土壤中水解性氮的測定方法比較及注意事項

商姍姍 于曉菲 齊云

(山東省產品質量檢驗研究院，山東 濟南 250100)

土壤水解性氮是土壤全氮的一部分，其含量約占土壤全氮的50%～70%。土壤水解氮含量是土壤化學分析的一個關鍵項目，可以反映土壤氮素供應水平。土壤水解性氮的測定方法有酸水解法和堿水解法。酸水解法一般是用稀硫酸在一定溫度下水解，用還原劑將硝態氮還原成銨態氮，用氧化劑將水解的有機態氮氧化成銨態氮，蒸餾定氮。堿水解法又分為堿解蒸餾法和堿解擴散法。堿解蒸餾法是用一定濃度的氫氧化鈉和還原劑在蒸餾器中堿解蒸餾，然后用硫酸或鹽酸標準溶液滴定，計算水解性氮的含量；堿解擴散法則是將土壤和氫氧化鈉溶液及還原劑在擴散皿中于40℃下保溫24h，同時進行水解、還原、擴散和吸收，用鹽酸標準溶液滴定，計算水解性氮的含量。堿解擴散法為大部分實驗室常用的土壤水解性氮測定方法。本文通過多次實驗，對2種測定方法進行比對，確定了實驗最優條件。

1 堿解擴散法實驗部分

1.1 方法原理

用濃度為1.8mol·L-1的氫氧化鈉溶液和鋅-硫酸亞鐵還原劑處理擴散皿外室的土壤，擴散皿于40℃的培養箱中保溫24h，土壤在堿性條件下進行水解，使易水解態氮和硝態氮經堿解轉化為銨態氮，由擴散皿內室硼酸溶液吸收，用鹽酸標準溶液滴定，計算出水解性氮的含量。

擴散皿內室反應：

NH3+H3BO3→NH4·H2BO3

滴定過程的反應：

NH4·H2BO3+HCl→H3BO3+NH4Cl

1.2 儀器設備

擴散皿、微量滴定管、恒溫培養箱、分析天平。

1.3 試劑

1.3.1 1.8mol·L-1氫氧化鈉溶液

稱取72.0g固體氫氧化鈉，用水溶解，冷卻后定容至1L。

1.3.2 鋅-硫酸亞鐵還原劑

稱取研磨至可通過0.25mm篩的硫酸亞鐵50.0g及10.0g鋅粉充分混勻。

1.3.3 0.1mol·L-1鹽酸標準溶液

吸取8.4mL濃鹽酸，用水定容到1L。

1.3.4 0.01mol·L-1鹽酸標準溶液

量取100.0mL的0.1mol·L-1鹽酸標準溶液(1.3.3)，用水定容到1L。

1.3.5 甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑

稱取甲基紅0.10g及溴甲酚綠0.50g，溶解在100mL 95%乙醇中。

1.3.6 20g·L-1硼酸-指示劑溶液

稱取10.0g硼酸，溶于1L水中，使用前，每升硼酸溶液中加5.0mL甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑(1.3.5)，并用稀酸或稀堿調節至pH值至4.5。此溶液最好現配現用。

