设施土壤有效氮（碱解氮）测定方法探讨

2022-04-06盛海君田丽云汪晓丽

实验室研究与探索 2022年2期

盛海君，田丽云，蒋昕，汪晓丽

（1.扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州 225127；2.江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，南京 210095）

0 引言

设施土壤是玻璃温室、日光温室、塑料大棚等土壤的总称［1-2］。设施栽培具有投入水平高、产品价格高、经济效益高的特点，其利润通常是露地蔬菜栽培利润的3～4倍［3］。然而，高投入、高强度的生产方式同时带来了诸多问题，其中，由表层土壤硝酸盐积累所形成的次生盐渍化问题日趋严重，在许多地区成为了最大的土壤障碍因子［4-7］，严重制约了设施农业的可持续发展。因此，准确测定包括硝态氮在内的设施土壤有效氮含量对于科学指导施肥，有效预防或减缓设施土壤次生盐渍化的发生具有重要的意义。

土壤有效氮也称土壤碱解氮或水解性氮，是铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解蛋白质氮的总和。作为一项主要的土壤氮素分析项目，目前国内普遍采用的测定方法有两种，一是中科院南京土壤所鲁如坤主编的《土壤农业化学分析方法》［8］及南京农业大学鲍士旦主编的《土壤农化分析》［9］中“土壤碱解氮测定”，采用硫酸亚铁还原、加碱扩散、硼酸吸收、标准酸滴定的方法；另一个是中华人民共和国林业行业标准（LY/T 1228-2015）《森林土壤氮的测定》中水解性氮的测定部分［10］，采用锌-硫酸亚铁还原、加碱扩散、硼酸吸收、标准酸滴定的方法。两者的主要区别在于还原剂的不同，前者采用硫酸亚铁还原；后者采用锌-硫酸亚铁还原，分别适用于普通耕地土壤和森林土壤有效性氮的测定。这两种方法是否适用于设施土壤尤其是富含硝酸盐的次生盐渍化土壤尚未可知。为此，本文设置了标准土壤中添加NO-3-N的加标回收试验和设施土壤有效氮检测试验，对以上问题进行了探讨，以期提出合理的设施土壤有效氮测定方法，为相关科技工作者和检测机构提供可实际应用的检测方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤：1份为标准土样（质控样，陕西塿土，编号HTSB-1），碱解氮参考值为（98.9±7.8）mg/kg；另有2份设施土壤（编号2-soil和2-of），采自中度盐渍化的设施菜地，样品处理和储存以及样品试液的储存按HJ634的规定进行，样品经风干、磨细、过20目筛后用紫外分光光度法［11］测定其NO-3-N含量分别为（179.6±2.0）、（286.2±2.0）mg/L。

仪器设备：ML104型电子天平（赛多利斯），HG303-3AD型电热恒温培养箱（南京盈金实验仪器），SP-756PC型紫外-可见分光光度计（上海光谱），5 mL半微量滴定管（天玻）均为检定合格的计量仪器。

试剂：氢氧化钠溶液、碱性阿拉伯胶液、硼酸-指示剂吸收溶液按相关标准方法配制；锌粉及硫酸亚铁为分析纯试剂（国药品牌）；滴定用标准酸为0.500 6 mol/L 1/2H2SO4标准溶液（产品编号GBW（E）080496，上海市计量所），使用时稀释100倍。

1.2 试验设计

（2）设施土壤有效氮检测试验。在加标回收试验的基础上，选用还原能力相对较强的锌-硫酸亚铁作还原剂，测定富含硝酸的设施土壤碱解氮含量，并以不加还原剂（CK）的测定结果作对照，计算锌-硫酸亚铁对设施土壤的还原率。

1.3 试验原理和方法

试验原理：在扩散皿中，用硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）（教材方法）或锌-硫酸亚铁（Zn-FeSO4·7H2O）（林业行业标准方法）还原土壤中硝态氮成铵，在碱性条件下，使易水解态氮（潜在有效氮）碱解转化为NH3，NH3扩散后为H3BO3吸收，H3BO3吸收液中NH3用标准酸（H+）滴定，由此计算土壤中碱解氮含量。

方法步骤：称取2.00 g土样及还原剂于扩散皿外室，混合均匀，移取2 mL硼酸-指示剂溶液于内室，盖上毛玻璃片，使扩散皿露出小孔，加10 mL NaOH溶液于扩散皿的外室并盖严，用橡皮筋固定，40℃恒温培养24 h，用H2SO4标准溶液滴定并记录滴定终点所消耗的体积。同时做空白试验。还原剂用量及NaOH溶液浓度见表1。

