一种快速测定土壤中速效钾和交换性钾、钠、镁的方法初探

叶旭标

东莞市农产品质量安全监督检测所 东莞 523000

土壤肥力和生产潜力是评价土地质量和土地生态效益的核心指标[1]。土壤中的钾、钠、镁是植物生长必需营养元素，对提高农作物产量有重要的作用。速效钾，是指土壤中易被作物吸收利用的钾素。速效钾含量是表征土壤钾素供应状况的重要指标之一。交换性盐基是指土壤吸收复合体吸附的碱金属和碱土金属离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）的总和，其中交换性钾、钠、镁能被植物所利用，也是评价土壤的重要指标之一。因此速效钾和交换性钾、钠、镁的测定对于评价土壤是否具有合适的农业生产环境极为重要。目前，土壤中速效钾测定标准依据有《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》（NY/T 889—2004）[2]，前处理采用乙酸铵浸提，火焰光度计法测定；土壤中交换性钾、钠测定标准依据有《森林土壤交换性钾和钠的测定》（LY/T 1246—1999）[3]，土壤中交换性镁测定标准依据有《土壤检测 第13部分：土壤交换性钙和镁的测定》（NY/T 1121.13—2006）、《森林土壤交换性钙和镁的测定》（LY/T 1245—1999）等[4～5]，前处理采用乙酸铵-离心提取，原子吸收分光光度法测定。前处理过程繁琐，需重复提取离心，试剂用量大，耗时长，处理大批量样品效率低。所以建立一种快速有效简便的方法尤为重要。为开发适用于土壤中速效钾和交换性钾、钠、镁含量的测定，确立乙酸铵浸提-电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）测试条件，并验证方法的准确性、精密度和适用性，选取了3种土壤标准物质样品。提取方面：分别使用乙酸铵浸提，振荡30 min，提取土壤中的速效钾和交换性钾、钠、镁。检测方面：使用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测定，确立了电感耦合等离子体发射光谱仪的最佳仪器条件，对土壤中速效钾和交换性钾、钠、镁的含量进行了测定，对方法的准确性、精密度和适用性进行了验证。

1 适用范围

本研究适用于中性、酸性土壤中速效钾和交换性钾、钠、镁的测定或碱性土壤中速效钾和交换性钾、钠的测定。

2 实验部分

2.1 实验试剂与标准物质

钾、钠、镁标准溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心1000 mg/L）；乙酸铵、氨水（广州化学试剂厂，AR级）；土壤有效态成分分析标准物质：湖北黄梅水稻土GBW07415（ASA-4）、辽宁棕壤GBW07412a（ASA-1a）、四川紫色土GBW07414a（ASA-3a），均为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所生产。

乙酸铵溶液（1 mol/L）：称取77.08 g乙酸铵溶于近1 L水中，用稀乙酸或氨水调节pH为7.0，用水稀释至1 L。该溶液不宜久放[2]。

2.2 实验仪器

电子分析天平（Sartorius BS2202S）；电感耦合等离子体原子发射光谱仪（Agilent 5100）；纯水仪（美国密理博公司Mili-Q Advantage A10）；振荡摇床（IKA-WERKE HS.501digital）；酸度计（Agilent 3200I Ion Meter）；冷冻离心机（HITACHI CR21GⅢ）。各关键仪器设备均经检定校准合格。

2.3 实验方法

称取土壤样品2.50 g（精确至0.01 g）于离心管中，加入25.00 mL乙酸铵溶液（1 mol/L），拧紧管盖，放置于振荡摇床中进行振荡，中速振荡30 min。振荡后于8000 r/min离心机离心，干过滤，同时做空白试验。根据样品元素含量情况吸取相应溶液进行稀释，并用乙酸铵溶液（1 mol/L）定容。

2.4 仪器工作条件

ICP-AES工作条件：仪器观察方式的选择：轴向；发射功率：12 kW；雾化器流量：0.75 L/min；等离子体气：12 L/min；辅助气流量：1 L/min。

