不同植被下土壤有機質含量的測定

丁一雯，方祥軒

（上海市黃浦區環境監測站，上海 200011）

土壤有機質（soil organic matter，SOM）既指土壤中處于不同分解階段過程中各種動植物等生命死亡的殘體，也指以多種形式存在的含碳有機化合物[1-3]。它不只是構成土壤生態系統的一部分，也是評判土壤肥力高低以及質量好壞的重要方式[4-5]。土壤有機質對生態系統初級生產者的生長發育至關重要，但由于區域不同、氣候條件差異及土壤管理方式不同導致其含量亦有所不同[4]。土壤有機質對于保護土壤環境和生態系統持續穩定發展等方面具有重大意義。土壤有機質的主要初始來源被認定是植物凋落物。凋亡生物經過復雜的腐解過程，在一定條件下轉化為土壤有機質，為自然生態系統的穩定提供能量來源[2，6]。

目前用于測定土壤有機質含量的方法較多，常用方法有干燒法、濕燒法，直接灼燒法和容量分析法[7]。重鉻酸鉀外加熱容量法不僅是當前實驗室分析的一種常用方法[8]，同時也是我國農業部發布的用于測定土壤有機質含量的一種標準方法[9]。該標準方法測定土壤樣品有機質的含量要在外加熱的條件下，使用過量的重鉻酸鉀-硫酸溶液消煮、氧化，使土壤有機質中的碳元素氧化為CO2。再由重鉻酸離子還原為三價鉻離子，多余且未被氧化的重鉻酸離子再用硫酸亞鐵標準溶液滴定。有機碳的含量依據氧化前后消耗的重鉻酸離子數計算，由有機碳乘以系數1.724，得出其有機質含量，將測得的有機質乘以氧化校正系數1.1，最終得出樣品中土壤有機質含量[8]。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集與處理

樣品采集位于K117 公路9～11 km 路段，屬江南丘陵地帶。土壤樣品采集依照隨機、等量、多點混合的原則，分別采集于原始樹林、受人為活動影響較大的竹林和茶田，并命名土壤樣品一、土壤樣品二以及土壤樣品三。采集后的樣品攤薄于樣品盤上，并將其置于室內干凈且整潔的通風處。捏碎大塊土樣并不時翻動，剔除其中雜質，使其自然風干。風干后的土樣，平鋪于制樣板，木棍再反復碾壓并剔除多余雜質。先用2 mm 孔徑篩篩選，取出一部分（四分法），并繼續研磨，使其能通過0.25 mm 孔徑篩。放入樣品瓶保存，用來測定土壤有機質的含量。

1.2 儀器與設備

TS-8200 型土壤有機質分析機器人，儀樂智能儀器有限公司；電子天平，瑞士梅特勒公司，AL204/01；20 mL 移液管、500 mL 量筒、1 000 mL 燒杯、1 000 mL容量瓶、5 mL 電子移液槍（16-6-48B）。

1.3 試劑與溶液配制

1.3.1 試劑

濃硫酸，分析純；重鉻酸鉀，優級純；七水合硫酸亞鐵，分析純；鄰菲羅啉，分析純；土壤有效態成分分析標準物質HTSB 系列：HTSB-3 和HTSB-5；純水。

1.3.2 重鉻酸鉀-硫酸溶液的配制

使用電子天平稱取20.0 g 重鉻酸鉀，溶于300～400 mL 純水，逐次緩慢加入500 mL 濃H2SO4；最后加水至1 000 mL 燒杯。加入H2SO4過程中會放熱，因此每加入50 mL 濃H2SO4需等待片刻。同時在配制過程中將1 000 mL 燒杯置于冷水或冰塊的大塑料盆內冷卻，邊加H2SO4邊攪拌；待燒杯內的液體不燙手時，方可繼續加入H2SO4。