1.3.7 堿性膠液

稱取40.0g阿拉伯膠溶于50mL水中，攪勻，加熱到60～70℃，冷卻至室溫。加入40mL甘油和20mL飽和碳酸鉀水溶液，攪拌均勻，冷卻至室溫。離心去除不溶物。

1.4 實驗步驟

稱取通過2mm試驗篩的風干土樣1.00～2.00g(精確至0.01g)和1g鋅-硫酸亞鐵還原劑(1.3.2),使土樣與還原劑均勻地平鋪于擴散皿外室中，然后于擴散皿內室加入3.0mL 20g·L-1硼酸-指示劑(1.3.6)。在擴散皿的外室邊緣外圈均勻涂上堿性膠液(1.3.7),堿性膠液不宜涂太多，以免污染擴散皿的內室溶液，將毛玻璃磨砂面蓋到擴散皿上并旋轉數次,使毛玻璃與擴散皿密封完全,再輕輕轉開毛玻璃的一邊，使擴散皿外室露出一條狹縫,迅速加入10mL 1.8mol·L-1氫氧化鈉溶液(1.3.1)于擴散皿外室，立即用毛玻璃蓋嚴。水平地輕輕轉動擴散皿，使氫氧化鈉溶液與土樣及還原劑充分混合，然后用橡皮筋扎緊毛玻璃與擴散皿。將擴散皿放在40℃恒溫培養箱中，24h后取出。用0.01mol·L-1鹽酸標準溶液(1.3.3)滴定內室中硼酸溶液,邊滴定邊用玻璃棒攪勻培養皿內室吸收液，滴定快到終點時，可用玻璃棒從滴定管尖端沾取少量鹽酸標準溶液滴定，溶液顏色由藍色變為紫紅色即達終點。在樣品測定的同時進行空白實驗。

1.5 結果計算

X=(V-V0)×c×14×1000/(m×k)

式中，X為水解性氮的含量，mg·kg-1；c為滴定所用鹽酸標準溶液的濃度，mol·L-1；V0為空白試驗消耗的鹽酸標準溶液的體積，mL；V為試樣消耗鹽酸標準溶液的體積，mL；m為試樣質量，g；1000為換算成每千克含量的系數；14為氮原子的摩爾質量，mg·mmol-1；k為由風干土樣換算成烘干土樣的水分換算系數。

參照《森林土壤氮的測定》(LY/T 1228-2015)，允許偏差見表1。

表1 允許偏差

2 堿解蒸餾法

2.1 方法原理

用氫氧化鈉溶液和鋅-硫酸亞鐵還原劑處理消化管中的土壤，土壤在堿性條件下水解，易水解態氮和硝態氮經堿解還原成氨，進行蒸餾，蒸餾出的氨吸收在硼酸溶液中，再用酸標準溶液滴定，計算出水解性氮的含量。

化學反應同堿解擴散法。

2.2 儀器設備

凱氏定氮儀(品牌為海能，型號為K9840)、消化管、微量滴定管、三角瓶、分析天平。

2.3 試劑

4mol·L-1的氫氧化鈉溶液，稱取160.0g氫氧化鈉，用水溶解，冷卻后定容至1L。鋅-硫酸亞鐵還原劑、0.01mol·L-1鹽酸標準溶液、20g·L-1硼酸溶液、甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑(配制方法同堿解擴散法)。

2.4 實驗步驟

稱取通過2mm試驗篩的風干土樣1.00～2.00g(精確至0.01g)和1g鋅-硫酸亞鐵還原劑于消化管中。反應片刻，將消化管和三角瓶連接預熱好的凱氏定氮儀，調節定氮儀參數，三角瓶中加入20g·L-1硼酸溶液10mL，加入稀釋水20mL和4mol·L-1的氫氧化鈉溶液(2.3.1)10mL于消化管中，蒸餾時間5min，淋洗水20mL，打開冷凝水，蒸餾(需注意，定氮儀使用前，要放置空消化管空蒸1次，以達到儀器預熱的目的，否則會因達到沸騰的時間太長，使蒸餾的時間太短，導致蒸餾不完全)，蒸餾完成后取下接收瓶，用0.01mol·L-1鹽酸標準溶液滴定，溶液顏色由藍色變為紫紅色即達終點。在樣品測定的同時進行空白實驗。

2.5 結果計算

同堿解擴散法。

3 結果分析

同一樣品按照2.4步驟用堿解蒸餾法進行測定，在其他試驗條件不變的情況下，改變蒸餾時間，其結果見表2。

表2 同一樣品用堿解蒸餾法在不同蒸餾時間下的測定結果

從表2可以看出，同一樣品，隨著蒸餾時間的增加測定值明顯增加，但時間增加到4.0min后，水解氮的測定值不再隨蒸餾時間的增加而增加，蒸餾時間在4.0～5.0min，其測定結果均在分析誤差范圍內，但為了蒸餾完全，又不浪費時間，蒸餾時間最好控制在5.0min。