表1 还原剂用量及氢氧化钠溶液浓度

1.4 数据分析与统计方法

采用Microsoft Excel 2003软件对数据进行处理，采用SPSS 19.0统计软件对数据进行差异显著性检验（LSD法）。

2 试验结果

2.1 NO-3-N加标回收试验结果

不同还原剂对标准土壤（HTSB-1）的检测结果如表2所示。结果表明，硫酸亚铁还原法与CK测得的土壤碱解氮浓度偏离参考值较多，两处理间差异不显著；锌-硫酸亚铁还原法测得的碱解氮浓度与参考值一致，可满足本试验土壤碱解氮测定要求。

表2 不同还原剂处理碱解氮检测结果mg/kg

表3 不同还原剂处理NO-3-N的加标回收率

2.2 设施土壤有效氮检测试验结果

用两种硝酸盐含量差异较大的设施土壤（2-of和2-soil）作试验材料，其NO-3-N含量（N2）用紫外分光光度法测定（GB/T 32737—2016）［20］，以还原能力较强的锌-硫酸亚铁作还原剂，研究锌-硫酸亚铁对设施土壤中硝酸盐的还原能力。结果表明，加硫酸亚铁还原剂测得的碱解氮浓度（N1）比不加还原剂测得的碱解氮浓度（N0）明显增加，两者相减（N1-N0）即为锌-硫酸亚铁还原的设施土壤中硝态氮浓度，（N1-N0）/N2×100%即为硝态氮还原率。本试验结果表明，锌-硫酸亚铁对两种设施土壤的硝态氮的还原率分别为63.5%和64.8%，即对土壤中NO-3-N表现出部分还原能力，与加标回收试验结果基本一致（见表4）。

表4 锌-硫酸亚铁对设施土壤中硝态氮还原率

3 讨论

氮素是植物生长必需的大量营养元素之一，植物吸收利用的是土壤中的有效氮。土壤有效氮含量的高低反映了土壤近期氮素供应水平，与作物生长关系密切，在推荐施肥中意义重大。因此，准确测定土壤中有效氮的含量，对于综合评价土壤肥力、合理施用氮肥具有重要的理论和实践意义。

对此，国内外学者进行了大量的研究［12-19］，至今，人们对设施土壤的性质不十分清楚，对该类土壤有效氮的测定缺少全面的认识。如赵雄等［12］只是在传统检测方法基础上，总结出几个对检测结果影响比较大的实验条件并加以改进。文献［13-16］中比较了德国GERHARD凯氏定氮蒸馏法与传统碱解扩散法，认为使用全自动的凯氏定氮仪测定碱解氮具有相同的精密度和准确度，且更加简便快速。郎松岩等［17］的研究则深入了一步，用锌-硫酸亚铁与硫酸亚铁两种还原剂测定土壤碱解氮，证实用锌-硫酸亚铁作为还原剂检测结果可靠。王维进等［18］的研究相对来说较为全面，认为把硝态氮包括到碱解氮的测定结果中可以更好地反映土壤供氮能力，为此，研究了在碱解扩散条件下，多种还原剂对硝态氮的回收率，结果认为硫酸亚铁、锌-硫酸亚铁均不理想，提出用戴氏合金可使硝态氮还原率达到95%左右，但是否适用于设施土壤尤其是高硝酸盐含量的设施次生盐渍化土壤尚未可知。

选用设施土壤作试验材料，以还原能力较强的锌-硫酸亚铁作还原剂，进一步研究其对土壤中的还原能力。与加标回收试验结果一致，锌-硫酸亚铁并不能还原土壤中的全部，对本试验选用的两种设施土壤（2-of和2-soil）中硝态氮的还原率分别为63.5%和64.8%（见表4）。鉴于此，对于富含硝酸盐的设施土壤，有效氮含量建议采用不加还原剂测得的碱解氮与紫外分光光度测得的之和表示，可有效解决硫酸亚铁和锌-硫酸亚铁在碱解氮测定过程中对还原不完全的难题，理论上可行，方法也实用，结果更可靠。而对于普通耕地土壤，因为NO-3-N含量不高，可用不加还原剂或者用锌-硫酸亚铁还原剂法测定。