弱酸性森林土壤有效磷的测定方法比较1)

方玉凤 刘文环 崔琳 戴建军

(黑龙江省森林与环境科学研究院，齐齐哈尔，161005) (东北农业大学)

土壤有效磷是指能被当季植物吸收利用的磷量，对于评价土壤供磷水平意义重大，是土壤分析中经常测定的项目[1]。酸性土壤有效磷的测定方法较多，浸提剂、浸提时间及后期所用还原剂溶液均有不同[2-3]。其中，Mehlich3法是1984年正式发表的用于提取酸性、中性及石灰性土壤中多种元素或离子的通用方法[4]。因不同方法对有效磷的评价指标不同，故不能单一地根据不同测定方法的试验结果进行盲目评判。在这一点上，不同性质的土壤应用Mehlich3法就具有优势，此方法虽在多国推广使用[5-6]，但在我国仍未广泛实际应用，大量的研究还只局限于实验室与其他方法的对比试验[7-8]。对于目前我国仍然普遍使用的其他方法，包括文献[9]、[10]、[11]中出现的方法,如Olsen-P使用0.5 mol/L NaHCO3浸提，适用于中性、石灰性及弱酸性土壤，普遍意义上指的是酸性水稻土，浸提时间均为30 min，但在后期测定过程中存在不同。一种方法是用酸碱调二硝基酚指示剂的微黄色，另一种方法是用NaHCO3浸提剂补充滤液至10 mL，不用调节酸碱；这是因为钼锑抗法要求的显色液中酸(H2SO4)H+浓度为0.45～0.65 mol/L，而省去中和步骤后，显色液酸浓度仍在合适的范围内[9-10]。双酸法浸提剂是HCl 0.050 mol/L、H+0.025 mol/L，浸提时间均为5 min。后期测定一种方法是加入抗坏血酸和硫酸-钼酸铵配制的工作溶液；另一种方式仍是用酸碱调节二硝基酚指示剂的微黄色。Bray1法虽然浸提剂均为NH4F—HCl，但方法较多，分别浸提30、5 min，均用酸碱调节二硝基酚指示剂的微黄色；第三种方法是摇动1 min，使用氯化亚锡作为还原剂[9-11]。相对酸性土壤，碱性土壤有效磷的测定方法就显得单一了，行业中最常用的是Olsen-P法[12]，经过大量试验验证，被选定为我国土壤有效磷测定的唯一方法。针对土壤有效磷的研究很多，但大部分是关于Olsen-P法的比较分析，重点研究该法的影响因素，酸性土壤的研究又基本围绕水稻土与南方红壤类酸性土，很少有关于我国北方弱酸性土壤有效磷的研究，针对林下土壤的研究更是少之又少。

笔者采用林下弱酸性土壤进行不同测定方法的比较试验，旨在探究不同测定方法在土壤有效磷质量分数上的差异性，以期确定一种或几种数据较为集中的分析方法，为大批量实验分析提供理论依据。

1 研究区概况

根据土壤有效磷质量分数的高低水平，可分为2个研究地区，有效磷质量分数高的土样为黑龙江省讷河市新江林场的樟子松林下土壤，地理坐标为东经124°22′30″、北纬47°58′30″，林场位于嫩江平原中游左岸，土壤类型以冲积沙土和黑钙土为主；质量分数中、低的两个土样来自黑龙江省齐齐哈尔市龙江县的错海林场，地理坐标为东经122°51′、北纬47°27′，林场地处大兴安岭东坡余脉，东西狭长，东部为丘陵漫岗区，西部为低山区，土壤以暗棕壤为主，试验土样均为青山杨林下土壤。

2 材料与方法

2.1 材料

在2个研究地区的大批量土样中，预先测定土壤pH值，并用Bray1法进行了土壤有效磷的测定后,根据土壤有效磷质量分数高、中、低的3个指标，从中选取了3个具有代表性的土壤样品。试验所用土样的取样深度均为0～20 cm土层。3个土样的编号分别为H、M、L，作为区分有效磷质量分数的高低水平，土壤pH值及有机质质量分数见表1。

