土壤养分分析技术

6.1土壤氮分析
土壤氮可分为有机态和无机态两大部分,二者之和称为土壤全氮,它不包括土壤空气中的氮。由于成土条件的不同,不同类型以及同一类型中的不同土壤之间,全氮含量的差异很大。一般来说,矿质土壤的全氮含量大约在00.1~5%之间,有机土壤的全氮含量则达1%或更高。
氮素是作物生长的重要营养元素之一,土壤氮素在土壤肥力中起着相当重要的作用。研究表明,即使在使用大量氮肥情况下,作物中积累的氮素中仍有50%左右来自土壤,在某些土壤土这个数字更高。土壤中氮素总量及各种存在形态与作物生长有着密切的关系。分析土壤全氮及其各种形态氮的含量是评价土壤肥力,拟定合理施用氮肥的主要根据。
土壤中的氮素绝大部分以有机态存在,它的含量和分布与土壤有机质密切相关。土壤有机质含量决定于其年形成量和分解量的相对大小。我国各自然植被下的土壤表土中氮素含量范围在0.044±0.027%与0.503±0.200%之间。由东向西,黑土-黑钙土-栗钙土-漠钙土序列逐渐减少;由北向南,黑土-暗棕壤-白浆土-棕壤-褐土的序列明显降低。由此继续向南,黄棕壤氮素含量继续降低;黄棕壤-红壤-砖红壤逐渐升高。耕地土壤除受各自然因素制约外,还更强烈地受到人为耕作、施肥等影响,其全氮含量在0.063±0.029%与0.263±0.104%之间,大体土与自然植被土壤相似。东北黑土地区*高,黄土高原与黄淮侮平原*低,长江中下游、江南、云贵高原及四川以及华南、滇南、蒙新、青藏等地区,介于二者之间。后者中大体上又有依长江中下游、江南、蒙新、云贵高原及四川以及华南、滇南、蒙新、青藏的序列而逐渐增多。
不同土壤不仅表土的氮素含量不同,且剖面分布状况也各异。黑土的腐殖质层*为深厚,可达80~100cm或以上,栗钙土的腐殖质层一般仅在22~44cm之间。氮素的剖面分布也影响剖面的氮素储量。自然植被土壤中黑土因其表层含氮量*高且腐殖质层深厚,氮储量也*高,其后依次为暗棕壤、砖红壤、红壤、黑钙土、栗钙土、灰钙土等,而以棕漠土的氮储量*低。在耕地土壤中除东北黑土区外,太湖地区土壤氮素储量*高,黄淮海平原和黄土高原*低。
无机氮包括固定态铵、交换性铵、no3-、no2-和nox等,它们占表土全氮的比例*低,仅1%左右,*高可达60%以上。有机态氮是土壤氮素的主要存在形式,是交换性铵和no3--n的来源和汇。有机氮的组成复杂,目前已分离鉴定出的含氮化合物的单体有氨基酸、嘌呤、嘧啶以及微量存在的叶绿素及其衍生物、磷脂、各种胺、维生素等很多种。
6.1.1土壤全氮分析
目前测定全氮的方法有多种,但普遍采用的是硒粉-硫酸铜-硫酸钾-硫酸消煮法,又称开氏法。主要是用硫酸钾、硫酸铜和硒粉作催化剂,加入浓硫酸,在高温处理下将土壤中有机含氮化合物转变成nh4+。
开氏消煮法*广泛应用于全氮的测定,由于分析者分析的要求和目的需要,方法得到不断地改进。当难提取性固定态铵的含量高时,开氏法的测定值偏低。在这种情况下需用hf-hcl法破坏粘土矿物,从而较准确地测定出包括固定态铱在内的全氮。一般的开氏法也不包括no3--n、no2--n。如果分析no3--n含量高的土壤,必须测定包括no3--n、no2--n的全氮,在方法中就必须加入将no3--n、no2--n还原成nh4+的步骤。还原方法有多种,常见的约有三种修正开氏法:水杨酸法、*-还原性铁法以及zn-crk(so4)2,法。其中常用的有水杨酸法、*-还原性铁法。因这两种方法回收率较高,而深受分析者的喜爱。
选择适当的开氏消煮法方法需根据分析的需要和实验室的条件,选择内容包括硫酸或双氧水,大量法或半微量法,包括或不考虑no3--n、no2--n,以及用电极或蒸馏法滴定或自动测定等。因大量法目前用得很少。
常用的开氏消煮法测得的n不包括no3--n、no2--n,因no3--在消煮过程中易挥发损失不会还原为nh4+。但一般土壤中no3--n、no2--n含量不超过全氮量的1%,故可以忽略不计。
开氏消煮-半微量定氮蒸馏法
分析原理土壤中的含氮化合物,利用浓硫酸及少量的混合催化剂,在强热高温处理下分解,使氮素转变成为nh4+,但原有土壤中的no3—n,并没有变成nh4+;,其量极微。当加入naoh呈强碱性,ph超过10时,nh4+则全部变为nh3而逸出经蒸馏用硼酸液吸收,再用酸标准溶液滴定(溴甲酚绿和甲基红作混合指示剂,其终点为桃红色。由酸标准溶液的消耗量计算出氨量。
结果计算
土壤全氮的含量(%)=(v-v0)*c*m*10-3/m*100
式中:
c:硫酸标准溶液的浓度,moll-1;v:土样测定时消耗的硫酸标准溶液体积,ml;v0:空白测定消耗的硫酸标准溶液体积,ml;m:氮的摩尔质量,14gmol-1;m:土样质量,g;10-3:将ml换算成l的系数;100:换算成百分含量。
注意事项
