除湿风干对土壤主要理化性质检测准确性的影响评价

万伟杰 袁丽娟 张标金

摘要 自然风干制备湿土壤样品效率低下，利用风机和除湿机制造干燥的空气循环来模拟自然风干过程实现快速干燥是一条理想的途径，然而该方式对土壤理化性质的检测准确性是否有影响尚缺乏文献报道。本研究通过对比除湿风干和自然风干制备土壤的风干速度、水分、pH值、有机质含量、主要重金属（Cr、Cu、As、Mn、Ni、Zn、Cd、Pb、Hg）含量等的差异性来分析除湿风干代替自然风干的可行性。结果表明，除湿风干的干燥速度更快，最终水分含量更低，而pH值、有机质含量和重金属含量则没有显著差异，因而在上述项目的检测中可采用除湿风干的方式制备湿土壤样品以提高制样效率。

关键词 除湿风干；土壤；理化性质

中图分类号 O655.2；O657 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）14-0187-02

Abstract Wet soil sample preparation via natural air drying is inefficient.It is an ideal way to achieve rapid drying by simulation of the natural drying process from dry air cycle utilizing a fan and a dehumidifier.However，there is rare literature report about the influence of this method on the detection accuracy of soil physical and chemical properties.In this study，in order to analyze the feasibility of dehumidification air drying instead of natural air drying，the differences of dry speed，moisture，pH value，organic matter content and main heavy metals（Cr，Cu，As，Mn，Ni，Zn，Cd，Pb and Hg）contents of soil prepared by dehumidification air drying and natural air drying were compared.The results indicated that，the drying rate of dehumidification drying was faster，and final moisture was lower.However，there were no significant difference in pH value，organic matter content and heavy metal contents.Therefore，wet soil samples can be prepared by dehumidification air drying to improve the efficiency of sample preparation.

Key words dehumidification air drying；soil；physical and chemical property

土壤指標的检测普遍要求土壤样品为干燥状态，目前土壤的pH值、重金属、有机质等检测指标，加热烘干对其含量和存在状态都会有影响。如重金属汞在土壤中有部分以元素形态存在，这部分汞为亲气元素，易向大气迁移（尤其在人为活动影响下）[1]。一般条件下，还有部分汞被有机物螯合，成为有机态汞，这部分汞的含量及螯合强度不仅受有机质量的影响，而且受其质的影响，其中甲基汞和二甲基汞极易被植物吸收，也易挥发损失[2-3]。因此，检测方法对土壤样品的制备要求几乎一律为自然风干或冷冻干燥。而冷冻干燥成本较高、干燥量少，现阶段大部分检测机构还是采用自然风干的方式。

自然风干虽然有着能够最大限度保持样品原始性状的优点，但其干燥时间很漫长，尤其是在南方连续的阴雨天气下干燥效率极低，严重影响检测机构工作效率，无法满足检测客户的迫切需要。而关于快速风干制备土壤样品的方法却鲜有报道，也缺少理论依据。本研究通过自制快速风干设备制样，并比较其与自然风干样品的差异来研究代替自然风干的可行性，为土壤的快速风干制样提供新的方法和理论依据。

1 材料与方法

1.1 仪器

仪器包括AFS-230E原子荧光光谱仪（北京科创海光仪器公司）、DRC-e电感耦合等离子体质谱仪（美国PerkinElmer公司）、MARSXpress微波消解仪（美国CEM公司）、AL204分析天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]、SevenEasy S20实验室pH计[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]、GZX-9240 MBE数显鼓风干燥箱（上海博讯）。

1.2 试剂

试剂包括国家标准样品多元素标准溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心），汞单元素标准溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心），土壤标准参考样GSS-7，盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸均为UPS级（苏州晶瑞化学股份有限公司），其他试剂为优级纯，试验用水为超纯水（Millipore公司超纯水制备，电阻率为18.2 MΩ·cm）。

1.3 试验方法

1.3.1 除湿风干设备。根据浓度扩散原理，在相对封闭的环境中使用除湿机降低空气湿度，再利用风机制造空气循环来模拟自然风干的过程，实现快速风干的目的。

1.3.2 样品准备。于南昌县随机采集2种类型土壤样品，1号为黏性的土壤，2号为疏松的土壤。试验前测试其水分含量，1号含水量为36.1%，2号含水量为18.7%。对上述2种土壤同时采用自然风干和除湿风干2种干燥方式，得到所需干燥样品。

1.3.3 样品分析。

（1）水分的测定采用重量法，参照国家环境保护标准《土壤干物质和水分的测定重量法》（HJ 613—2011）[4]，土壤样品在（105±5）℃烘至恒重，以烘干前后的土样质量差值计算干物质和水分的含量，用质量百分比表示。

（2）pH值的测定方法参照农业行业标准《土壤pH的测定》（NY/T 1377—2007）[5]，称取（10.0±0.1）g试样，置于50 mL的高型烧杯中，并加入25 mL水。将容器密封后，用搅拌器搅拌5 min，然后静置1～3 h。以校正后的pH计测定读数。

