土壤有机质测定的绿色消化技术研究

2019-09-19罗丽娟沈丕贤张峻欧阳锐曹俊李延

安徽农业科学 2019年16期

罗丽娟　沈丕贤　张峻　欧阳锐　曹俊　李延

摘要 [目的]為便捷、准确、绿色化地测定山地和耕地土壤有机质含量。[方法]采用烘箱加热法，对土壤有机质测定的保温温度、时间进行研究，分析其与油浴法测定土壤有机质含量的差异。[结果]烘箱加热法测定土壤有机质的最优保温温度为170 ℃，最优保温时间为25～30 min。选择保温温度170 ℃、保温时间30 min的条件测定的土壤有机质含量与油浴法测定值显著相关。2种方法测定的土壤有机质含量没有明显差异，烘箱加热法测定的有机质标准差、相对标准偏差较油浴法测定的小。[结论]烘箱加热法测定土壤有机质有较高的准确度和重现性，可准确分析山地和耕地土壤中有机质含量。

关键词土壤;有机质;烘箱加热法;绿色消化

中图分类号 S153文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）16-0225-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.16.064

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Green Digestion Technique for Determination of Soil Organic Matter

LUO Li juan，SHEN Pi xian，ZHANG Jun et al （College of Resources and Environment，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002）

Abstract [Objective]In order to determine the content of soil organic matter in mountain and arable land in a convenient，accurate and green manner.[Method]The heat preservation temperature and time of soil organic matter determination were studied by using oven heating method，andthe difference between soil organic matter content by oven heating method and oil bath heating method was analyzed.[Result]The optimum condition for determination of soil organic matter by oven heating method was 170 ℃ under thermal insulation 25-30 min.And the content of soil organic matter determined by selecting 170 ℃ temperature and 30 min time was extremely significantly related to that determined by oil bath method.There was no significant difference in soil organic matter content measured by the two methods，and the standard deviation and relative standard deviation of organic matter determined by oven heating method were smaller than those determined by oil bath heating method.[Conclusion]The determination of soil organic matter by oven heating method has high accuracy and reproducibility，and it can accurately analyze the content of organic matter in the soil of mountains and arable land.

Key words Soil;Organic matter;Oven heating method;Green digestion

土壤有机质是指存在于土壤中所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机物质[1]，是陆地生态系统碳循环的主要碳源和碳汇[2-3]。土壤有机质对土壤结构的形成和土壤理化性状的改善起着决定性作用[4]，在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都有很重要的意义[1，3]，因此，土壤有机质含量的测定是评价土壤肥力和耕地质量的重要指标。

土壤有机质的测定方法从原理上可分为CO 2检测法、灼烧法（重量法）、光谱法和化学氧化法。CO 2检测法测定过程繁琐，结果受碳酸盐干扰，且需要特殊仪器，不适合实验室使用[5-6];灼烧法是通过高温灼烧，计算失去的重量来测定土壤有机质含量，但土壤灼烧后失去的重量还包括碳酸盐、硫化物和结合水的重量，使测定结果相对偏差较大[5，6-8];光谱法目前没有统一的测定标准，对不同

的地域需建立不同的光谱估测模型[9-10]，且光谱仪价格高，限制了其使用范围[7];化学氧化法在测定土壤有机质领域应用普遍[11]，其中石蜡油浴化学氧化法是土壤有机质测定的标准方法[12]，为众多的实验室所采用[7]，石蜡油浴所产生的石蜡烟会危害实验人员对身体健康，我国制定的工作场所空气中石蜡烟的接触限值为4mg/m3（GBZ 2.1—2007）[13]。满足职业安全与健康的绿色试验技术是试验测试的发展方向，为实现土壤有机质消解技术的绿色化，笔者采用烘箱加热法进行土壤有机质的消解，研究加热温度、加热时间对土壤有机质测定结果的影响，为土壤有机质测试的绿色消解技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试材。试验样品为有机质含量差异较大的12个土壤样品，其中耕地土壤4个和山地红壤8个，样品经风干后，挑出植物根叶、大石块，研磨过0.149 mm筛，装瓶备用。以2个土壤有机质含量分别为（33.3±1.0）和（7.3±0.5）g/kg的国标土壤样品（GBW07415a、GBW07416a）作为参照样品。

1.1.2 试剂。二氧化硅粉末、0.4 mol/L重铬酸钾-浓硫酸溶液、0.2 mol/L硫酸亚铁溶液、0.1 mol/L标准重铬酸钾溶液、邻菲啰啉指示剂，以上试剂均为分析纯。

1.1.3 仪器。万分之一电子天平、电热恒温鼓风干燥箱（型号DHG-9246A）、电炉、石蜡油浴锅、硬质试管、150 mL三角瓶、25 mL滴定管、小漏斗、移液管、温度计。

1.2 测定原理

在外加热的条件下，用一定浓度的重铬酸钾-硫酸溶液氧化土壤有机碳，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁来滴定，从所消耗的重铬酸钾量，计算有机碳的含量。同时，以二氧化硅为添加物做空白试验，根据氧化前后氧化剂的消耗量，乘以换算系数1.724，即可计算出土壤有机质的含量。

