流动分析仪测定皖北地区砂姜黑土全氮、全磷含量的研究

徐小娟 ，陈 欢

（1.安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽 合肥 230022；2.安徽省农业科学研究院作物研究所，安徽 合肥 230031）

土壤全氮和全磷是指土壤中各种形态的氮、磷元素含量的总和[1]。全氮包含有机氮和无机氮，全磷包含有机磷和无机磷，全氮和全磷是评价土壤肥力的主要指标，在现代植物营养学、土壤学、生物化学[2-12]等学科有着重要的应用。近年来，随着技术的不断发展，流动分析仪因具有自动进样、准确高效、易操作、成本低等优点，在农业、食品、环保等领域得到大力推广和应用。其主要由进样系统、蠕动泵、化学分析模块和比色系统四部分组成，经过设置后，即可自动向全氮、全磷通道注入对应的各种消解液等试剂，样品和试剂在一个连续流动的系统中均匀混合，且每个样品可被均匀的气泡分割，避免样品间的交叉污染，以保证测定分析的准确高效。流动分析仪测定全氮的原理主要基于靛酚蓝反应[7-9]，即在碱性条件下（通常pH 为12.8～13.1）铵根离子与次氯酸、水杨酸钠反应生成蓝色化合物，以硝普钠作为催化剂，在660 nm波长处比色测定全氮含量；而测定全磷的原理则是基于磷钼蓝反应[9-12]，在一定酸度条件下，磷酸盐与钼酸盐形成的锑磷钼混合杂多酸被抗坏血酸还原为磷钼蓝，以酒石酸锑钾作为催化剂，同样可在660 nm波长处比色测定全磷含量。

砂姜黑土主要分布于我国皖豫鲁苏4省120多个县市内，是典型的中低产土壤类型之一[13-15]，其富含粘粒，有效水容量小，干时坚硬，不利于作物幼苗的生长，湿时黏闭，易造成土壤板结和结构退化；且有机质含量低，土壤养分含量较低，供水能力差，适耕期短，土壤的生产潜能未能充分释放。淮北平原地处黄淮海平原南侧，自然条件优越，是我国重要的粮食基地之一，境内70%以上为砂姜黑土，对其土质的研究和改良具有一定的代表性，理论价值高。针对该类型中低产土壤的改良，需要进行大量的土质微元素含量的测定，如全氮、全磷、全钾、有机碳等。传统的土壤全氮、全磷测试方法（凯氏定氮法和钼锑抗比色法）操作复杂，费时费力，难以实现完全自动化，效率较为低下。因此，我们积极探索流动分析仪在砂姜黑土全氮、全磷含量测定方面的应用，对其精密度和准确度等关键参数进行考量，以期流动分析仪的应用能够极大地缩短土壤肥效检测周期，提高科研效率，这样才能更为高效地挖掘砂姜黑土的潜在价值，充分发挥皖北地区自然资源的优势，更好地维护我省的粮食安全和稳定。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

连续流动分析仪，AA3 型，双通道，德国SEAL；MT7化学模块，管路连接示意图参考图1。

（1）缓冲液：将35.8 g磷酸氢二钠、32 g氢氧化钠和50 g 酒石酸钾钠溶解至600 mL 水中，稀释至1 L，混合均匀后加入1 mL Brij-35 30%溶液。

（2）水杨酸钠溶液：40 g 水杨酸钠溶于600 mL 蒸馏水，加入1 g硝普钠，稀释至1 000 mL，溶液混匀。

（3）次氯酸钠溶液：加入7 mL次氯酸钠溶液至60 mL水中，稀释至100 mL，混合均匀。

（4）钼酸铵溶液：溶解6.2 g钼酸铵至700 mL水中，加入0.17 g 酒石酸钾锑并稀释至1 L。

（5）酸盐：5 g 氯化钠溶于 700 mL 蒸馏水，缓慢加入12 mL硫酸。溶液混匀并稀释至1 L，加入0.8 g十二烷基硫酸钠并混合均匀。

（6）酸液：边搅拌边小心地加入14 mL 硫酸至600 mL水中。冷却至室温后稀释至1 L。加入0.8 g十二烷基硫酸钠并混合均匀。

（7）抗坏血酸溶液：5 g 抗坏血酸溶于60 mL 蒸馏水，稀释至100 mL，溶液混匀。

（8）标准溶液A：4.717 g 硫酸铵溶于600 mL 水中，稀释至1 000 mL并摇匀。

（9）标准溶液B：4.394 g 磷酸二氢钾溶于600 mL标准稀释液中，稀释至1 000 mL。

1.2 样品的前处理

实验选取皖北涡阳、蒙城和怀远三县共9地的砂姜黑土作为研究对象，采样点如图2 所示，土壤样品自然风干后，研磨过100目筛。称取土壤样品0.5 g（精确到0.000 1 g）于100 mL消煮管中，全氮测定的样品中加入5 mL 浓硫酸和2 g 混合催化剂（硫酸钾-硫酸铜-硒按质量比100∶10∶1配置）；全磷测定的样品中则加入5 mL硫酸和10滴高氯酸。置于自动消解仪上加热消解至澄清，继续加热30 min后冷却至室温，定容至100 mL后摇匀，待上机测定。