隨機抽取10個風干土壤樣品，分別用堿解擴散法和堿解蒸餾法測定土壤水解性氮，結果見表3。

表3 2種方法測定土壤水解性氮的結果

由表3可以看出，同一樣品用堿解擴散法和堿解蒸餾法測定土壤水解性氮，其測定結果的絕對差值均在分析誤差范圍內。試驗結果表明，用堿解蒸餾法測定土壤水解性氮，同樣可以達到堿解擴散法的效果。堿解蒸餾法相對于堿解擴散法時效性高，操作簡單，適合用于批量土壤水解性氮的測定。

4 注意事項

堿解蒸餾法中，蒸餾時間對結果影響很大，蒸餾時間低于5min可能會使土壤中水解性氮蒸餾不完全，導致結果偏低，尤其是水解性氮含量較高的樣品。因此，可以根據地域性差異，如果某一區域土壤水解性氮含量普遍較高，可以適當增加蒸餾時間。

堿解擴散法中，堿性膠液的用量要適量，其作用是保證擴散皿的密閉性。同時防止毛玻璃下凝聚的小水滴吸收土壤堿解后生成的氨氣。如果用量過大可能會污染擴散皿內室的吸收液，導致滴定所用的鹽酸溶液體積變大，造成結果偏高。

堿解擴散法法中，堿性膠液的配制比較復雜，費時費力，參照《土壤分析技術規范 第2版》中《土壤水解性氮的測定(堿解擴散法)》，堿性膠液可用堿性甘油代替，其配制方法為100mL甘油中溶解幾十粒固體氫氧化鈉即可。

堿解擴散法中，擴散皿使用前必須徹底清洗干凈，可以放到稀釋的酸溶液中浸泡，分別用自來水和三級水沖洗干凈，自然風干或者放到烘箱中烘干。擴散皿未洗凈，氫氧化鈉溶液或堿性甘油會與鹽酸標準溶液反應，消耗部分滴定溶液，影響滴定體積，進而影響實驗結果。

堿解擴散法中，滴定時要用玻璃棒小心攪動吸收液，切不可搖動擴散皿。滴定快到終點時，可用玻璃棒從滴定管尖端沾取少量鹽酸標準溶液慢慢滴定。

堿解蒸餾法中，氫氧化鈉溶液濃度對測定結果影響很大，氫氧化鈉溶液過低會使水解性氮水解不完全，導致結果偏低；氫氧化鈉溶液過高會使部分其他形態的氮發生部門水解，導致結果偏高。

堿解擴散法中，于擴散皿內室加入硼酸-指示劑時，觀察溶液顏色變化，如果溶液由紫紅色變為藍色，說明擴散皿未清洗干凈，也有可能是擴散皿內室被氫氧化鈉或堿性膠液污染，此時應停止試驗，換新的擴散皿重新試驗。

實驗中，由于1g鋅-硫酸亞鐵還原劑中的硫酸亞鐵會消耗部分氫氧化鈉溶液，所以氫氧化鈉溶液的濃度不能太低。如果土壤樣品中不含硝態氮，則不需要加還原劑，氫氧化鈉溶液的濃度可以適當降低，可以用1.0mol·L-1的氫氧化鈉溶液來處理土壤樣品。

堿解擴散法中，擴散皿外室加入氫氧化鈉溶液要快，以免生產的氨氣外溢造成結果偏低，同時也要注意不能使氫氧化鈉溶液濺到擴散皿內室，污染內室溶液。

堿解蒸餾法中，樣品蒸餾之前一定要先預熱凱氏定氮儀，凱氏定氮儀使用一段時間要校準參數，以免加入溶液太多或太少，影響實驗結果。