5ml硼酸吸收液,可有效地吸收约5mg氮,此量约为方法中土样所释出总氮量的5倍。混合指示剂*好在使用时与硼酸溶液混合;如混合过久则可能有终点不灵敏的现象发生;
为保证获得**之测定结果,土壤含氮<0.1%,土壤样品需研细通过100目筛,称土样1g;土壤含氮>0.1%,称土样0.5~1.0 g;含n在0.2%以上应称土样0.5 g以下。且分析取样必须充分混匀;
在消煮过程中须经常转动开氏瓶,使喷溅在瓶壁土的土粒及早回流到酸液中去,特别是粘重土壤,喷溅现象产重,更应注意。
6.1.2土壤水解性氮的测定
土壤有效氮迄今还没有很满意的化学测定方法。长期以来国内多用丘林的酸水解法测定土壤水解性氮。该法对有机质含量较高的土壤,测定的结果与作物反应有良好的相关性,但对有机质缺乏的土壤,测定结果不十分理想,对于石灰性土壤更不适合,而且测定手续冗长。碱解扩散法的碱解、还原、扩散、吸收各反应同时进行,操作简便,大批土样的分析速度快,结果的再现性较好,而且与作物需氮的情况有一定的相关性。
碱解扩散法
方法原理在扩散皿中,土壤于碱性条件和*存在下进行水解还原,使易水解态氮和硝态氮转化为氨,并扩散,为硼酸溶液所吸收,硼酸溶液吸收液中的氨,用标准酸滴定,由此计算碱解氮的含量。
结果计算
土壤碱解氮的含量(mg kg-1)=(v-v0)*c*m/m*1000
式中:
c:硫酸标准溶液的浓度,moll-1;v:土样测定时消耗的硫酸标准溶液体积,ml;v0:空白测定消耗的硫酸标准溶液体积,ml;m:氮的摩尔质量,14g mol-1;m:土样质量,g;1000:换算成每kg含量。
6.1.3土壤有机氮的形态分析
土壤有机氮是土壤氮素的主体,对表层土壤来说,其量大约占土壤全氮的80%。表层以下的各层土壤有机氮的含量及其占全氮的比例都较低,并且随深度的增加而减少。对于植物的氮素营养来说,土壤有机氮的作用主要是通过其矿化转变成无机氮后而表现出来的。土壤有机氮的不同组分的生物分解性很不相同。长期以来,研究工作者都试图建立一种土壤有机氮的化学分级方法,以期将其与生物分解性相联系,但研究表明,土壤有机氮的化学提取性与生物分解性之间并没有明确的内在联系,总的来看,测定土壤有机氮的化学方法基本土是一些经验性方法。
酸水解-蒸馏法
方法原理测定土壤有机态氮大部分是利用热酸(或碱)促使土壤释放粘土矿物及有机胶体中的氮素成分。一般典型的分析法是将土壤与盐酸共热,获得的水解物,再进一步细分几个部分测定。本水解法是采用每一克土壤用3ml的盐酸溶液(hcl6mol l-1),回流水解12h,取得土壤水解液,再用各种方法测定各形态有机氮素:
1.水解性全氮 采用开氏法将水解液与硫酸及混合催化剂进行加热分解后,加入氢氧化钠,蒸馏。
2.氨态氮 水解液加氧化镁蒸馏,利用氧化镁微弱的碱性在短时间内加热蒸馏,碱性有机氮复合物不会脱胺。
3.氨基糖态氮水解液加磷酸盐-硼酸盐缓冲液(ph11.2),蒸馏,测得氨态氮及氨基糖态氮,这两种形态氮扣除氨态氮则为氨基糖态氮。
4.氨基酸态氮水解液先用氢氧化钠溶液(100ºc)处理,消除铵态氮和碱性不稳定有机氮复合物的干扰,在ph2.5下与茚三酮作用产生nh3,然后再加磷酸盐-硼酸盐缓冲液一起蒸馏,测定nh3量。
5. *及*氮水解盐液加磷酸盐-硼酸盐缓冲液,蒸馏除去nh3及氨基糖态氮后,用过酸盐液处理,氧化*及*含有的nh2及oh成为nh3,其反应为:
r1·ch(oh)·ch(nh2)r2 +naio4 → r1cho +r2cho+nh3 naio3。
过量的过酸盐加偏亚盐还原(naaso2 + naio4 →naaso3+naio3),再蒸馏。
6. 酸不溶性氮 从土壤全氮量减去水解性全氮量。
结果计算
土壤中某种有机氮的含量(mg kg-1)=(v-v0)*c*m*k/m*1000
式中:
c:硫酸标准溶液的浓度,moll-1;v:土样测定时消耗的硫酸标准溶液体积,ml;v0:空白测定消耗的硫酸标准溶液体积,ml;m:氮的摩尔质量,14g mol-1;m:土样质量,g;k:分取倍数;1000:换算成每kg含量。
注意事项
1.本水解法可根据需要做适当修正。其中对各种形态氮素测定,均针对中和过的水解液而设什。若用于水解作用的酸液,或土壤样品含氮量,与方法中所叙述者有差异,则可能造成某些形态氮素回收结果偏低。样品的体积要注意也将影响其准确度,本方法所推荐的*大样品量为10g土壤。
2. 加入正辛醇防止石灰性土壤有时产生不易处理的泡沫(土壤不易被酸液润湿),以进一步增加分析**度。
3. 在加入20 ml盐酸溶液前,石灰性土壤需小心先用hcl予以酸化。