1.3 测定方法

1.3.1 石蜡油浴法测定土壤有机质。参考NY/T 1121.6—2006[12]土壤有机质测定方法，准确称取土壤样品0.250 0 g（精确到0.000 1 g）放入干燥的硬质试管，用移液管准确加入0.4 mol/L重铬酸钾-硫酸溶液10 mL，充分摇匀，管口盖上小漏斗，以冷凝蒸出的蒸馏水。将试管逐个插入铁丝笼，再将铁丝笼沉入已在电炉上加热至185～190 ℃的油浴锅内，使试管中的液面低于油面，要求铁丝笼放入后油浴温度下降至170～180 ℃，等试管内的溶液开始沸腾时计时，其间晃动几次，使油浴温度均匀，并维持油浴温度在170～180 ℃，消煮（5.0±0.5）min后将铁丝笼从油浴锅内提出，冷却片刻，擦去试管外的石蜡液。将试管内的消煮液及土壤残渣无损地转入150 mL三角瓶中，总体积控制在60～70 mL，加2～3滴邻菲啰啉指示剂，用硫酸亚铁溶液标定剩余的重铬酸钾，溶液变色过程为橙黄-蓝绿-棕红。同时以二氧化硅代替试样进行空白试验。每个样品重复6次。

1.3.2烘箱加热法测定土壤有机质。准确称取土壤样品 0.250 0 g（精确到0.000 1 g）放入干燥的150 mL三角瓶中，用移液管准确加入0.4 mol/L重铬酸钾-硫酸溶液10 mL，充分摇匀，管口盖上小漏斗，以冷凝蒸出蒸馏水。烘箱升温至设定温度时，将三角瓶放入烘箱并开始计时，期间不再摇动三角瓶，保温结束后，取出三角瓶，冷却片刻，加蒸馏水至总体积60～70 mL，其余方法同“1.3.1”。

采用国标土壤样品研究加热温度和加热时间对土壤有机质含量的影响，加热温度设置为140、150、160、170、180和190 ℃，加热时间均为30 min，每个样品6次重复。加热时间设置为10、15、20、25、30、35和40 min，加热温度均为170 ℃，每个样品6次重复。

2 结果与分析

2.1 温度对烘箱加热法测定土壤有机质的影响

从表1可看出，加热温度140～160 ℃时，无论是有机质含量低的样品（GBW07416a）还是含量高的样品（GBW07415a），有机质含量的实测值与标准值的相对误差均超过5%，且温度越低，测定相对误差越大，说明该温度下土壤有机碳不能完全被氧化。加热温度为170～190 ℃时，对于有机质含量高的样品（GBW07415a），有机质含量的实测值与标准值的相对误差均小于5 %，但对于有机质含量低的样品（GBW07416a），加热温度180和190 ℃處理的有机质实测值均明显超过标准值，这可能是由于在高温条件下土壤中的氯化物被重铬酸钾氧化所致[6]。综合2个国标土壤的测定结果，最优加热温度为170 ℃。

2.2 加热时间对烘箱加热法测定土壤有机质的影响

从表2可看出，土壤有机质含量的实测值随加热时间的增加而提高，加热时间≤20 min的处理，有机质含量的实测值均小于标准值，高有机质含量样品（GBW07415a）的相对误差均超过5 %，低有机质含量样品（GBW07416a）的相对误差为 3.78%～16.15%，说明加热时间不足会导致土壤有机质含量的测定结果偏低。加热时间超过30 min则会导致土壤有机质含量值偏高，尤其是低有机质含量的样品（GBW07416a）。综合2个国标土壤的测定结果，最优加热时间为25～30 min。

2.3 烘箱加热法测定土壤有机质的精密度和准确度

在最优加热温度170 ℃和最优加热时间30 min下对2个国标土壤分别进行9次平行测定，以实测值的相对标准偏差表示测定精密度、以相对误差表示测定的准确度[14-17]，结果表明（表3），2个标准样品烘箱加热法土壤有机质的测定值与标准值的相对标准偏差均小于1%，相对误差均小于5%，说明该方法具有较高的精密度和准确度。

2.4 烘箱加热法与石蜡油浴法测定土壤有机质的比较

12个耕地土壤和山地红壤样品的土壤有机质含量测定结果见表4，烘箱加热法测定的土壤有机质含量的变幅为6.49～ 29.48 g/kg，油浴法测定的土壤有机质含量变幅为5.62～ 28.01 g/kg，t检验分析结果显示，t =2.72，绝对值小于t0.01=2.82，表明2种方法测定的土壤有机质含量没有明显差异。油浴法测定的土壤有机质标准差为0.11～0.43 g/kg，相对标准偏差为 0.66%～2.49%，烘箱加热法测定的土壤有机质标准差为0.06～ 0.24 g/kg，相对标准偏差为0.41%～1.33%，表明烘箱加热法测定土壤有机质的重现性更好。

以油浴法测定的土壤有机质含量为X轴、烘箱法测定的土壤有机质含量为Y轴，进行线性回归分析（图1），其相关系数r=0.999> r0.01=0.874，表明2种方法测定的土壤有机质含量存在极显著的相关。

3 结论

通过对12个有机质含量不同的土壤样品和2个国标土壤样品进行测定分析，结果表明，烘箱加热法最佳保温条件为 170 ℃保温30 min。烘箱加热法和油浴法测定土壤有机质结果差异不明显。试验研究表明，烘箱加热法具有较高的准确性和重现性，可准确分析山地和耕地土壤中有机质含量。

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