土壤中水解性氮的测定方法比较及注意事项

商姗姗 于晓菲 齐云

(山东省产品质量检验研究院，山东 济南 250100)

土壤水解性氮是土壤全氮的一部分，其含量约占土壤全氮的50%～70%。土壤水解氮含量是土壤化学分析的一个关键项目，可以反映土壤氮素供应水平。土壤水解性氮的测定方法有酸水解法和碱水解法。酸水解法一般是用稀硫酸在一定温度下水解，用还原剂将硝态氮还原成铵态氮，用氧化剂将水解的有机态氮氧化成铵态氮，蒸馏定氮。碱水解法又分为碱解蒸馏法和碱解扩散法。碱解蒸馏法是用一定浓度的氢氧化钠和还原剂在蒸馏器中碱解蒸馏，然后用硫酸或盐酸标准溶液滴定，计算水解性氮的含量；碱解扩散法则是将土壤和氢氧化钠溶液及还原剂在扩散皿中于40℃下保温24h，同时进行水解、还原、扩散和吸收，用盐酸标准溶液滴定，计算水解性氮的含量。碱解扩散法为大部分实验室常用的土壤水解性氮测定方法。本文通过多次实验，对2种测定方法进行比对，确定了实验最优条件。

1 碱解扩散法实验部分

1.1 方法原理

用浓度为1.8mol·L-1的氢氧化钠溶液和锌-硫酸亚铁还原剂处理扩散皿外室的土壤，扩散皿于40℃的培养箱中保温24h，土壤在碱性条件下进行水解，使易水解态氮和硝态氮经碱解转化为铵态氮，由扩散皿内室硼酸溶液吸收，用盐酸标准溶液滴定，计算出水解性氮的含量。

扩散皿内室反应：

NH3+H3BO3→NH4·H2BO3

滴定过程的反应：

NH4·H2BO3+HCl→H3BO3+NH4Cl

1.2 仪器设备

扩散皿、微量滴定管、恒温培养箱、分析天平。

1.3 试剂

1.3.1 1.8mol·L-1氢氧化钠溶液

称取72.0g固体氢氧化钠，用水溶解，冷却后定容至1L。

1.3.2 锌-硫酸亚铁还原剂

称取研磨至可通过0.25mm筛的硫酸亚铁50.0g及10.0g锌粉充分混匀。

1.3.3 0.1mol·L-1盐酸标准溶液

吸取8.4mL浓盐酸，用水定容到1L。

1.3.4 0.01mol·L-1盐酸标准溶液

量取100.0mL的0.1mol·L-1盐酸标准溶液(1.3.3)，用水定容到1L。

1.3.5 甲基红-溴甲酚绿混合指示剂

称取甲基红0.10g及溴甲酚绿0.50g，溶解在100mL 95%乙醇中。

1.3.6 20g·L-1硼酸-指示剂溶液

称取10.0g硼酸，溶于1L水中，使用前，每升硼酸溶液中加5.0mL甲基红-溴甲酚绿混合指示剂(1.3.5)，并用稀酸或稀碱调节至pH值至4.5。此溶液最好现配现用。

1.3.7 碱性胶液

称取40.0g阿拉伯胶溶于50mL水中，搅匀，加热到60～70℃，冷却至室温。加入40mL甘油和20mL饱和碳酸钾水溶液，搅拌均匀，冷却至室温。离心去除不溶物。

1.4 实验步骤

称取通过2mm试验筛的风干土样1.00～2.00g(精确至0.01g)和1g锌-硫酸亚铁还原剂(1.3.2),使土样与还原剂均匀地平铺于扩散皿外室中，然后于扩散皿内室加入3.0mL 20g·L-1硼酸-指示剂(1.3.6)。在扩散皿的外室边缘外圈均匀涂上碱性胶液(1.3.7),碱性胶液不宜涂太多，以免污染扩散皿的内室溶液，将毛玻璃磨砂面盖到扩散皿上并旋转数次,使毛玻璃与扩散皿密封完全,再轻轻转开毛玻璃的一边，使扩散皿外室露出一条狭缝,迅速加入10mL 1.8mol·L-1氢氧化钠溶液(1.3.1)于扩散皿外室，立即用毛玻璃盖严。水平地轻轻转动扩散皿，使氢氧化钠溶液与土样及还原剂充分混合，然后用橡皮筋扎紧毛玻璃与扩散皿。将扩散皿放在40℃恒温培养箱中，24h后取出。用0.01mol·L-1盐酸标准溶液(1.3.3)滴定内室中硼酸溶液,边滴定边用玻璃棒搅匀培养皿内室吸收液，滴定快到终点时，可用玻璃棒从滴定管尖端沾取少量盐酸标准溶液滴定，溶液颜色由蓝色变为紫红色即达终点。在样品测定的同时进行空白实验。

1.5 结果计算

X=(V-V0)×c×14×1000/(m×k)

式中，X为水解性氮的含量，mg·kg-1；c为滴定所用盐酸标准溶液的浓度，mol·L-1；V0为空白试验消耗的盐酸标准溶液的体积，mL；V为试样消耗盐酸标准溶液的体积，mL；m为试样质量，g；1000为换算成每千克含量的系数；14为氮原子的摩尔质量，mg·mmol-1；k为由风干土样换算成烘干土样的水分换算系数。

参照《森林土壤氮的测定》(LY/T 1228-2015)，允许偏差见表1。

表1 允许偏差

2 碱解蒸馏法

2.1 方法原理

用氢氧化钠溶液和锌-硫酸亚铁还原剂处理消化管中的土壤，土壤在碱性条件下水解，易水解态氮和硝态氮经碱解还原成氨，进行蒸馏，蒸馏出的氨吸收在硼酸溶液中，再用酸标准溶液滴定，计算出水解性氮的含量。