4.当水解物在**内下立即分析时,在中和之前,宜将水解液配成某一定量,因为未中和水解液可储存较长时间,而不受微生物活动影响。在这种情形下,通常将水解液调整为50ml,再取20ml中和;亦可用另剩的20ml来进行重复测定。测定水解性全氮,水解液可不需经中和,分解时间约30~60min。对于氨基酸态氮较高的土壤,测定应有重复,同时所推荐使用的茚三酮0.10g则改为0.20g较为恰当。蒸馏中,随时注意水解混合物颜色,任何样品产生蓝色产物,则应予抛弃,并重新分析。
6.1.4土壤无机氮分析
6.1.4.1浸提液制备
浸提原理土壤中无机态氮可分为水溶态、交换态及固定态等。测定土壤中的铵态、硝态及亚硝态氮素,通常是测定水溶态及交换态两者总量。交换态为可被中性盐溶液交换提取的部分(中性盐液为氯化钾或氯化钠)。中性盐液与土壤混合、振荡,将土壤吸附的铵态氮交换浸出,其中也包括水溶态。此提取物经过滤,滤液再进行各种形态氮测定,如采用蒸馏法,在提取后短时间内进行分析,则过滤手续可省略,提取液的种类与提取方法有harper氯化钾(kcl100g l-1)法及bremner氯化钾(kcl 2moll-1)法等,其原理相同。
6.1.4.2交换态铵、硝态氮和亚硝态氮的测定(mgo·代氏合主菜调洁)
土壤中无机氮主要指no3--n和nh4+--n。除了中性和碱性(特别是施了nh4+--n)的土壤土能测出no3--n外,其它土壤几乎测不出。土壤中这些形态的无机氮含量不仅在田间条件下变化很大,而且在取样储存过程中也是如此。因此,不仅要考虑适当的取样时间和深度,而且还需在取样后尽快用新鲜土进行提取和测定。测定no3--n和nh4+--n的方法很多,包括离子选择性电极、手动比色法、微扩散法、蒸馏法和流动注射分析。
氧化镁-代氏合金(mgo一devarda)蒸馏法和比色法
分析原理mgo一devarda合金蒸馏法是测定提取液中的no3-、nh4+及no2-的常用方法。其基本原理是:①用mgo蒸馏法测定铵态氮;②用mgo和代氏合金蒸馏法测定no3-、nh4+及no2-的总量;③用氨基磺酸破坏提取液中的亚硝态氮后,再用mgo和代氏合金蒸馏法测定no3-和nh4+、的总量。
上述步骤中①与②的测定结果之差即为硝态氮和亚硝态氮的总量。②与③的测定结果之差则为亚硝态氮。也可以按①的步骤蒸出铵态氮后,再加代氏合金蒸馏,测定硝态氮和亚硝态氮总量,或在按①的步骤蒸出铵态氮后,先用氨基磺酸破坏亚硝态氮,再加代氏合金蒸馏,测定硝态氮。
结果计算
土壤中某无机氮的含量(mg kg-1)=(v-v0)*c*m*k/m*1000
式中:
v:样品滴定硫酸标准溶液的体积,ml;v0:空白滴定硫酸标准溶液的体积,ml;c:硫酸标准溶液的浓度,moll-1;m:氮的摩尔质量,14g mol-1;k:分取倍数;m:土壤质量,g。
注意事项
1.使用的mgo必须先经高温灼烧,以除去mgco3,而将其贮存于密闭瓶中,则可隔绝其与大气co2接触。含有碳酸的mgo,在nh4+蒸馏中,能导致co2游离,而干扰滴定。
2.还原no3-及no2-所使用代氏合金需用细粉,因为其愈细恬性愈大,而合金粉用量及还原作用所需时间都可显著地减少。
3. 分析法中使用mgo或代氏合金用量称取时不需特别**便可。
4.商用氨基磺酸仅含有微量nh4+,不必进一步予以纯化。虽然氨基磺酸液并不*稳定,可缓慢水解而生成硫酸氢铵,但在本分析条件下,氨基磺酸液用于破坏no2-,其释出nh4+并不会达可测定量。
5.用硫酸标准溶液滴定以测定nh4+,其终点敏锐与否,与使用的指示剂有关,必要时需调节指示剂的比例,以获满意的结果。
6.1.4.3铵态氨的测定
测定土壤nh4+-n,主要有直接蒸馏法和浸提法两类。直接蒸馏法是在mgo存在下直接蒸馏土壤,但此法在弱碱蒸幅时仍可能使一些简单的有机氮微弱水解成nh3蒸出,易使结果偏高。故目前一般多采用氯化钾溶液提取土壤nh4+。提取液中的nh4+才可用蒸馏测定,也可用比色法测定。比色法有多种,其中靛酚蓝比色法的灵敏度高,准确度也较高。此法也适用于大批样品自动化分析。
靛酚蓝比色法
方法原理土壤浸出液中nh4+在强碱性介质中与次氯酸盐和*作用,生成水溶性染料靛酚蓝,溶液的蓝色很稳定,在nh4+浓度为0.05~0.5mgl-1范围内,其深浅与含量呈正比。反应体系的ph应为10.5~11.7之间。*[硝基铁,或称亚硝酰基五氰基合铁(iii)酸钠,na2fe(cn)5no]是此反应的催化剂,能加速显色,增强蓝色和蓝色的稳定性。在20℃左右室温时一般须放置1h后比色,*显色约需2~3h,生成的蓝色很稳定,24 h内吸收值无显著变化。比色时在625nm处测量吸收值。待测液中如有干扰的金属离子,可用edta等螫合剂掩蔽。
土壤氨态氮的含量(nh4+-n mgkg-1)=v*c*k*10-3/m*1000
式中:
