土壤缓效钾测定数据的技术提升措施

＊柯艳 耶曼 李小桂

（西安西北有色地质研究院有限公司 陕西 710054）

1.我国农田土壤钾素供应现状

作为植物生长必不可少的元素之一，土壤中的钾元素如果欠缺，会导致植物品质下降、作业减产。一般情况下，植物体内的钾含量为干物质重的1%～5%，作物生长的过程中需要吸收大量的钾。近些年，随着有机肥在肥料总投入量比例的降低、氮磷化肥的继续增施、农业集约化程度的加深，土壤钾的消耗量越来越大，钾肥的使用也在逐渐增多。但对我国土壤的钾素肥力进行调查发现，缺钾面积依然在快速扩大，尤其是当前粮食产量的持续提升，进一步调整了农业种植结构，使土壤钾素的耗竭速度逐渐加快。面对未来农业的可持续发展，在化肥领域继续增加钾肥的使用是必然要求。但在使用钾肥的过程中，应当科学调整化肥比例中钾肥的用量和施用方式及现有的农业种植结构。

2.土壤中钾存在形态及含量

（1）矿物钾。作为矿物晶格内的钾，矿物钾分为黑云母、白云母、钾微斜长石、钾长石等，在土壤中的占比为92%～98%，但对植物来说属于无效钾。

（2）水溶性钾。在土壤溶液中的钾元素，以离子态形式存在的水溶性钾，是植物直接吸收的速效钾，一般情况下，浓度在2～5mg/L。

（3）交换性钾。一般情况下，交换性钾在土壤中的含量为40～600mg/kg，是吸附在带负电荷胶体表面下的钾离子，在土壤全钾中的占比为1%～2%。作为一种土壤水溶性钾的库源，交换性钾是土壤速效钾的重要组成部分。交换性钾也包含了水溶性钾，在一般测定中水溶性钾与交换性钾保持着动态平衡。当植物吸收溶液中的钾浓度降低时，交换性钾就会进入土壤溶液进行补充，属于一种有供钾能力的容量因子。以K+形态进入溶液，但实际的交换作用会受到多方面因素的影响，如钾饱和度、陪补离子、黏粒矿物种类、吸附位置等。对土壤速效钾变化和含量进行了解和测定，可以对钾肥的合理施用进行科学指导，也是反映表征土壤钾素供应状况的重要指标。

（4）非交换性钾。由水溶性钾、交换性钾转化而来以及矿物晶层间固有的非交换性钾，指的是膨胀层状硅酸矿物层间和颗粒边缘的钾元素，其中比较具有代表性的物质有蒙脱石等。在土壤全钾中，非交换性钾的占比为2%～8%，在植物生长的过程中会被逐渐吸收，属于缓效钾的一种。作为土壤速效钾的储备，土壤缓效钾在速效钾降低时会快速释放进行补充。这种情况下对土壤中地缓效钾含量进行测定，采用多样化的化学分析方法，对土壤速效钾含量低时钾肥的施用进行科学指导。

3.土壤缓效钾测定实验

对于缓效钾的测定通常会采用稀酸进行浸提，利用煮沸法将土壤缓效钾的高度反映出来，这种方式操作便捷、省时省力。还有硫酸提取法，但该方法用冷硫酸提取量较低，浓硫酸稀释不方便，应用较少。应用HCl浸提法试剂进行测定，缺陷在于结果变异系数大。因此，本文采用电感耦合等离子发射光谱仪，对溶液中钾元素的浓度快速准确测定，并对该土壤中速效钾的含量进行准确计算。再结合硝酸浸提液1mol/L的钾元素测定，得出土壤中缓效钾的含量，该方法的优势在于效率高、成本低和分析速度快，有非常广阔的应用前景。

(1)试剂与材料

硝酸：优级纯，p（HNO3）≈1.42·mL-1；1mol·L-1HNO3浸提液：取浓硝酸65.2mL（HNO3，p≈1.42·mL-1）；1 m o l·L-1中性H N4A C（p H 7）溶液：取化学纯CH3COONH477.09g加水稀释，定容至近1L，用氨水和乙酸调至pH7.0进行1L稀释；配置钾标准溶液：经过550℃灼烧1h，定量0.2103g的优级纯氯化钾，在1000mL容量瓶加水进行溶解稀释，得到溶液含量为100g·mL-1钾。

(2)仪器设备

电感耦合等离子发射光谱仪；振荡器；高温电热板；分析天平；中速定量滤纸；三角瓶。

(3)采样

第一，采样点数量。要选择具有代表性的土壤特性，确保足够的采样点，并遵循多点混合的原则，在每个采样点选择样品。第二，采样路线。遵循“多点混合”“等量”“随机”的原则，按照一定的线路进行“S”形布点采样，这样可以减少施肥、耕作等农作措施带来的误差。如果采样单元面积较小、地形变化小，除了避开特殊部位，如肥堆、沟边、田埂等部位之外，可以采取“梅花”形布点取样。第三，采样方法。之外在进行采样时，要保持采样量和取土深度一致，取相同的下层和上层土壤。在使用取样器时，要保持垂直，确保相同的深度。第四，采样量。一般情况下，在进行土样采取时，如果是耕地或田间试验地，取土2kg以上为宜；如果是混合土样，取土1kg左右为宜。

(4)样品制备

第一，样品送检和贮存。可以将土壤在田间状态下的理化性状真实、全面反映出来，并及时做好处理、分析、保存工作，第一时间进行样品混匀后再测定。如果需要贮存，需要用塑料袋承装并做好包扎，采用速冻方式进行保存。