化学反应同碱解扩散法。

2.2 仪器设备

凯氏定氮仪(品牌为海能，型号为K9840)、消化管、微量滴定管、三角瓶、分析天平。

2.3 试剂

4mol·L-1的氢氧化钠溶液，称取160.0g氢氧化钠，用水溶解，冷却后定容至1L。锌-硫酸亚铁还原剂、0.01mol·L-1盐酸标准溶液、20g·L-1硼酸溶液、甲基红-溴甲酚绿混合指示剂(配制方法同碱解扩散法)。

2.4 实验步骤

称取通过2mm试验筛的风干土样1.00～2.00g(精确至0.01g)和1g锌-硫酸亚铁还原剂于消化管中。反应片刻，将消化管和三角瓶连接预热好的凯氏定氮仪，调节定氮仪参数，三角瓶中加入20g·L-1硼酸溶液10mL，加入稀释水20mL和4mol·L-1的氢氧化钠溶液(2.3.1)10mL于消化管中，蒸馏时间5min，淋洗水20mL，打开冷凝水，蒸馏(需注意，定氮仪使用前，要放置空消化管空蒸1次，以达到仪器预热的目的，否则会因达到沸腾的时间太长，使蒸馏的时间太短，导致蒸馏不完全)，蒸馏完成后取下接收瓶，用0.01mol·L-1盐酸标准溶液滴定，溶液颜色由蓝色变为紫红色即达终点。在样品测定的同时进行空白实验。

2.5 结果计算

同碱解扩散法。

3 结果分析

同一样品按照2.4步骤用碱解蒸馏法进行测定，在其他试验条件不变的情况下，改变蒸馏时间，其结果见表2。

表2 同一样品用碱解蒸馏法在不同蒸馏时间下的测定结果

从表2可以看出，同一样品，随着蒸馏时间的增加测定值明显增加，但时间增加到4.0min后，水解氮的测定值不再随蒸馏时间的增加而增加，蒸馏时间在4.0～5.0min，其测定结果均在分析误差范围内，但为了蒸馏完全，又不浪费时间，蒸馏时间最好控制在5.0min。

随机抽取10个风干土壤样品，分别用碱解扩散法和碱解蒸馏法测定土壤水解性氮，结果见表3。

表3 2种方法测定土壤水解性氮的结果

由表3可以看出，同一样品用碱解扩散法和碱解蒸馏法测定土壤水解性氮，其测定结果的绝对差值均在分析误差范围内。试验结果表明，用碱解蒸馏法测定土壤水解性氮，同样可以达到碱解扩散法的效果。碱解蒸馏法相对于碱解扩散法时效性高，操作简单，适合用于批量土壤水解性氮的测定。

4 注意事项

碱解蒸馏法中，蒸馏时间对结果影响很大，蒸馏时间低于5min可能会使土壤中水解性氮蒸馏不完全，导致结果偏低，尤其是水解性氮含量较高的样品。因此，可以根据地域性差异，如果某一区域土壤水解性氮含量普遍较高，可以适当增加蒸馏时间。

碱解扩散法中，碱性胶液的用量要适量，其作用是保证扩散皿的密闭性。同时防止毛玻璃下凝聚的小水滴吸收土壤碱解后生成的氨气。如果用量过大可能会污染扩散皿内室的吸收液，导致滴定所用的盐酸溶液体积变大，造成结果偏高。

碱解扩散法法中，碱性胶液的配制比较复杂，费时费力，参照《土壤分析技术规范 第2版》中《土壤水解性氮的测定(碱解扩散法)》，碱性胶液可用碱性甘油代替，其配制方法为100mL甘油中溶解几十粒固体氢氧化钠即可。

碱解扩散法中，扩散皿使用前必须彻底清洗干净，可以放到稀释的酸溶液中浸泡，分别用自来水和三级水冲洗干净，自然风干或者放到烘箱中烘干。扩散皿未洗净，氢氧化钠溶液或碱性甘油会与盐酸标准溶液反应，消耗部分滴定溶液，影响滴定体积，进而影响实验结果。

碱解扩散法中，滴定时要用玻璃棒小心搅动吸收液，切不可摇动扩散皿。滴定快到终点时，可用玻璃棒从滴定管尖端沾取少量盐酸标准溶液慢慢滴定。

碱解蒸馏法中，氢氧化钠溶液浓度对测定结果影响很大，氢氧化钠溶液过低会使水解性氮水解不完全，导致结果偏低；氢氧化钠溶液过高会使部分其他形态的氮发生部门水解，导致结果偏高。

碱解扩散法中，于扩散皿内室加入硼酸-指示剂时，观察溶液颜色变化，如果溶液由紫红色变为蓝色，说明扩散皿未清洗干净，也有可能是扩散皿内室被氢氧化钠或碱性胶液污染，此时应停止试验，换新的扩散皿重新试验。

实验中，由于1g锌-硫酸亚铁还原剂中的硫酸亚铁会消耗部分氢氧化钠溶液，所以氢氧化钠溶液的浓度不能太低。如果土壤样品中不含硝态氮，则不需要加还原剂，氢氧化钠溶液的浓度可以适当降低，可以用1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液来处理土壤样品。

碱解扩散法中，扩散皿外室加入氢氧化钠溶液要快，以免生产的氨气外溢造成结果偏低，同时也要注意不能使氢氧化钠溶液溅到扩散皿内室，污染内室溶液。

碱解蒸馏法中，样品蒸馏之前一定要先预热凯氏定氮仪，凯氏定氮仪使用一段时间要校准参数，以免加入溶液太多或太少，影响实验结果。