表1 供试土壤的pH值及有机质质量分数

2.2 试验设计

试验共设12个处理，处理方案见表2，因文献[10]在Olsen-P方法中提到用NaHCO3补充溶液至10 mL，在省去中和步骤的情况下显色液的酸浓度仍在合适的显色酸浓度范围内[13]。为了对比原试验方法、文献[11](即只用酸碱调节显色液酸浓度)与补加NaHCO3溶液至10 mL在结果上的差异，特设Olsen-P法4个处理；Bray1法的3种浸提方法分别来自于文献[9]、[11]、[10]。土样H、M、L分别吸取浸提后滤液2.5、8.0、10.0 mL，对于有效磷低质量分数采用Olsen-P法的只需要两种处理方法，不需要再补加至10 mL，故共计34个处理，每个处理3次重复。处理5使用抗坏血酸、硫酸-钼酸铵工作溶液、处理12采用SnCl2作为还原剂，具体操作步骤见文献[10]，其他处理均设中和步骤与不中和直接加钼锑抗显色剂显色处理。定容后保持25 ℃，于规定时间内比色，比色采用721分光光度计，于700 nm、1 cm光径比色皿比色。

表2 试验方法

2.3 回收率试验

加标回收试验是向溶液中加入1 mL 5 mg/L的磷标准溶液，比色后计算加标回收率。

2.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007统计软件及SPSS 17.0数据分析软件进行数据处理，差异性分析采用one-way ANOVA，Duncan检验，相关性分析采用Pearson相关性双侧检验。

3 结果与分析

3.1 不同处理方法对弱酸性土壤有效磷的影响

表3显示的是不同处理方法，包括浸提剂、浸提时间及比色前操作对弱酸性森林土壤有效磷的影响。将高中低3种磷质量分数进行分开比较，方便直观地进行差异性分析。

表中第1列数字表示的是高等磷质量分数的不同测定方法对其影响。可知，Olsen-P的4种方法中，只有处理3与其他3种方法之间存在1%极显著性差异，有效磷质量分数测定值为87.92 mg/kg；其他3种方法之间无差异性，且数据相差很小，分别为23.02、21.41、21.89 mg/kg；处理3加NaHCO3至10 mL、不调黄的有效磷数值达到其他3个处理的4倍之多。双酸法中加工作溶液法与其他两种方法存在1%极显著性差异，有效磷质量分数为27.57 mg/kg，其他两种方法之间无差异性，有效磷质量分数分别为24.84、24.33 mg/kg。Bray1法3种不同浸提方法中，浸提30 min与浸提5 min的4个处理方法并没有差异性，有效磷质量分数介于39.79～41.59 mg/kg，均与摇动1 min以SnCl2为还原剂的处理之间存在1%极显著性差异；但就有效磷质量分数来看，差异并不十分大，以SnCl2为还原剂的处理有效磷质量分数为48.22 mg/kg。

表中第2列数字表示的是中等磷质量分数的不同测定方法对其影响。处理1、处理2的Olsen-P调节酸碱性之间不存在差异性，与不调节酸碱性处理之间存在1%极显著性差异，在不进行中和步骤情况下，NaHCO3添加与否的有效磷质量分数分别为35.71、20.33 mg/kg，远大于处理1、处理2的8.52、7.95 mg/kg。双酸法加工作溶液与其他两个处理之间存在5%显著性差异，为10.34 mg/kg，有效磷质量分数略低于处理6、处理7，且这两个处理无差异。Bray1法的3种浸提方法之间存在1%极显著性差异，但浸提30 min与浸提5 min自身的两种测定方法之间无差异性，浸提30 min处理的有效磷质量分数为21.99、22.23 mg/kg，而浸提5 min处理的有效磷质量分数为19.66、20.03 mg/kg，相差并不大，摇动1 min以SnCl2为还原剂的处理有效磷高达28.41 mg/kg。

表中第3列数字表示的是低等磷质量分数的不同测定方法对其影响。Olsen-P法的处理1与处理2调节酸碱性不存在差异性，分别为4.48、4.55 mg/kg；处理3与处理4不调节酸碱性也不存在差异性，分别为13.68、12.77 mg/kg，但中和步骤的进行与否存在1%极显著差异性。双酸法3种测定方法之间无差异性，有效磷在5.33～5.36 mg/kg。Bray1法浸提30 min与浸提5 min的4种测定方法不存在差异性，有效磷介于8.82～9.66 mg/kg，处理12的有效磷为18.23 mg/kg，与其他4种方法存在1%极显著性差异。

