土壤有機質測定的全自動智能分析試驗

摘 要 在土壤普查中，土壤有機質是土壤監測的重點對象。為探索更快更便利的土壤有機質檢測方法，通過分別選擇酸性、中性和堿性土壤，紅壤、灰潮土和黑土，有機質含量低、中、高等9種土壤樣品來驗證《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》（NY/T 1121.6—2006）的測定方法在土壤有機質全自動智能分析工作站中的應用。土壤有機質全自動智能分析工作站仍采用重鉻酸鉀氧化-容量法的原理來進行測定，但實現了有機質測定前處理的全自動化，避免了人工操作過程中遇高溫高熱等危險，同時可進行批量前處理和檢測，有效提高了檢測效率。

關鍵詞 土壤；有機質；全自動智能分析

中圖分類號：S153.6 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.22.010

土壤中的各種動植物殘體，在土壤生物的分解和合成作用下形成各種有機質，包括土壤中的碳、氮、氫、氧及少量的硫、磷和金屬元素等[1-3]。盡管土壤有機質含量只是土壤總量的一小部分，卻對土壤、作物生長等有著極其重要的作用[4-5]。土壤有機質測定主要采用重鉻酸鉀氧化-容量法，該方法具有操作簡單，干擾較少等優點，但由于人工操作高溫油浴的消解步驟存在危險系數較高、氣味大、對實驗室環境污染較大等缺點，且樣品檢測結果受實驗人員的前處理操作水平影響，可能存在人為因素誤差[6-7]。

土壤有機質全自動智能分析工作站依然采用重鉻酸鉀氧化-容量法來進行前處理和檢測，但實現了檢測的自動化，能夠全自動完成試劑添加、加熱消解、樣品轉移、冷卻、滴定及數據計算等土壤有機質檢測的全過程[8]。這種分析工作站使用智能機械臂和智能抓手自動取放樣品杯，可同時進行5個樣品的加熱消解，對于平行樣，可進行同時加熱消解，確保試驗在相同的前處理條件下進行，最多可設定自動完成73個土壤有機質樣品的檢測任務，減少了人工成本，提高了檢測效率。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

分別選擇3種不同酸堿度的土壤質控標準樣品即SAS-9（pH=4.31）、ASA-18（pH=6.47）和GBW07495（pH=8.30）；3種不同顏色的土壤標準質控樣品即ASA-12（紅壤）、SAS-3（棕壤）和SAS-4（黑土）；3種不同有機質含量的土壤標準質控樣品即ASA-5b（有機質含量5.09±0.07 g·kg-1）、GBW07497（有機質含量26.1±1.3 g·kg-1）、ASA-1b（有機質含量46.7±1.8 g·kg-1）。

試劑：硫酸（優級純），國藥；重鉻酸鉀（優級純），國藥；七水合硫酸亞鐵（分析純），國藥；鄰菲羅啉指示劑（分析純），西隴。

1.2 儀器

土壤有機質全自動智能分析工作站，上海凈信，型號JX-S7056；萬分之一分析天平；百分之一分析天平；電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.3 分析步驟

1.3.1 樣品前處理

分別選擇不同特性的土壤質控樣，3種不同酸堿度的土壤標準質控樣品，分別為SAS-9（pH=4.31）、ASA-18（pH=6.47）和GBW07495（pH=8.30）；3種不同顏色的土壤標準質控樣品，分別為ASA-12（紅壤）、SAS-3（棕壤）和SAS-4（黑土）；3種不同有機質含量的土壤標準質控樣品，分別為ASA-5b（有機質含量5.09±0.07 g·kg-1）、GBW07497（有機質含量26.1±1.3 g·kg-1）、ASA-1b（有機質含量46.7±1.8 g·kg-1），共驗證9種土壤質控樣品。根據標準要求，依照有機質含量范圍準確稱取通過0.25 mm孔徑篩風干的試樣0.05～0.50 g。同時，進行空白試驗。

1.3.2 儀器操作

1）打開儀器和電腦，打開Soil Robot軟件，進入軟件主界面，檢測串口連接狀態成功后，點擊確認機械臂回到原點。2）選擇系統參數配置界面，確認溫度、時長、滴定及溶液系數等是否正確。對待測樣品系列的參數進行設置。3）編輯實驗樣品序列，并對單個樣品的參數進行設置。確認無誤后，點擊啟動任務，樣品測試實驗開始[7]。