1.3.3 0.1 mol/L 硫酸亞鐵溶液的配制

稱取28.0 g 七水合硫酸亞鐵，溶于600～800 mL純水，加入20 mL 濃H2SO4并攪拌均勻，待冷卻后定容至1000 mL 燒杯。硫酸亞鐵溶液易分解，每次使用前均需重新標定。

1.3.4 0.100 0 mol/L 重鉻酸鉀標準溶液的配制

先稱取適量重鉻酸鉀置于烘箱（130 ℃，烘2～3 h），再稱取4.904 g 烘好的重鉻酸鉀晶體，加入少量純水使其溶解，轉移至1 000 mL 容量瓶定容，得到濃度為0.100 0 mol/L 的重鉻酸鉀標準溶液。

1.3.5 鄰菲羅啉指示劑的配制

稱取0.70 g 七水合硫酸亞鐵，將其溶于100 mL 純水中，再加入1.49 g 鄰菲啰啉，待完全溶解后，儲存于棕色試劑瓶中。

1.4 土壤樣品的測定

提前標定硫酸亞鐵標準溶液，先在樣品杯內加入20 mL 重鉻酸鉀-硫酸溶液，再依次加入40 mL 純水和5 mL H2SO4，攪拌機選擇標定程序標定。然后在樣品杯中稱取0.200 0 g 石英砂代替土樣并加入轉子，選擇空白程序進行兩次空白實驗。在樣品杯中稱取適量標準樣品和提前制備好的土樣（約0.2 g）并加入轉子，選擇樣品程序滴定。儀器機械臂抓取樣品杯置于加液位，泵入10 mL 重鉻酸鉀-硫酸溶液，樣品杯放置在加熱位消解。待土樣消解完成后，樣品杯歸位后加入純水，最后樣品杯被機械臂移至滴定位，泵入指示劑和硫酸亞鐵標準溶液并自動滴定。由儀器自動計算出消耗硫酸亞鐵溶液的滴定體積以及土壤有機質含量的測定結果。

2 結果與分析

2.1 硫酸亞鐵標準溶液的濃度及空白土壤樣品消耗該溶液的體積

按照上述方法對硫酸亞鐵分兩次標定取平均值，兩次硫酸亞鐵標準溶液消耗量分別為19.43 mL 和19.36 mL。由滴定結果得出其濃度，分別是0.1029 mol/L和0.1033 mol/L。取二者平均值，則硫酸亞鐵標準溶液的濃度是0.1031 mol/L。兩次空白土壤樣品所消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積，分別是40.92 mL 和41.09 mL，空白土壤樣品所消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積的最終值（取兩次滴定結果的平均值）為41.00 mL。

2.2 土壤樣品的實驗結果

2.2.1 土壤樣品一的實驗結果

按照上述樣品分析方法，依次稱取土壤樣品一0.277 2、0.153 6、0.230 4、0.222 7 g，由儀器計算出該土樣測定過程中消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積；對應消耗體積為35.36、37.98、36.51、36.58 mL。由此得出4 次測定土壤有機質含量分別為11.9、11.5、11.4、11.6 g/kg，4 組數據的絕對相差＜1.0 g/kg，符合標準[9]對絕對相差的要求，4 組數據的相對標準偏差為1.86%，由此可以得出原始樹林樣品中的土壤有機質含量平均值為11.6 g/kg（結果見表1）。

表1 土壤樣品一的土壤有機質含量測定結果

2.2.2 土壤樣品二的實驗結果

按照上述樣品分析方法，依次稱取土壤樣品二0.188 6、0.165 7、0.235 1、0.201 8 g，由儀器計算出該土樣測定過程中消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積；對應消耗體積為29.30、30.62、26.35、28.06 mL。由此可以計算出4 次測定土壤有機質含量分別為36.4、36.7、36.6、37.6 g/kg，4 組數據的絕對相差＜1.0 g/kg，符合標準[9]對絕對值的要求，4 組數據的相對標準偏差為1.44%，由此可以得出竹林土壤樣品中的土壤有機質含量平均值為36.8 g/kg（結果見表2）。