元素检测波长：钾766.491 nm，钠588.995 nm，镁280.270 nm。

2.5 标准曲线的制备

配置混合元素（钾、钠、镁）标准溶液：分别各吸取钾、钠、镁标准溶液0.00、0.02、0.05、0.08、0.10、0.20、0.40、0.80、1.60、2.40 mL于100 mL容量瓶中，加乙酸铵溶液（1 mol/L）至刻度。此系列混合标准溶液质量溶度分别为：0.00、0.20、0.50、0.80、1.00、2.00、4.00、8.00、16.00、24.00 mg/L。

2.6 计算公式

速效钾、交换性钾、交换性钠、交换性镁含量计算公式[2～4]：

式中：ρ为从工作曲线上查得测定试液中钾、钠、镁元素的浓度，mg/L；m为试样质量，g；V为定容体积，mL；F为稀释倍数；ω为速效钾含量，以钾（K）质量分数计，mg/kg；391为钾离子（K+）的摩尔质量，mg/cmol；230为钠离子（Na+）的摩尔质量，mg/cmol；12.15为镁离子（1/2 Mg2+）的摩尔质量，g/mol；1000为将mL换成L的系数。

3 实验结果及分析

3.1 标准曲线及线性回归方程

进行方法确认，线性方程及范围应满足以下要求[6]：采用标准曲线法定量，并至少具有6个校准点（包括空白），浓度范围尽可能覆盖一个或多个数量级，每个校准点至少重复测量3次；根据样品元素的含量范围绘制标准曲线，各元素的浓度范围内线性良好，相关系数均在0.998以上，满足要求，见表1。

表1 各元素曲线及相关系数Tab.1 Curves and correlation coefficients of each element

3.2 方法检出限

根据标准曲线成线性，确定方法在线性范围内可靠，按照样品分析方法对空白样品进行20次连续测定，记录吸光强度，计算出20次空白样品吸光度值的标准偏差Sb。按3倍的标准偏差除以斜率计算出方法检出限，再根据不同元素的计算公式速效钾、交换性钾、交换性钠、交换性镁的方法检出限。

MDL = 3Sb/b

Sb—空白值的标准偏差；

b—方法曲线的斜率。

各元素检出限见表1，空白值见表2。

表2 各元素的空白值Tab.2 Blank values for each element

检出限注意事项：由于不能或很难找到一个和样品基体一致，却不含待测元素的空白土壤样品，所以一般使用试剂作为空白样品，试剂空白参与前处理全过程，可以对整个前处理中试剂、水、器皿等污染情况起到监测作用[7]。

3.3 方法精密度与准确度

用土壤标准物质样品GBW07415（ASA-4）、GBW07412a（ASA-1a）、GBW07414a（ASA-3a）按照以上实验步骤进行6个平行样连续测定，所得结果计算相对标准偏差和平均值，以此评价精密度和正确度。由表3结果可知，测定结果相对标准偏差在1.0%～4.7%之间，精密度良好，土壤标准物质样品的各元素的测定值均在标称值范围内，正确度良好。在中性、酸性土壤下，乙酸铵浸提土壤速效钾，交换性钾、钠、镁都能有效提取，测定结果均在标称值范围内。在碱性土壤下，乙酸铵浸提土壤测定结果只能满足速效钾，交换性钾、钠的标称值范围。因碱性土壤含有大量的碳酸盐和石膏等成分，还有一部分被土壤胶体所吸附，单用乙酸铵溶液浸提是无法做到有效溶解提取，还需抑制碳酸盐的溶解，用乙醇溶液洗盐等操作。所以在碱性土壤环境下，交换性镁不能被乙酸铵溶液有效地提取。

表3 各元素精密度及准确度测定结果Tab.3 Precision and accuracy measurement results of each element

4 结论

本文采用乙酸铵浸提-电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定土壤中的速效钾和交换性钾、钠、镁。该方法前处理简单、省时、试剂用量少，使用电感耦合等离子体发射光谱仪分析，效率高。验证了本方法对待测元素的方法检出限均能满足测定要求，稳定性高、线性范围宽、精密度高、结果准确。适用于中性、酸性土壤中速效钾和交换性钾、钠、镁或碱性土壤中速效钾和交换性钾、钠等的测定。