c:从工作曲线中查得显色液中氮的浓度,mgl-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数;10-3:将ml换算成l的系数:m:土样质量,g;1000:换算成每kg土含量。
注意事项
掩蔽剂应在显色后加入。如加入过早,会使显色反应很慢,蓝色偏低;加入过晚,则生成的氢氧化物沉淀可能老化而不易溶解。在20℃左右时放置1h即可加掩蔽剂。
6.1.4.4硝态氮和亚硝态氮的测定
测定硝态氮(no3-)的比色方法很多。酚二磺酸法过去曾被广泛应用,但此法分析时间长,又有有机质和cl-的干扰,无法在短期内进行大批量样品分析,现已少用。目前以镉还原法使用较广泛,利用镀铜镉柱将no3-还原为no2-,再以griess-ilosvayprocedure测定形成的no2-。此法简单而不受土壤提取物中一般成分的干扰,而且测定no2-的griess-ilosvay法极为灵敏,重复性好。
镀铜镉还原-重氮化偶合比色法
方法原理 土壤提取液中的硝酸根,以氯化铵溶液为基质,通过镀铜镉柱还原成亚硝酸根,它与重
氮化试剂和偶合试剂形成红色的偶氮色基,红色强度与硝态氮含量成正比。
结果计算
土壤硝态氮的含量(no3—n mgkg-1)=v*c*k/m
式中:
c:从工作曲线中查得显色液中氮的浓度,mg l-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数;m:土样质量,g。
注意事项
1. 对镀铜镉还原柱的正确维护是获得正确分析结果的关键。因此,还原柱在下使用时,镀铜镉填料上一定要有保护层。
2. 镀铜镉还原柱在测定数百个样品后,其还原硝态氮的能力将有所降低。应将柱中金属移出,重新制备镀铜镉试剂。
3.本方法测定结果是硝态氮和亚硝态氮的总量。如果只要测定硝态氮含量时,需从总量中;扣除亚硝态氮的含量。提取液中的亚硝态氮的含量直接按上节的步骤进行,只是不经还原柱处理,同时作亚硝态氮标准曲线。
6.1.4.5固定态铵的测定
kobr-koh方法
方法原理土壤样品用kobr-koh液处理以去除交换性nh4+及有机氮复合物,并经氯化钾(kcl0.5mol l-1)洗涤后,与hf-hc l液(hf 5 mol l-1,hcl 1moll-1)振荡24h以分解出含于矿物中的非交换性nh4+。而释出的nh4+,经蒸馏及标准酸液滴定。即为固定态铵。
结果计算
土壤固定态铵态氮的含量(mg kg-1)=(v-v0)*c*m/m*1000
式中:
v:样品滴定硫酸标准溶液的体积,ml;v0:空白测定滴定硫酸标准溶液体积,ml;c:硫酸标准溶液的浓度,moll-1;m:氮的摩尔质量,14 g mol-1;m:烘干样品质量,g。
注意事项
1.kobr易于分解成kbr及o2,但保持于低温及强碱性下,则其分解速度显著减低,故kobr须于使用前随时配制,并以冰冷却。
2.分析当中,倾弃澄清液时,为需避免内悬物耗损可采用减压抽气法吸去土层澄液;样品移转进入离心管及蒸馏瓶的过程中,建议使用橡皮搅拌棒以擦洗粘附的土壤粒子。
3.(hf)为挥发性试剂,对nh4+测定包括蒸馏法等均会干扰。本方法中样品是在盛有氢氧化钾(koh10 mol l-1)之蒸馏瓶里加入hf的,并不断地旋荡该瓶,然后静置数分钟。
6.2土壤磷的分析
6.2.1土壤全磷测定
磷是植物必需的三大营养元素之一,我国土壤中的全磷含磷(p)在0.02~011%范围内。世界土壤全磷含量的变幅在0.02~0.5%。它包括无机和有机态两大部分。
我国土壤全磷含量有由南至北逐渐增加的趋向。虽然土壤全磷含量并不能直接反应土壤的供磷能力,但如果土壤全磷很低(如<0.04%=则有可能供磷不足。
测定土壤全磷首先应将全部磷转化为可溶态。这种转化通常通过3个途经:一是用碱熔融,二是用强酸消煮,三是高温烧灼然后用酸浸提。但常用的是碳酸钠熔融和硫酸-高氯酸消煮。碳酸钠熔融法基本土可以将全部磷转化为可溶性,所以常常作为标准法应用。但是此法费时,不适于大量标本的测定,而且要用昂贵的白金钳锅,因此只在必要时采用。
我国通常采用硫酸-高氯酸消煮法。这种方法比较简便也有一定精度,少量高氯酸的存在对磷的测定不产生干扰作用,但需用专门的通风橱。对高度风化的土壤(红壤,砖红壤)或有包裹态磷灰石存在时,有提取不全,结果偏低的可能。对有机质含量高的土壤,还应注意有机质去除*。
转入溶液后,磷的测定,可有多种方法,常用的比色法,主要是钼蓝比色法,即在酸性环境中,正磷酸根和钼酸铵反应生成磷钼杂多酸络合物[h3p(mo3o10)4],在锑剂存在下,用抗坏血酸将其还原生成蓝色的络合物再进行比色。这种方法通称为“钼锑抗”法。其手续简便,显色稳定,干扰离子的允许含量较大等。
碳酸钠熔融法
方法原理将磨细的通100目筛的土壤与无水na2co3共同熔融,使不溶态磷转化为可溶态。然后用稀h2so4溶解融块,*后用钼锑抗法比色测定。本法具有高度重现性,一般情况下重复测定的变异系数不超过4%。