1.3 标准曲线的测定

分别取5 mL 标准溶液A 和B 各自稀释至100 mL，再按不同比例移入容量瓶中，在样品体积25 mL的基础上，依次配成0 mg/L、0.5 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、3 mg/L、5 mg/L 的全氮和全磷标准溶液。运行AA3 连续流动测试仪，待气泡稳定后打开AACE 操作软件、进样器和检测器等，待泵停下后点图表选择分析方法，设置最佳测定条件，见表1，测定标准溶液，并绘制标准曲线。

图1 AA3流动分析仪管路连接示意图Fig.1 Pipeline connection diagram of AA3 flow analyzer

图2 土壤样品取样点Fig.2 Location of soil sampling sites

表1 AA3主要参数设置Tab.1 Main parameter setting of AA3

2 结果与分析

2.1 标准曲线

由图3 可见，在全氮、全磷含量分别为0～10 mg/L、0～5 mg/L时，其响应值（y，峰高度）与标准溶液氮含量（x，mg/L）拟合后呈现出良好的线性关系，回归方程分别为y=11.284x+5.400 1，R2=1和y=10.072x+6.290 3，R2=0.999 9。

图3 （a）全氮（b）全磷 标准曲线Fig.3 Standard curve line of（a）total nitrogen（b）total phosphorus

2.2 实际样品测定

3 县9 个土壤样品的待测液全氮、全磷含量通过流动分析仪进行测试，重复10 次，计算其平均值（AVG）、标准偏差（SD）和相对标准偏差（RSD）。结果显示，全氮含量0.72～1.29 mg/L，相对标准偏差为0.8%～3.1%，全磷含量0.50～1.20 mg/L，相对标准偏差为1.5%～3.7%，见表2。可见，流动分析仪同时测定全氮、全磷含量的精密度良好，测定结果稳定。

表2 实际样品测试结果（n=10）Tab.2 Measurement results of actual sample

2.3 回收率

采用标准加入法做回收率测定，选取其中两个土壤样品，全氮、全磷的加标量分别为2 mg/L、1 mg/L，其消解液重复进行5 次全氮、全磷含量测定，并计算平均加标回收率，具体结果如表3。流动分析仪测定全氮的平均回收率为 97.8%～99.1%，全磷的平均回收率为98.8%～101.5%，说明流动分析仪同时测定全氮、全磷的准确性高，符合实验准确度要求。

表3 方法回收率Tab.3 The recovery efficiency of this method

2.4 仪器检出限

依照美国环保协会检出限的测试方法[16]，采用标准曲线最高浓度值2%的样品进行重复10次的测试，按照MDL=2.821*SD 的公式计算检出限。参考1.3 标准曲线的配法，分别配制浓度为0.1 mg/L 的全氮、全磷标准溶液，重复10次测定全氮含量，结果见表4。结果显示，流动分析仪测定砂姜黑土全氮、全磷时的待测液检出限分别为0.063 mg/L、0.034 mg/L。

表4 仪器检出限Tab.4 The detection limit of this instrument

2.5 三县砂姜黑土全氮和全磷含量比较

综合比较测定结果，皖北涡阳、蒙城、怀远三县不同地区的全氮、全磷含量不相同，其中全氮含量平均值分别为1.18 mg/L、1.14 mg/L 、0.79 mg/L，全磷平均值分别为0.80 mg/L、1.12 mg/L、0.59 mg/L，见表5。由此可见，虽同为砂姜黑土，三地彼此相邻，但全氮、全磷含量却不尽相同，涡阳县内全氮含量最高，蒙城县内全磷含量最高，怀远县内全氮、全磷均最低，三地的全氮、全磷含量分别呈现出涡阳≈蒙城＞怀远、蒙城＞涡阳＞怀远两种不同的趋势。因此，我们在后续的施肥和育种等工作中，需要充分考虑这种地区差异的存在，真正地做到“因地制宜”。

表5 全氮、全磷含量结果对比Tab.5 The results comparison of total nitrogen and total phosphorus

3 结论

本实验采用全自动流动分析仪测定了皖北三县9地砂姜黑土全氮和全磷的含量，其中，全氮的回收率为97.8%～99.1%，相对标准偏差为0.8%～3.1%，最低检出限为0.016 mg/L；全磷的回收率为98.9%～101.5%，相对标准偏差为1.5%～3.7%，最低检出限为0.024 mg/L，测定结果重复性好，准确度和精密度高。皖北三县砂姜黑土全氮和全磷含量表现不同，涡阳县内全氮含量最高，蒙城县内全磷含量最高，怀远县内全氮、全磷含量均最低。可见，流动分析仪的精密度和准确度均满足实验要求，且较传统方法测试效率高，可应用于大批量测试该地区砂姜黑土全氮、全磷含量的分析测定，亦可在其他类型土壤的施肥或育种工作中推广。