土壤有機質含量測定不確定度評估

項厚生　安俊芳　孫保海　任義娟

關鍵詞：土壤;有機質;不確定度

考察土壤肥力時，通常會將有機質含量作為核心考慮指標，能對土壤結構形成較為明顯的促成效用，對土壤多方面條件具有顯著調節和改善效用，如生物學、化學等方面，同時對土壤所具備的吸收性具有一定提升效用，對緩沖性也能帶來積極影響，為植物提供各種所需的營養成分[1]。檢測土壤中有機質的含量有很重要的意義，是人們了解土壤肥力的關鍵因子之一。我國農業部制定并頒布了NY/T 1121.6—2006《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》[2]，涉及比較詳細且具體的有機質測定相關內容，為土壤中有機質含量的測定提供了科學、高效的標準。

本研究依據NY/T 1121.6—2006的檢測標準，根據《化學分析中不確定度的評估指南》（CNAS-GL06：2006）[3]以及《測量不確定度評定與表示》（JJF 1059.1—2012）[4]，對土壤中有機質的測定過程進行不確定度評估，并計算擴展不確定度，為檢測結果提供質量保障。

1 方法原理

提供加熱環境，預先準備重鉻酸鉀-硫酸溶液，并且保證容量處于過量狀態，利用其對土壤中存在的有機碳進行相應的氧化處理，另外對超出需要的重鉻酸鉀提供處理方案，利用硫酸亞鐵溶液完成對該溶液成分的滴定處理，對其過程中的反應消耗量進行測定，將所得結果用氧化系數進行精確度校正，并運用公式計算出相應的有機碳量。在此基礎上進一步獲取土壤有機質含量，一般是通過有機碳實際計算所得，再與常數1.724相乘即可實現[2]。

2 實驗

2.1 試劑與儀器

電爐、硬質試管、油浴鍋、鐵絲籠、滴定管、溫度計、重鉻酸鉀、濃硫酸、硫酸亞鐵、鄰菲羅啉指示劑。

2.2 步驟

先進行試樣稱取，具體稱取質量為0.050 0～0.5000g。在實際稱取中，需要將質量精確到小數點后4位，也就是0.000 1 g，同時，試樣質量的最終確定取決于有機質含量范圍，操作工具是0.25 mm孔徑篩。另外，試樣狀態應為風干形態，將其放入硬質試管，加入重鉻酸鉀-硫酸溶液，該溶液容積取值10.000 0 mL，而溶液濃度取值設定為0.4 mol/L，搖晃每個試管，讓溶液呈現均勻狀態，并逐一插入玻璃漏斗。將前期處理完畢的試管又放入鐵絲籠，并沉于處于加熱狀態的油浴鍋，確保溫度保持在185～190 ℃。在此過程中，要讓管中液面始終保持在油面下，觀察試管溶液，確定其出現沸騰現象后立刻計時。在整個過程中，需要精確控制溫度，不讓溶液出現沸騰現象，為了獲得更好的實驗效果，可以將鐵絲籠小心提起，但不脫離油浴鍋，然后輕輕搖晃幾次，確保液體溫度保持一致，可在170～180 ℃浮動，鐵絲籠放置時間保持在5.0 min左右，且上下浮動不超過0.5 min，時間一到，便將其提出，讓其自然冷卻。此時將試管上粘附的液體擦拭干凈，將試管中的所有物質轉移到250.000 0 mL的三角瓶中，操作過程需要小心謹慎，確保無損。清洗實驗用具，將所得溶液體積維持在50.000 0～60.000 0 mL。向三角瓶中加3滴鄰菲啰啉指示劑，處理過量的K₂Cr₂O₇，通常是利用硫酸亞鐵標準溶液來實現，并進行滴定操作。

3 數學模型和不確定度來源

土壤中有機質質量分數的計算公式：

式中：O.M代表土壤有機質的質量分數實際表現，g/kg;V₀代表空白實驗過程中，硫酸亞鐵標準溶液具體消耗量體積表現，mL;V代表試樣測定過程中，硫酸亞鐵標準溶液具體消耗量體積表現，mL;c代表硫酸亞鐵標準溶液濃度的實際表現，mol/L;m代表試樣質量實際表現，g。

對于平行測定結果的描述情況，利用算術均值來實現，且有效數字為3位。

4 針對輸入量進行不同標準不確定度和相對不確定度分量的求值詳情

4.1 土壤中有機質測定和硫酸亞鐵濃度標定的重復性引入的標準不確定度和相對不確定度分量

在具體的土壤有機質實驗中，需要提供多次平行測定結果。本次實驗具體為10次，得到土壤有機質的測定值表述是（V₀-V），能通過具體實驗數據所得，獲得對應的具體有機質含量，同時也可以進行標準偏差計算，并得到對應結果;此外，也需要為標定硫酸亞鐵滴定液提供多次不同的平行測定結果，本次實驗具體為6次，能通過具體實驗數據所得，獲得對應的滴定液濃度實際情況，同時也可以進行標準偏差計算并得到對應結果。在對有機質土壤展開的有關重復性標準不確定度計算時，其具體公式及內容描述是u₁=9.21×10^﹣5。