结果计算
土壤全磷含量(%) = c*v*k*10-6/m*100
式中:
c:从工作曲线土查得显色液中磷的浓度mgl-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数;10-6:将mg换算成g及将ml换算成l的系数;m:烘干土样质量,g;100:换量成百分含量。
6.2.2土壤有机磷的测定、
土壤有机磷是土壤全磷的重要组成部分。从世界范围来看,土壤有机磷含量与土壤全磷含量的15~80%,变幅很大。我国大部土壤有机磷占全磷20~50%。但在森林植被下可高达50~80%。土壤有机磷含量和土壤有机质含量呈良好正相关。粗略地说,每1%含量的土壤有机质相应地有机磷含量为0.01~0.03%。
土壤有机磷通常采用间接测定法,主要有浸提法和烧灼法。浸提法可用酸或碱浸提,但一般的方法手续比较繁复。浸提不易*而且在浸提过程中有机磷可能水解。烧灼法则用高温(550℃)或低温(250℃)烧灼。这个方法的主要缺点是在烧灼过程中可能改变矿物态磷的溶解度。在有机磷高时,高温可使部分磷挥发从而引入误差。故两种方法各有优缺点。
烧灼法
方法原理主要通过烧灼使有机磷矿化,然后用酸溶解。酸液中的磷来自有机磷和无机磷两种部分。未经烧灼的土壤用同浓度酸浸提所含磷只是来源于无机部分。故土壤有机磷等于灼烧后浸提磷量(有机加无机)减去未经灼烧土壤浸提磷量(无机)。
烧灼后土壤用硫酸(1moll-1)浸提。由于在土壤烧灼后用硫酸浸提过程中,在高度风化的土壤中fe-p、al-p盐溶解度有所增加从而使有机磷的结果偏高。故这类土壤中应慎用此法。一般来说,烧灼法不适于比较各种不同类型土壤中有机磷含量,而适于比较同类型土壤中有机磷的变化情况。为了避免磷的挥发损失,烧灼温度不能超过规定的550ºc。
结果计算
浸提出的有机磷和无机磷含量(mg kg-1) =c*v*k/m
式中:
c:从工作曲线土查得显色液中磷的浓度,mg l-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数;m:土样质量,g。
土壤有机磷等于烧灼后土壤浸出磷含量减去未灼烧土壤浸出磷含量。
硫酸与氢氧化钠浸提法
先用h2so4,再用naoh浸提出酸溶及碱溶有机和无机磷,减去其中无机态磷从而得到有机态磷含量。本法的特点是将总磷进一步区分为酸溶性和碱溶性磷,其后再分别减去浸提液中的无机态磷,从而得到酸溶性有机磷和碱溶性有机磷,二者的和即为土壤有机磷总量。本方法比较简单快捷,克服了一般浸提法手续繁复的缺点,而且在浸提过程中有机磷水解很少,这就提高了精度,更为重要的是它特别适于热带土壤克服了烧灼法不太适于酸性土壤的缺点。
结果计算
浸提出的全磷或无机磷含量(mg kg-1) =c*v*k/m
pao = pat – pai
pbo = pbt – pbi
po = pao - pbo
式中:
c:从工作曲线土查得显色液中磷的浓度,mg l-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数;m:土样质量,g。
pat:酸浸提的有机磷和无机磷总量,mg kg-1;pao:酸提的有机磷,mgkg-1;pai:酸浸提的无机磷,mg kg-1;pbt:碱浸提的有机磷和无机磷总量,mgkg-1;pbo:碱浸提的有机磷,mg kg-1;pbi:碱浸提的无机磷,mgkg-1;po:土壤有机磷,mg kg-1。
6.2.3土壤有效磷的测定
到目前为止,我们还无法真正测定土壤有效磷的数量。通常所谓的土壤有效磷只是指某一特定方法所测出的土壤中的磷量,只有测出的磷量和植物生长状况具有显著相关的情况下,这种测定才具有实际意义,因此,土壤有效磷并不是指土壤中某一特定形态的磷,它也不具有真正“数量”的概念,所以,应用不同的测定方法在同一土壤上可以得到不同的有效磷数量,因此土壤有效磷水平只是一个相对指标,在某种程度土具有统计学意义而不是指土壤中“真正”有效磷的“优良含量”。但是这一指标在实际上有重大意义。它可以相对地说明土壤的供磷水平。可以作为一个指标判断施用磷肥是否必要,亦可作为施肥(磷)推荐的一个方法。
测定土壤有效磷的方法,按其测定机理大致可分为4类:①酸溶作用,②阴离子交换作用。③阳离子络合或沉淀作用。④阳离子水解作用。这4种机理实际上要复杂得多,甚至一个方法可能包括几种作用机理,所以现有的测定有效磷的方法虽然有一些理论根据,但仍带很大的“经验性”。固此,选择方法的基本依据仍然是各种方法在实践中的表现,即测定结果和植物生长状况的相关性。
