势，当比浊时间大于60 min时，读数变得不理想，稳定性变差，但在60 min以内时，标准系列的吸光度变化不大。故用比浊法测土壤有效硫含量用0.5%的聚乙烯醇（PVA）做悬浮剂时，比浊时间应控制在60 min以内。

2.3 测定方法的准确度和精密度

2.3.1 测定方法的准确度 称取土样10.00 g，按土液比1∶5浸提，测定25 mL浸提液中硫的含量，每次测定设4次重复。测定结果见表7。由表7可知，其回收率为94.3%～104.1%，对于常量分析，其回收率能满足要求，说明采用0.01 mol/L Ca（H2PO4）2，pH 4.00[碱性土用0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.5）]浸提硫酸钡比浊法测定土壤中有效硫的含量，具有较高的准确度。endprint

2.3.2 测定方法的精密度 精密度通常用标准偏差（S）和变异系数（CV）表示，精密度因待测样品的浓度不同而不同。因此，在浓度不确定的情况下，选择分析重复是必要的。本试验对8种土壤进行6次重复测定，其结果见表8。由表8可知，土壤有效硫含量低，其变异系数则较高，反之，其变异系数则较低。土样有效硫测得的标准偏差为0.26～1.09，变异系数为0.57%～2.37%。表明该方法的精密度较好，可满足化学分析方法的要求。

3 小结与讨论

迄今，许多研究者提出了各种土壤有效硫的化学测定方法，因为土壤有效硫临界值的确定决定于所用的浸提剂和测定方法以及所用的指标。所以，有必要筛选一种较为理想的土壤有效硫评价方法和指标加以统一，以指导我国合理施用硫肥。

本试验首先通过盆栽试验，研究植物全硫与土壤有效硫的相关性，对4种浸提剂进行优选，然后在选定浸提剂的情况下，对土壤有效硫的测试方法进行改进，如除有机质的最佳方法、悬浮剂的选择、显色时间和温度的控制等。最后通过准确度和精密度试验对改进后的方法进行验证。

A浸提液对酸性土壤和中性土壤浸提的有效硫与植物全硫相关性较好，D浸提液对石灰性土壤浸提的有效硫与植物全硫相关性较好。过氧化氢除有机质效果比用活性炭好。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作悬浮剂比用0.25%阿拉伯胶作悬浮剂的标准曲线相关系数要好。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作悬浮剂时，比浊温度对土壤有效硫的测定影响不大，可以在室温下进行。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作悬浮剂比浊的稳定时间可达到1 h。改进后的土壤有效硫测试方法比原方法的精密度和准确度要好。

参考文献：

[1] 周 卫，林 葆.土壤与植物中硫行为研究进展[J].土壤肥料，1997（5）：8-11.

[2] 罗奇祥.土壤硫素状况及其测试法[J].江西农业学报，1994， 6（2）：135-143.

[3] SINGH M V.A review of the Sulphur research activities of the ICAR-AICRP micro and secondary nutrients project[J].Sulphur in Agriculture，1995，19：35-46.

[4] 文 辉，段 平.我国土壤的供硫现状及其农业效果[J].河南化工，1996（1）：4-6，8.

[5] 庞忠仁.环境监测植物样中硫的浊度法测定[J].湖南冶金，1995（1）：55-56，59.

[6] HOQUE S，HEATH S B，KILLHAM K. Evaluation of methods to assess adequacy of potential soil sulphur supply to crops[J].Plant and Soil，1987，101：3-8.

[7] 王庆仁，RANDALL P.油菜叶片扩展的功能性需硫量以及作为缺硫诊断的探讨[J].植物营养与肥料学报，1997，3（4）：334-340.

[8] 王庆仁，林 葆.作物缺硫诊断的研究进展与展望[J].土壤肥料，1998（3）：12-16.

[9] 刘崇群，曹淑卿，陈国安，等.中国南方农业中的硫[J].土壤学报，1990，27（4）：398-404.

[10] ZHAO F，MCGRATH S P. Extractable sulphate and organic sulphur in soils and their availability to plants[J]. Plant and Soil， 1994，164：243-250.

[11] 鲍士旦.土壤农化分析[M].第二版.北京：农业出版社，1986.

[12] 鲍士旦.土壤农化分析[M].第三版.北京：中国农业出版社，2002.

[13] 李 忠，刘思远，黄海涛，等.烟草制品中硫含量测定的研究[J].光谱实验室，2000，17（5）：534-535.

[14] 张宏陶.生活饮用水标准检验法方法注解[M].重庆：重庆大学出版社，1993.endprint