紅外吸收法測定土壤有機質(zhì)含量的試驗

樊曉彥

摘 要

為了準確測定農(nóng)業(yè)土壤中有機質(zhì)含量，解決現(xiàn)行農(nóng)業(yè)行業(yè)標準有機質(zhì)測定時土壤中較高含量氯離子或存在還原性物質(zhì)等干擾性問題，本試驗采用了二次灼燒—紅外吸收法間接測定土壤有機質(zhì)。與NY/T1121.6-2006重鉻酸鉀氧化法進行比對試驗，對土壤國家標準物質(zhì)GBW07460以及鄂爾多斯地區(qū)土壤樣品連續(xù)測定。結(jié)果表明，兩種方法均適用于測定一般土壤樣品中有機質(zhì)含量。當(dāng)樣品中存在較高氯離子時，二次灼燒—紅外吸收法不受影響，優(yōu)于重鉻酸鉀氧化法。

關(guān)鍵詞

農(nóng)業(yè)土壤;有機質(zhì);灼燒;高頻紅外吸收法

中圖分類號： S153.621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.078

0 前言

土壤有機質(zhì)是農(nóng)田土壤的重要組成部分，與農(nóng)田土壤的物理、化學(xué)、生物等許多特性密切相關(guān)[1]。同時，土壤有機質(zhì)是土壤肥力的重要標志之一，在土壤分類和農(nóng)業(yè)土壤肥力等方面的研究中，土壤有機質(zhì)的組成、性質(zhì)和有機碳、氮的轉(zhuǎn)化一直受到人們的重視。

土壤分析技術(shù)規(guī)范[2]及現(xiàn)行農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[3]采用農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T1121.6-2006土壤檢測第6部分：土壤有機質(zhì)的測定[4]，采用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機質(zhì)，實驗誤差主要來自對滴定終點的判斷。當(dāng)土壤中存在還原性物質(zhì)時，消耗重鉻酸鉀會使測定結(jié)果偏高。同時，因重鉻酸鉀在酸性條件下與氯離子發(fā)生反應(yīng)，故該方法也不適用于測定氯化物含量較高的土壤樣品。這就需要其他測定方法作為補充。

謝娟等[5]嘗試采用酸洗+燃燒+紅外吸收法，但該法造成部分溶于酸的有機碳損失，且烘干過程可能又有部分揮發(fā)性有機碳損失，同時殘留酸對儀器造成腐蝕。李林等[6]采用灼燒+重量法，確定適宜的灼燒溫度為350—550℃。但該法需嚴格恒重，土壤吸附水也影響結(jié)果準確性。

本試驗采用二次灼燒+紅外吸收法，先利用簡單的物理灼燒處理使有機質(zhì)全部分解，處理后的樣品經(jīng)高頻紅外碳硫分析儀得到無機碳結(jié)果，利用差減法得到有機碳含量，再乘以1.724換算得到有機質(zhì)含量[7]。試驗表明，該法氯離子及還原性物質(zhì)的影響，與酸洗+燃燒+紅外吸收法相比，該法避免了因添加化學(xué)試劑等引起的樣品污染和變異，從而比較理想的分析結(jié)果。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

HCS-140型高頻紅外碳硫分析儀（上海德凱儀器公司）、SX-10型馬弗爐、EHP-1型數(shù)顯恒溫電熱板、LE84E/02型電子天平、50ml具塞滴定管。

L-CS陶瓷坩堝（25mm×25mm）、純鐵助熔劑（（C%<0.0005%，S%<0.0001%））、錫助熔劑（C%<0.0005%，S%<0.0001%）、金屬鎢粒（C%<0.0005%，S%<0.0001%）、氧氣（99.99%）、鋁鍋（400mm×300mm×200mm）、水銀溫度計（300℃）、250ml錐形瓶、鐵絲籠、硬質(zhì)試管（Φ25mm×200mm）、工業(yè)用固體石蠟。

重鉻酸鉀（GR）、硫酸亞鐵銨（GR）、硫酸（AR）、鄰菲羅啉指示劑（AR）、氯化鈉（AR）

1.2 試驗樣品

中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所研制的土壤有效態(tài)成分分析標準物質(zhì)GBW07460（安徽潮土），有機質(zhì)推薦值10.3±0.3g/kg。以及陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實驗研究所研制的HTSB-6 土壤有效態(tài)成分分析標準物質(zhì)（新疆棕漠土），有機質(zhì)推薦值9.4±0.7g/kg。內(nèi)蒙古鄂爾多斯農(nóng)田土壤樣品20件。

1.3 試驗過程

所用瓷坩堝經(jīng)過預(yù)處理，在馬弗爐中升溫至1200℃，灼燒4小時，在爐中隨爐冷卻，置于干燥器中備用[8]。

在已添加0.2000g鐵助熔劑、0.2000g錫助熔劑的瓷坩堝中稱取約0.0500g土壤試樣，再添加1.5000g鎢助熔劑，在通氧氣條件下經(jīng)高頻爐高溫燃燒，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳經(jīng)過紅外吸收池，測出土壤總碳含量。