olsen法(nahco3法),在国内外都得到良好结果和广泛应用,它适用于中性、微酸性和石灰性土壤;bray l法(hcl +nh4f法),在酸性土壤土效果良好;树脂法,测定结果和植物生长相关甚高,应用甚广。此外,同位素法(a值法),mehlich法等也得到较广应用。*近新发展起来的离子交换膜法,特别适于有效磷的动态监测。
*法测定土壤有效性磷(olsen法)
nahco3溶液(ph8.5)提取土壤有效磷,在石灰性土壤中提取液中的hco3-可和土壤溶液中的ca2+形成caco3沉淀,从而降低了ca2+的活度而使某些活性较大的ca-p被浸提出来。在酸性土壤中因ph提高而使fe-p、al-p水解而部分被提取。在浸提液中由于ca、fe、al浓度较低,不会产生磷的再沉淀。
结果计算
土壤有效磷含量(p mg kg-1)= c*v*k/m
式中:
c:从工作曲线查得显色液中磷(p)的浓度mgl-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数,浸提液总体积/吸取浸出液体积;m:风干土质量,g
注意事项
1. 土样经风干和贮存后,测定的有效磷含量可能稍有改变,但一般无大影响。
2.有关资料曾用不同方式校正浸提温度对测定结果的影响,但这些方法都是在某些地区和某一条件下所得的结果,对于各地区不同土壤和条件下不能*适用,因此必须严格控制浸提时的温度条件。为了照顾各地的具体情况,这里规定的温度变幅力20~25℃,具体分析时,前后各批样品应在这个范围内选择一个固定的温度,以便对各批结果进行相互比较。
3.操作步骤规定,在吸取土壤浸出液于容量瓶中,用稀h2so4中和nahco3后再加钼锑抗试剂显色。其方便之处在于所用的钼锑抗试剂可通用于其他各项磷的测定。但在分析大批土样时,逐一中和浸出液和定容的操作较繁,可以改用下列精度相似的简化方法,适用于土壤有效磷为2.5~150mgkg-1范围内的土样,但需配制以下的钼锑抗试剂:12.0g钼酸铵溶于约250 ml水中。另将176ml浓h2so4,注入约800 ml水中,冷却后加入0.30g酒石酸氧锑钾,搅溶。再将两溶液相混和,加水至2l。临用当天,每100ml溶液中溶入0.53g抗坏血酸,充分混合,避光存放。
结果解释
根据国内大量的研究结果,土壤有效磷水平的临界值(即在此值以上作物对施磷无反应)视作物、气候、土壤而不同,特别是作物。下表可供南方参考,北方一般临界值略高于下表
olsen- p mg kg-1 p
作物对施磷肥的反应
<3
无磷肥,一切作物难以立苗
4~5
一切作物施磷均有显著增产
6~10
水稻一般不增产,其他作物增产
11~15
谷类作物可能不增产
16~20
通常只有豆科和十字花科作物有反应
>20
一般作物不需施磷
盐酸-氟化铵法测定土壤有效磷(bray 1法)
本法用盐酸-氟化铵法(nh4f 0.03 mol l-1- hcl0.025moll-1)试剂,通过两种作用释放土壤中的有效磷部分。一是通过nh4f中f-和fe-p、al-p中的fe、a1在酸性条件下形成络合物从而释放有效磷。二是通过稀酸来溶解部分磷。这种方法适用于酸性土壤而不适于石灰性土壤。因为提取剂中的酸在水土比不大时很容易被石灰中和,另外有可能形成caf2导致磷的再沉淀或再吸附使结果偏低。加硼酸主要为了和氟离子形成络合物,避免氟对磷的测定干扰。
结果计算
同*法测定土壤有效性磷(olsen法)
注意事项
对于风化程度较高的土壤也可用nh4f 0.03 mol l-1- hcl0.1mol l-1作为浸提剂,测定步骤同bray1法。
结果解释
bray 1-p mg kg-1 p
水平
<3
极低
3~7

7~20

>20

阴离子交换性树脂法测定土壤有效性磷
通过阴离子交换性树脂中的阴离子和土壤中吸附磷酸根相交换,从而使磷从土壤固相释放,这部分磷对作物是有效的。这种方法还可以作为测定土壤磷残效的方法,也可以作土壤磷的解吸或释放规律研究以及土壤磷的缓冲能力测定等。树脂法也可用树脂膜或将树脂装入尼龙袋中测定。
结果计算
树脂法土壤有效磷含量(p mg kg-1)= c*v*k/m
式中:
c:从工作曲线查得显色液中磷(p)的浓度mgl-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数;m:风干土质量,g。
6.3土壤钾分析
6.3.1土壤全钾分析
我国土壤的全钾含量变化很大,高的可达3%以土,低的可小于0.2%,但一般都在1~2%。土壤钾按形态可分为水溶态钾、交换性钾、矿物层间不能通过快速交换反应而释放的非交换性钾和矿物晶格中的钾。根据对作物的有效性,可将水溶性和交换性钾称为*钾,约占全钾的0.1~2%,非交换性钾称为缓效钾,约占全钾的2~8%,而矿物晶格中的钾称为无效态钾,约占全钾的90~98%。实际土,不同形态的钾是处于一种动态变化之中,矿物晶格中的无效钾也可以通过矿物的风化而转化成缓效钾和*钾。因此全钾含量的大小虽然不能反映钾对植物的有效性,却能够反映土壤潜在供钾能力。一般而言,全钾含量较高的土壤,其缓效钾和*钾的含量也相对较高。因此,尽管对某一个有限的区域而言,全钾含量不一定以反映出土壤现时的供钾能力,但就大范围的土壤而言,土壤全钾含量则能反映出土壤供钾能力的大小。因此,测定土壤全钾含量对了解土壤的供钾潜力以及合理分配和施用钾肥,特别是制定大范围的肥料决策,具有十分重要的意义。