综合这3种磷质量分数的不同测定方法进行分析，可以确定：Olsen-P的处理1、处理2，即调节了酸碱性，加不加NaHCO3至10 mL对有效磷的最终结果并没有影响，而不调节酸碱性会明显影响有效磷质量分数，使其变化不稳定，在实际操作过程中可能会因此而影响结果的真实性。这与秦怀英等[14]所得到的结果不同，可能是土壤性质导致的差异。双酸法的处理6、处理7，即是否进行中和对有效磷的最终结果没有影响，加工作溶液法对磷质量分数有一定影响，但不大，若实际操作中仅用这一种方法来测定有效磷质量分数，仍可以根据结果判定磷质量分数的高低。Bray1法浸提30 min与浸提5 min皆可用于实际操作中，且中和步骤对结果没有影响，处理12虽与其他4种方法的结果相差较大，但摇动1 min以SnCl2为还原剂的测定方法与其他方法的评价标准不同，3～7 mg/kg为低质量分数，7～20 mg/kg为中质量分数，>20 mg/kg为高质量分数。因此，不可与其他方法一起比较，实际操作若只采用这种方法，仍然可以做分级分析。

表3 不同测定方法对酸性土壤有效磷的影响

注：表中数值为平均值±标准差；同列不同大写字母表示达到1%极显著性差异，不同小写字母表示达到5%显著性差异。

3.2 Olsen-P法对弱酸性土壤有效磷加标回收率的影响

由于Olsen-P法对弱酸性土壤有效磷的结果差异较大，故做了加标回收试验以验证试验的可信度(见表4)。试验中磷质量分数是在5 g土壤、100 mL NaHCO3浸提剂下得到的结果。若加标回收率控制在95%～105%为最佳，综合分析，可以将不同土样的处理3、处理4两种测定方法舍弃。

宋春丽等[15]采用Olsen-P法、Mehlich3法、Bray1法、交换性树脂法对南方典型红壤有效磷方法的研究中发现：相同土样采用不同方法进行测定，得到的有效磷质量分数存在较大差异，且以Olsen-P法得到的结果最低。

吴海英[16]在南宁赤红壤上用7种不同方法测定有效磷做的对比试验表示：Olsen-P法使用的浸提剂NaHCO3对磷酸根离子的交换实质是利用其OH-进行的，它可以代换吸附在Ca、Fe、Al胶体表面的磷酸根离子；但在酸性土壤上，OH-主要进行了土壤酸性的中和作用，还有Na+代换下来的部分H+，因此降低了NaHCO3对Fe、Al胶体表面的磷酸根离子的代换作用。这应该是导致Olsen-P法与其他方法相比，测定结果偏低的根本原因。但有效磷的数值只是一个相对指标，既不能代表土壤中磷质量分数的真正数值，又不能仅以一种方法的评价指标做对比分析[17]。

表4 Olsen-P法对弱酸性土壤有效磷加标回收率的影响

注：表中数值为平均值±标准差。

将不同分析方法的土壤有效磷评价等级列表(见表5)。

表5 不同分析方法的土壤有效磷评价等级

张守敬[18]指出：以酸性水稻土为研究对象，任何一种测定方法的相关系数都很好，这是因为土壤中无机磷存在的形式有多种，其中以磷酸铝的表面活性最强，其次是磷酸铁，而磷酸钙最低；酸性水稻土中磷酸钙的质量分数极少，因此无论用何种浸提方法，都不会对最终的结果产生较大影响。这说明，即使采用适用于中性和石灰性土壤的Olsen-P法测定含磷酸钙极少的酸性水稻土，仍然可以得到理想的有效磷质量分数。但根据有效磷测定值与无机磷形态之间的相关性试验认为，不同有效磷测定方法之间的相关性仍然受测定方法同无机磷形态之间的相关性影响，而Olsen-P法对土壤中无机磷种类的作用范围更广[19]。但本试验所用黑龙江省西部地区森林土壤条件状况不同于酸性水稻土，应用Olsen-P法测得的有效磷质量分数可能并不理想。且供试土壤所含磷酸钙质量分数是否较少，无机磷形态是否以Fe-P、Al-P为主，仍需要进一步试验探究。

3.3 不同测定方法之间的相关性分析

表6表示的是不同测定方法之间相关性，其中n=18。Olsen-P法用到的是处理1、处理2；双酸法包括处理6、处理7；Bray1-30、Bray1-5分别表示的是Bray1法浸提30 min的处理8、处理9，浸提5 min的处理10、处理11。由相关性系数可以看出，对于偏酸性土壤中有效磷的测定，各个方法之间皆存在着极显著性正相关关系，6种方法之间可以相互替换应用。卜玉山等[19]对纽约州23个供试土壤应用10种国内未普及的方法进行土壤有效磷的测定，结果表明：大部分土壤有效磷测定值之间存在0.01水平的显著相关性，除0.1 mol/L NaOH提取法外，其他9种方法存在良好的相互替代性。