第二，样品风干。对于取回的土壤样品，在样品盘上摊成薄薄一层，采用自然风干的方式，做好灰尘、气体的污染防治工作。在进行风干过程中，要捏碎大土块，定期翻动土样。根据不同分析要求，对风干后的土样进行充分混匀装入瓶中备用，并做好采样日期、采样深度、土壤名称、制样时间、制样人等基础信息的备注。

第三，样品处理。完成风干的样品使用塑料棍或木棍反复进行碾压，并剔除干净侵入体和新生体。可以采用静电吸附的方法清除植物须根，并使用2mm孔径筛过筛压碎的土样，这种土样可以进行多重项目的测定，如有效养分、交换性能、盐分、pH等。如果需要测定碳酸钙、全氮、有机质等项目，可以继续使用0.25mm孔径筛进行研磨过筛。

(5)分析步骤

将已经完成过筛压碎的土样放入三角瓶中备用，并做好备注。在使用时添加1mol·L-1HNO350mL，利用电热板进行加热煮沸，从沸腾开始计时，时间一般控制在10min。稍冷之后放入容量瓶中，对土壤进行3次的0.1mol·L-1HNO3溶液洗涤；之后进行冷却，使用时摇匀在ICP-OES电感耦合等离子发射光谱仪上直接进行测定，测定结果为酸溶性钾，测定波长为766.490mm。

4.结果分析

(1)分析谱线选择

在开展试验的过程中，采用的功率共有5种，分别是950W、1000W、1050W、1100W和1150W。功率越高增加的信号值越明显，检出限提高效果明显。此外，高RF功率也会对钾元素的测定产生一定影响，因为功率越高，产生的噪音越大，如果土壤中钾元素含量较高，在进行测试时采用低信号值就能够满足使用要求。为了尽可能减少基体干扰，可以采用950W的RF功率。ICP-OES电感耦合等离子发射光谱仪可以对多条特征谱线同时测定选择，而且可以对背景进行同步校正。分析谱线选择404.721nm、404.414nm，会因为低信号值受到干扰出现负值的情况。分析谱线采用769.89nm和766.490nm时，受其他谱线干扰少，响应值大，可以更好地保证准确度。

对土壤中的钾元素开展测定时，会受到化学干扰和盐效应干扰，消解后土壤样品含盐成分复杂，会对结果产生一定程度的影响。但本次研究得出的光谱曲线无肩峰、光滑对称，样品谱线和标样均未受到干扰。

(2)工作标准曲线

钾标准工作溶液分别取0mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL；在100mL的容量瓶中添加钾1000g/mL，并使用0.06mol/L硝酸溶液进行全钾定容，其中，缓效钾和速效钾分别采用1mol/L醋酸铵溶液和0.1mol/L硝酸溶液进行定容。钾标准系列溶液分别配置0mg/L、5.00mg/L、10.0mg/L、20.0mg/L、30.0mg/L、40.0mg/L。使用ICP-OES电感耦合等离子发射光谱仪水平观测模式对溶液钾含量进行测定。在开展试验的过程中，可以从标准曲线得出，全钾标准曲线和缓效钾标准曲线与速效钾标准曲线的斜率有较大差异，因此，样液与标准溶液系列的基体基本一致，可以将检测误差最大程度地降低。当钾浓度偏高时，可以适当稀释样液。

(3)分析方法检出限测试

本次试验选择分析方法检出限，检出限可以概括为两种，分别是分析方法检出限和仪器检出限。其中，方法检出限取决于测定条件、分离富集、取样等全部流程环节，检出限也会受到样品性质、环境以及分析者的影响，而仪器检出限就是利用分析仪器进行检验。在开展样品分析时，会重复7次空白试验，把测定结果换算成样品含量或浓度，对此平行测定的标准偏差S进行计算，按公式（1）计算方法检测限。

CL=KS （1）

式中，S指的是n次平行测定的标准偏差；K指的是根据选定置信度所确定的常数，为3.143；CL代表的是方法检出限。最终计算得出的方法检出限为0.08mg/kg。

(4)分析方法准确度测试

对有证标准物质ASA-8进行测试，详情见表1所示。

表1 标准物质测试结果

(5)分析方法精密度测试

对样品进行平行测试7次，详情结果见表2所示。

表2 精密度测试数据

从表1数据可以得出，采用该实验方式，测定结果均在标准值的范围内，结果稳定准确，满足测定要求。

5.讨论

现阶段，土壤中地缓效钾含量和钾元素，都是植物生长必需的元素，本文通过研究可以得出，缓效钾的浸提液性质和含量，直接关系到植物的生长状态。但现阶段对于土壤中缓效钾的检测方法还未形成一套完整的检测方法，需要进一步开展研究，提高检测的精密度和准确度。

对于土壤钾素丰沛的重要衡量指标，土壤速效钾不是唯一性，只能作为一种重要的参考指标，因为速效钾含量非常容易受到其他因素的影响，比如作物吸收、水分、温度、施肥等。作物在生长的过程中，会对溶液中的钾进行吸收，当交换性钾下降到一定水平时，土壤会开始释放非交换性钾。作为非代换性地缓效钾，在土壤全钾量的占比较小，但同样也是为土壤进行供钾的一个重要指标。土壤中如果有较高地缓效钾含量，钾肥的效果较差；当土壤中地缓效钾含量较低时，钾肥效果显著。在使用钾肥的过程中，需要根据土壤缓效钾含量，选择最为恰当的施用量和施用方式，使肥料利用率得到最大程度的提升。通过对土壤缓效钾的含量检测，可以对使用钾肥进行科学理性指导。