稱取約0.0500g土壤試樣于瓷坩堝中，在420℃下置于馬弗爐中灼燒12h，放至冷卻。添加0.2000g鐵助熔劑、0.2000g錫助熔劑、1.5000g鎢助熔劑，在通氧氣條件下經(jīng)高頻爐高溫燃燒，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳經(jīng)過紅外吸收池，測出土壤無機碳含量。

得到上述結(jié)果后，經(jīng)計算得到土壤有機碳及有機質(zhì)含量。

另稱取鄂爾多斯農(nóng)田土壤樣品，據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T1121.6-2006土壤檢測第6部分：土壤有機質(zhì)的測定，采用重鉻酸鉀氧化法與紅外吸收法進行對照。

1.4 儀器參數(shù)

本試驗高頻紅外碳硫分析儀參數(shù)為：頻率20MHZ，輸出功率3.5kW，頂氧流量1.0L/min，分析氣流量2.0L/min，預(yù)吹氧時間20s，截止電平7mV，最短分析時間40s，最長分析時間60s，分析通道為2通道，采用單點校準方式。

2 試驗結(jié)果

2.1 標準物質(zhì)測試結(jié)果

采用二次灼燒-紅外吸收法，分別獨立稱取11份土壤有效態(tài)成分分析標準物質(zhì)GBW07460（安徽潮土，有機質(zhì)推薦值10.3±0.3g/kg）及HTSB-6（新疆棕漠土，有機質(zhì)推薦值9.4±0.7g/kg）進行測定。測試結(jié)果表明，該試驗方法測得的標準物質(zhì)值均落在標準物質(zhì)不確定度范圍之內(nèi)（95%的置信水平），據(jù)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[3]進行判定，說明二次灼燒-紅外吸收法測定土壤有機質(zhì)準確度是可行的。具體數(shù)據(jù)見表1。

2.2 檢出限

進行全程序空白試驗，用二次灼燒-紅外吸收法對20個空瓷坩堝進行測試，以3倍空白值的標準偏差（測定次數(shù)n≥20）對應(yīng)的濃度為檢出限[3]。試驗得到該法檢出限為0.002g/kg，遠低于容量法。

2.3 土壤樣品比對結(jié)果

抽取內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)土壤樣品20件，分別用重鉻酸鉀氧化法和二次灼燒-紅外吸收法進行測定其有機質(zhì)含量。結(jié)果按NY/T1121.6-2006土壤檢測第6部分：土壤有機質(zhì)的測定[4]進行判定，見表2。

2.4 干擾試驗

對中心編號為2018T-1558的土壤樣品進行干擾試驗。等量稱取試樣10份于10個瓷坩堝中，再加入不同量的氯化鈉粉末，再按二次灼燒-紅外吸收法的程序測試。見圖1，測試結(jié)果基本穩(wěn)定，說明二次灼燒-紅外吸收法不受土壤中氯離子的干擾。

3 結(jié)論

1）通過標準物質(zhì)誤差分析，二次灼燒-紅外吸收法對GB W07460、HTSB-6標準物質(zhì)測試結(jié)果準確度符合規(guī)范要求。該法可以應(yīng)用于測定一般農(nóng)田土壤中有機質(zhì)含量。

2）最佳條件下（坩堝經(jīng)預(yù)處理、儀器條件佳），該法檢出限較容量法低，適用于有機質(zhì)含量較低的土壤樣品分析。

3）對實際土壤樣品的批量比對試驗，說明該法同樣適用于實際樣品的分析測試。

4）干擾試驗表明，該法不受土壤中氯離子的干擾，這一點優(yōu)于重鉻酸鉀容量法。

5）相比紅外吸收法，重鉻酸鉀容量法因為要判斷滴定終點，其受操作人員影響較大。

6）紅外吸收法自動化程度高，適用于大批量樣品的快速分析。

參考文獻

[1]張愛君，張明普.黃潮土長期輪作施肥土壤有機質(zhì)消長規(guī)律的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，29（1）：60-63.

[2]杜森，高祥照.土壤分析技術(shù)規(guī)范（第二版）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006： 36-39

[3]NY/T 395-2012 農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范.

[4]NY/T1121.6-2006土壤檢測第6部分：土壤有機質(zhì)的測定.

[5]謝娟，張心昱，王秋鳳等.燃燒法與化學(xué)氧化法測定不同pH土壤有機碳之比較[J].土壤通報，2016，44（02）.

[6]李林，李捷，陳俊英，et al.灼燒法與化學(xué)法測定土壤有機質(zhì)對比與擬合分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（26）：81-83.

[7]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析（第三版）[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008：25-38.

[8]魏緒儉，戴學(xué)謙，薛江紅.2007.高頻感應(yīng)燃燒-紅外吸收法測定瓷坩堝空白值的試驗研究[C].冶金標準化與質(zhì)量，45（05）：20-22.