表6 不同测定方法之间的相关系数

注：** 表示差异极显著(P<0.01)。

4 讨论

Olsen-P法用到的浸提剂是pH值为8.5的NaHCO3溶液，碱性较大，容易将土壤中的腐殖质溶解出来，尤其是有机质质量分数较高的土壤，因而Olsen-P法的滤液易呈现黄色，所以加入了无磷处理的活性炭以吸附溶液颜色，方便后期用二硝基酚辅助中和步骤的进行。若有机质质量分数较高，滤液仍有一定程度的黄色，就给调节酸碱增大了难度，使操作人员不易掌握变色点。秦怀英等[14]认为Olsen-P法用NaHCO3补充吸液量至10 mL，在省去中和步骤的情况下显色液的酸浓度仍在合适的显色酸浓度范围内。有关于活性炭对有效磷质量分数的影响分析认为，市面所售无磷活性炭仍然对磷有一定的吸附作用，建议不使用活性炭进行脱色，以提高分析的准确性[13]。因此，本试验针对每种浸提方法在原始操作基础上，均设计了不进行中和处理，用以试验不同吸样量情况下，不调节酸碱对有效磷最终数据的影响。结果证明，Olsen-P法不进行中和处理不适用于弱酸性森林土壤，处理3、处理4的操作方法可以舍弃，其余方法不调节酸碱操作均可用于酸性森林土壤有效磷的测定分析。

关于中性及石灰性土壤Olsen-P法的研究较多，大家已知以抗坏血酸作为还原剂，适用范围广、受干扰离子影响较小，显色较稳定，但对浸提时间、浸提温度、活性炭加入量、显色温度等都有较严格的规定[20-21]，一般研究认为，显色温度在25～30 ℃时，有效磷质量分数相差不大，但在10、15 ℃时，有效磷质量分数仅为25 ℃时的1/2，说明低温对Olsen-P法有效磷的显色有一定抑制效果[22-23]。这就限定了实验条件，使实验具有一定局限性。

张少若等[24]在对海南岛砖红壤有效磷的研究中得到双酸法受土壤类型影响最小，与Mehlich3法、Bray1法存在显著相关性，可以进行相互换算和比较。而本试验也认为双酸法的数据重现性较好，对于有效磷质量分数不同等级的弱酸性森林土壤来说，中和与否对有效磷数值皆没有影响，但其评价指标跨度较大。如本试验中，高中低3种磷质量分数的土壤用双酸法测定结果分别为24.2～27.9、10.2～11.4、5.2～5.6 mg/kg；根据其评价指标，则有效磷等级为中、低、低，在指导施肥及合理化建议中判定不明确。

采用Bray1法进行酸性土壤有效磷的测定时，温度和环境对测定结果没有明显影响[25]，认为25 ℃以下是Bray1法适宜显色温度，且Bray1法较Olsen-P法受温度影响较小，测定结果也更稳定[26]。本试验中Bray1法的两种浸提时间得到的有效磷质量分数虽然有显著性差异(P<0.01)，但数值上相差不大，且二者具有显著相关性(P<0.01)；酸碱调节对测定结果也没有影响；高中低3种磷质量分数的土壤测定结果分别为39.5～42.7、19.3～22.4、8.6～9.8 mg/kg，质量分数皆在评价分级的范围内。因此，在大批量实际操作中，建议选用此方法作为酸性土壤有效磷的测定方法，若土样较多，可以选择浸提5 min，省略中和步骤。

普遍认为处理12以SnCl2作为还原剂存在的缺点是显色快、颜色不稳定，需要在5～15 min内进行比色，且该实验方法对钼酸铵试剂的加入量要求十分准确。因为显色溶液的体积较小，酸度容易受到钼酸铵试剂的影响，从而影响显色[10]。评价等级为>20 mg/kg即为高，本试验用此方法，最低测定值为18.0 mg/kg，最高测定值为50.3 mg/kg，可能不适用于本地区酸性土壤有效磷的测定。

除去Olsen-P法的处理3、处理4外，各测定方法之间存在1%极显著正相关性，可以相互替代。但在实际操作中，因每种测定方法的评价指标不同，故一批土样的测定只能选择一种方法，在有效磷质量分数指导分析中才具有意义。