（3）有机质的测定采用滴定法，参照农业行业标准《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》（NY/T 1121.6—2006）[6]，在加热条件下，用过量的重铬酸钾-硫酸溶液氧化土壤有机碳，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液滴定，由消耗的重铬酸钾量按氧化校正系数计算出有机碳量，再乘以常数1.724，即为土壤有机质含量。

（4）汞的测定方法采用原子荧光法，参照农业行业标准《土壤检测 第10部分：土壤总汞的测定》（NY/T 1121.10—2006）[7]，称取通过0.149 mm筛孔的风干试样0.5 g（精确至0.000 1 g）置于50 mL具塞比色管中，加10 mL（1+1）王水，加塞后小心摇匀，于沸水浴中加热消解2 h，取出冷却，立即加10 mL保存液，用稀释液定容，澄清后使用原子荧光光谱仪测定。

（5）Cr、Cu、As、Mn、Ni、Zn、Cd、Pb等重金属的测定参考相关文献[8-11]方法，采用微波消解ICP-MS法，称取干试样0.1 g（精确至0.001 g）置于微波消解罐中，加3 mL水润湿，加3 mL HNO3、2 mL H2O2、1 mL HF，浸泡1 h，盖好内盖，旋紧外套，放入微波消解器中消解。微波消化程序可以根据仪器型号调至最佳条件。消解完毕，在箱内自然冷却至室温，将消化液过滤入50 mL容量瓶中，用超纯水少量多次洗涤消解罐，洗液合并于容量瓶中，再加入1 mg/L Rh 1 mL作为内标元素，最后定容至刻度，混匀备用，采用电感耦合等离子体质谱仪测定。

2 结果与分析

2.1 风干速度与最终水分含量

风干速度是干燥效率的体现，而最终水分含量则会影响到土壤样品的保存。在风干过程中对除湿风干的样品每5 h取样，自然风干的样品每天取样分别测其水分。结果显示，除湿风干的1号在40 h后达到恒重，水分为2.1%；2号在25 h后达到恒重，水分为1.8%。自然风干的1号在11 d后达到恒重，水分为4.0%；2号在9 d后达到恒重，水分为3.4%。由此可见，除湿风干的干燥效率更高，最终水分更低。

2.2 土壤pH值、有机质及重金属含量

土壤pH值、有机质及重金属含量是土壤检测的常见项目。本试验采用2种风干方式的2种土壤样品分别测定pH值、有机质及重金属含量的方式来分析除湿风干和自然风干的差异。pH值和有机质含量采用3个平行测定，重金属采用6个平行测定。结果发现，2种处理方式的土壤pH值、有机质及重金属含量均没有显著差异（表1～3）。pH值结果差值均<0.1，符合方法要求，而除湿风干的pH值略微偏高可能是受土壤水分含量影响。有机质含量的平行测定结果允许相差和重金属含量的RSD值均符合国家检测标准要求。

3 结论

采用除湿风干制备的湿土壤样品主要理化性质分析结果和自然风干的样品结果差异不显著，且风干效率更高，最终的水分含量更低，有利于样品保存。在实际检测过程中，可以使用除湿风干代替自然风干，以提高制样效率，但该制样方式能否推广到所有土壤检测项目还有待进一步研究。

4 参考文献

[1] REVIS E.Distribution of mercury species in soil from a mercury contami-nated site[J].Water Air and Soil Pollution，1989（45）：105-113.

[2] 姚爱军，青长乐.腐殖酸对矿物结合汞活性的影响：Ⅰ.腐殖酸对矿物结合汞挥发活性的影响[J].土壤学报，1999，36（4）：477-483.

[3] 荆延德，赵石萍，何振立.土壤中汞的吸附-解吸行为研究进展[J].土壤通报，2010，41（5）：1270-1274.

[4] 环境保护部.土壤 干物质和水分的测定 重量法：HJ 613—2011[S].北京：中国环境科学出版社，2011.

[5] 中华人民共和国农业部.土壤pH的测定：NY/T 1377—2007[S].北京：中国农业出版社，2007.

[6] 中华人民共和国农业部.土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定：NY/T 1121.6—2006[S].北京：中国农业出版社，2006.

[7] 中华人民共和国农业部.土壤检测 第10部分：土壤總汞的测定：NY/T 1121.10—2006[S].北京：中国农业出版社，2006.

[8] 刘传娟，刘凤枝，蔡彦明，等.不同前处理方法ICP-MS测定土壤中的重金属[J].分析试验室，2009（28）：91-94.

[9] 林松.微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定土壤样品中八种重金属元素[J].福建分析测试，2008，17（3）：21-23.

[10] 张奇，郑昱.微波消解ICP-MS法测定土壤中的8种金属元素[J].广东化工，2016，43（9）：241-242.

[11] 杨丽华.微波消解ICP-MS法测定土壤中的十种金属元素[J].福建分析测试，2017，26（1）：59-62.