要分析土壤全钾,就要对土壤样品进行*的分解,以保证所有的钾能够以检测态存在。土壤样品的分解,大体土可分为碱熔融和酸溶解两大类。熔融分解方法包括碳酸钠熔融和氢氧化钠熔融法。碳酸钠碱熔法制备的待测液可用于全磷和全钾的测定,在上比较通用,但一定要用铂金坩埚,这使国内某些实验室因条件限制而不能采用这一方法。现在国内一般用氢氧化钠熔融法,这种方法可用银坩埚代替铂金坩埚,适于一般实验室采用,且分解比较*,制得的待测液也可同时测定全磷和全钾。酸熔解方法是采用-高氯酸法,此方法比较方便,是上通用的分解土壤全钾样品的方法,这种方法适合于同时测定土壤全钾和全钠,但同样需要铂金坩埚。
测定待测液中钾的方法有重量法、容量法、比色法、比浊法、火焰光度法、aas法等。现在一般都采用火焰光度法,此法快速、简便,且测定结果也比较准确可靠。
氢氧化钠熔融法
方法原理土壤样品经强碱熔融后,难溶的硅酸盐分解成可溶性化合物,土壤矿物晶格中的钾转变成可溶性钾形态,同时土壤中的不溶性磷酸盐也转变成可溶性磷酸盐,在以稀硫酸溶解熔融物后,即为可供同时测定全磷和全钾的待测液。
用火焰光度法测定钾含量是将待测液在高温激发下,辐射出钾元素的特征光谱,通过钾滤光片,经光电池或光电倍增管,把光能转换为电能,放大后用微电流表(检流计)指示其强度;从钾标准溶液浓度和检流计读数作的标准工作曲线,即可查出待测液的钾浓度,然后计算样品的钾含量。
结果计算
钾的含量(k%)= c*v*k*10-6/m*100
式中:
c:仪器直接测定或从工作曲线土查得的测定液的k浓度,mgl-1;v:测定液定容体积;k:分取倍数,原待测液总体积和吸取的待测液体积之比;若以原液直接测定时,此值为1;m:样品质量,g;10-6:是将mg换算成g和将ml换算成l的系数。
-高氯酸消煮法
方法原理-高氯酸(hf-hclo4)消煮法是世界土*常用的测定全钾和全钠的方法。hf中的f通过和si反应分解硅酸盐矿物,形成的sif4在强酸存在条件下可加热挥发。高浓度的hclo4在高温条件下是很强的氧化剂,可以分解土壤样品中的有机质。同时,hclo4还可以有效地去除样品中多余的hf。
结果计算
钾的含量(k%)= c*v*k*10-6/m*100
式中:
c:仪器直接测定或从工作曲线土查得的测定液的k浓度,mgl-1;v:测定液定容体积;k:分取倍数,原待测液总体积和吸取的待测液体积之比;若以原液直接测定时,此值为1;m:样品质量,g;10-6:是将mg换算成g和将ml换算成l的系数。
6.3.2 土壤缓效钾的测定
土壤缓效钾是土壤*钾的贮备,当土壤中的*钾由于作物吸收而减少时,缓效钾就会释放以补充*钾的缺失,究竟土壤中哪种形态的钾属于缓效性钾一直比较含糊。一般认为,强烈地吸附于土壤粘土矿物层间的吸附位土,很难通过溶液里的阳离子在短时间内交换和移走的那部分非交换性钾为缓效钾。事实土,要单独测定土壤中这部分钾是很困难的,也需要比较长的时间。在实际操作中是用某种化学试剂所提取的土壤钾量来表示这种缓效钾的多少。缓效钾量的多少,可以反映土壤较长时间的供钾潜力,是土壤供钾能力的一个重要指标。
测定缓效钾的方法很多,包括1mol l-1硝酸煮沸法0.5 moll-1或0.7 mol l-1盐酸浸提法、1.4 moll-1热硫酸或6 moll-1冷硫酸浸提法等酸提的方法,还有四苯硼钠法、离子交换树脂法和电超滤法等化学平衡提取的方法。酸提的方法提取的钾实际土很难说清提取的是土壤中哪一部分的钾,只不过在实际应用中酸所提取的钾量能比较好的反映土壤缓效钾的高低而已。用酸提的方法省时、省力、操作简便,因此得到广泛的应用。盐酸浸提法因试剂耗量大和测定结果变异系数较大等原因,目前已很少采用。硫酸提取法因浓硫酸稀释不方便及用冷硫酸提取量较低等原因,应用也不普遍,现在世界土*通用的方法是硝酸(1moll-1)煮沸法。这种方法不仅浸提时间短,测定的变异系数不高,而且与作物连续种植时的钾吸收量有很好的相关性。四苯硼钠法、树脂法和电超滤法更能反应土壤缓效钾的真实状态,但这些方法不是繁杂、耗时费力,就是要有特定的仪器,因此在大范围的土壤缓效钾的经常性测定中很少应用,基本上都用于实验室的研究工作。
硝酸煮沸法