表2 土壤樣品二的土壤有機質含量測定結果

2.2.3 土壤樣品三的實驗結果

按照上述樣品分析方法，依次稱取土壤樣品三0.150 2、0.171 3、0.261 8、0.252 6 g，由儀器計算出該土樣測定過程中消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積；對應消耗體積為36.14、35.63、32.09、32.68 mL。由此可以計算出4 次測定土壤有機質含量為19.0、18.4、20.0、19.3 g/kg，4 組平行數據的絕對相差＜1.0 g/kg，符合標準[9]對絕對相差的要求，4 組數據的相對標準偏差為3.47%，由此可以得出茶田樣品中土壤有機質的含量測定結果平均值為19.2 g/kg（結果見表3）。

表3 土壤樣品三的土壤有機質含量測定結果

2.3 質量保證與質量控制

2.3.1 HTSB-3 標準土壤樣品的測定結果

為了驗證本次實驗結果的準確性和完整性，選取HTSB-3 標準土壤樣品（不確定度為12.5 g/kg±1.2 g/kg）作為質控樣，對其含量進行測定。分別稱取0.2240 g和0.205 3 g HTSB-3 標準土壤樣品，由儀器計算出該土樣測定過程中消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積；對應消耗體積為36.07 mL 和36.44 mL。由此可以計算出HTSB-3 土壤有機質含量分別為12.9 g/kg 和13.0 g/kg；經過比對，發現兩次測定結果均能滿足其不確定度范圍要求。

2.3.2 空白實驗及方法檢出限、相對標準偏差的檢驗

使用約0.200 0 g 石英砂代替土壤樣品進行7 次空白測定，消耗硫酸亞鐵標準溶液的滴定體積分別為32.54、32.51、32.54、32.46、32.46、32.54、32.39 mL，7 次空白實驗的平均值為32.49 mL，標準偏差0.06 mL。

為了檢測本次試驗結果的精密度與準確度；對HTSB-5 標準土壤樣品（26.0 g/kg±1.2 g/kg）結果測定，在同一天內重復測定6 次；6 次測定的土壤有機質含量分別為25.8、26.1、26.0、25.8、25.3、24.8 g/kg，6 次測定均在標準物質標準值范圍內，其平均值為25.6 g/kg，標準偏差0.496 g/kg，測定結果的相對標準偏差為1.93%（結果見表4）。

表4 HTSB-5 標準土壤樣品中土壤有機質含量的檢驗

因此，當取樣量為0.200 0 g 時，實驗方法檢出限為0.19 g/kg，測定下限為0.76 g/kg，相對標準偏差為1.93%；HTSB-5 標準土壤樣品的土壤有機質含量測定結果為25.6 g/kg，符合該標準土壤樣品的不確定度范圍要求。

3 結論

土壤有機質含量的測定對評價土壤質量的好壞具有重要作用，也是現代農業生產中評價土壤肥力高低的重要因子。本文采集了原始森林、竹林和茶田這3 種不同植被的土壤，在實驗室使用重鉻酸鉀氧化法測定三種植被下土壤樣品中的土壤有機質含量。結果發現，原始樹林土壤有機質含量為11.6 g/kg，茶田為19.2 g/kg，竹林為36.8 g/kg。其中受到人為活動影響較大的植被土壤樣品，土壤有機質的含量均出現了明顯提升，茶田的土壤有機質含量提高了7.6 g/kg，竹林的土壤有機質含量提高了25.2 g/kg。導致土壤有機質的含量大幅提升可能與人類活動有關，如土地的田間管理和頻繁施肥等。

重鉻酸鉀外加熱容量法測定土壤有機質含量相較于其他測定方法簡單安全高效，樣品的制取及前處理過程具有明顯優勢。同時該方法測定步驟較為簡單，不需人工消解土壤樣品，且較其他方法安全性更高，并且其精密度和準確度也能符合試驗要求。