1.4 計算

土壤有機質含量計算公式為

式中：Wox為土壤有機質含量，g·kg-1；C為硫酸亞鐵標準溶液的濃度，mol·L-1；V0為空白試驗所消耗硫酸亞鐵標準溶液體積，mL；V為試樣測定所消耗硫酸亞鐵標準溶液體積，mL；0.003為1/4碳原子的毫摩爾質量，g；1.724為由有機碳換算成有機質的系數；m為稱取風干試樣的質量，g[9-10]。

2 結果與分析

2.1 空白試驗結果

分別稱取6份0.2 g灼燒的浮石粉進行空白平行測試試驗，結果如表1所示。經計算，其相對標準偏差為1.15%，小于5%，符合該方法驗證要求。

2.2 精密度與準確度

2.2.1 不同酸堿度的土壤精密度與準確度試驗

選取3種不同酸堿度的土壤質控樣SAS-9（pH=4.31）、ASA-18（pH=6.47）和GBW07495（pH=8.30）標準品，分別平行測定6次。結果如表2所示，3種不同酸堿度的土壤標準樣品測定值均處于樣品證書質量要求范圍內，且平行測定結果允許差也在標準要求范圍內。相對標準偏差分別為1.45%、0.76%和1.25%，相對誤差分別為2.34%、2.10%和3.64%，準確度和精密度均符合要求。

2.2.2 不同顏色的土壤精密度與準確度試驗

選取3種不同顏色的土壤質控樣ASA-12（紅壤）、ASA-13（灰潮土）和SAS-4（黑土）標準品，分別平行測定6次。結果如表3所示，3種不同顏色的土壤標準樣品測定值均處于樣品證書質量要求范圍內，且平行測定結果允許差也在標準要求范圍內。相對標準偏差分別為1.14%、2.41%和1.10%，相對誤差分別為1.65%、1.42%和2.06%，準確度和精密度均符合要求。

2.2.3 不同有機質含量的土壤精密度與準確度試驗

選取3種不同有機質含量的土壤質控樣ASA-5b、GBW07497、ASA-1b標準品，分別平行測定6次。結果如表4所示，3種不同有機質含量的土壤標準樣品測定值均處于樣品證書質量要求范圍內，且平行測定結果允許差也在標準要求范圍內。相對標準偏差分別為5.01%、0.85%和0.79%，相對誤差分別為1.79%、2.94%和2.37%，準確度和精密度均符合要求。

3 結論與討論

本文研究土壤有機質全自動智能分析工作站在《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》（NY/T 1121.6—2006）的測定方法中的應用。本試驗通過分別選擇pH=4.31的酸性土壤、pH=6.47的中性土壤和pH=8.30的堿性土壤；紅壤、灰潮土和黑土；有機質含量為5.09±0.07 g·kg-1、有機質含量為26.1±1.3 g·kg-1、有機質含量為46.7±1.8 g·kg-1共9種土壤質控標準樣品來驗證土壤有機質全自動智能分析工作站是否符合標準要求，結果表明，其平行測定結果允許差、相對標準偏差和相對誤差都在標準要求范圍內，準確度和精密度均符合要求。

土壤有機質全自動智能分析工作站能夠自動完成土壤有機質的分析過程和計算過程，且數據具有可追溯功能，全自動分析過程有效降低了人為誤差，節省了時間成本，提高了檢測效率，且整機儀器使用通風罩，減少了化學藥品氣味的擴散。自動消解加熱功能避免了檢測人員接觸高溫熱油，也避免了檢測人員長時間接觸危險化學藥品，從而降低了危險系數。自動加液功能實現精準把控加液量，減少了加液環節的人為誤差。自動計算功能可在單個樣品完成實驗后，自動計算給出有機質的測定結果，減少了實驗人員的工作量，并能及時得到結果信息。因此，土壤有機質全自動智能分析工作站將是提高土壤有機質檢測效率和實驗室管理標準的有力工具。

參考文獻：

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[9] 中華人民共和國農業農村部.土壤檢測第6部分：土壤有機質的測定：NY/T 1121.6—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[10] 張土秀，何文靜.石墨消解儀消解：容量法測定土壤有機質[J].環境保護與循環經濟，2018，38（7）：56-57.

（責任編輯：張春雨）