方法原理 土壤中的缓效钾主要指存在于层状硅酸盐矿物层间的一些钾离子。用硝酸(1moll-1)提取的钾不一定就恰恰是这一部分钾,它可能包括这种形态钾的一部分,另外还有一些小颗粒含钾矿物因酸溶解而释放出的钾,当然,这种酸提的钾中包含了样品中的水溶性钾和交换性钾,因此,将硝酸煮沸法提取的钾量减去*钾量才是缓效钾的量。
结果计算
1mol l-1硝酸提取的土壤钾含量(k mgkg-1)= c*v*k/m
式中:
c:仪器直接测定或从工作曲线土查得的测定液的k浓度,mgl-1;v:测定液定容体积;k:分取倍数,原待测液总体积和吸取的待测液体积之比;若以原液直接测定时,此值为1;m:样品质量,g。
土壤缓效钾的含量应为硝酸提取的钾和*钾值的差。
6.3.3土壤*钾的测定
植物一般直接从土壤中吸收水溶性钾,但交换性钾可以很快和水溶性钾达到平衡,因此土壤*钾包括水溶性钾和交换性钾。土壤中的交换性钾是指由于静电引力而吸附在土壤胶体表面并能被加到土壤中的盐溶液的阳离子在短时间内代换的那部分钾。在测定土壤交换性钾的过程中,如果不把水溶性钾减去,所得的结果就是*钾了。*钾是*能直接反映土壤供钾能力的指标,尤其对当季作物而言,*钾和作物吸钾量之间往往有比较好的相关性。
由于交换性钾的意义十分明确,因此,凡是能通过交换作用代换这部分钾的试剂,都可用来作为提取剂。如nano3、naoac、cacl2、bacl2、nh4no3和nh4oac等,但用不同浸提剂所得结果不一致。*常用的提取剂是中性的乙酸铵(1moll-1nh4oac)。用nh4+作为k+的代换离子有其它离于不能取代的优越性,因为nh4+与k+的半径相近,水化能也相似,这样nh4+才能有效取代土壤矿物表面的交换性钾,同时nh4+进入矿物层间,能有效地引起层间收缩,不会使矿物层间的非交换性钾释放出来。因此nh4+将土壤颗粒表面的交换性钾和矿物层间的非交换性钾区分开来,不会因提取时间和淋洗次数的增加而显著增加钾提取量,所以用nh4+作提取剂测得的交换性钾结果比较稳定,重现性好,而且nh4oac提取剂对火焰光度计测钾没有干扰。在一些没有火焰光度计的实验室,*钾可以用硝酸钠溶液(1moll-1nano3)提取四苯硼钠比浊法测定,用nano3提取是因为nh4+在化学方法测定中对k +的测定有干扰。但结果和乙酸铵提取法不一样。
乙酸铵提取-火焰光度计测定法
方法原理当中性乙酸铵溶液与土壤样品混合后,溶液中的nh4+与土壤颗粒表面的k+进行交换,取代下来的k+和水溶性k+一起进入溶液。提取液中的钾可直接用火焰光度计测定。
结果计算
土壤*钾的含量(k mg kg-1)= c*v*k/m
式中:
c:仪器直接测定或从工作曲线土查得的测定液的k浓度,mgl-1;v:测定液定容体积,ml;k:分取倍数,原待测液总体积和吸取的待测液体积之比;若以原液直接测定时,此值为1;m:样品质量,g。
6.4土壤微量元素分析
在土壤学中微量元素有双重含义;一是泛指所有含量很低的化学元素(含量范围一般为n x 10-4~nx10-2%%);二是专指具有生物学意义的微量元素即动物和植物的正常生长所*的,对农业和人类健康有重要意义的微量元素。铁(在植物中含量低而属于微量元素)、锰、铜、锌、钼、硼即为这些重要的微量元素。此外,由于环境污染物向农田排放或流入和施肥(无机肥、有机肥尤其是农用垃圾)、使用农药等措施,使得土壤中其它微量元素(污染元素,多为重金属元素)如镉、铅、砷等。土壤微量元素的存在形态大致可分为:水溶态、交换态、配合态、次生矿物中及原生矿物中五组。
测定土壤微量元素含量,对研究成土母质、成土过程以及土壤分类;了解有效态微量元素的储量及评价农业环境质量均有重要意义。目前,农业生产达到较高水平,随着大量地施入氮、磷肥,养分出现了平衡状态,植物营养元素失调,有的地区作物出现了大片微量元素缺素症状,或重金属污染,严重影响作物的品质及产量。因而测定有效态微量元素更为重要,可以根据土壤中微量元素的供给情况,采取不同的农业措施,以达到作物稳产高产的目的。
测定土壤微量元素的方法,近年来发展较快,以前常用的比色法(比色计或分光光度计测定),由于灵敏度低,操作过程较繁,试剂用量大等缺点,在欧美等国家已经不再采用了,aas已被普遍应用。icp也已发展成为或正在成为适用很广的常规分析方法,它能同时测定多个元素,具有快速、准确、简便的特点。
6.4.1微量元素分析待测液的制备
6.4.1.1全量分析待测液的制备
制备土壤微量元素的全量分析待测液的方法有碱熔法和酸溶法。碱熔法所用熔剂的种类很多,碳酸钠是常用的熔剂。*、碳酸氢钾,或者二者的等分子量混合物也是常用的熔剂,其熔点较碳酸钠和碳酸钾低,一般用于测定硼、氟、氯等易挥发性元素。为了保证熔融*,熔剂的用量至少是试样重量的4倍以土。对于富含铁铝的土壤,用量至少是试样重量的6倍,有时可高达10倍。由于熔剂往往带来杂质,必要时还须进行纯化。此外,由于熔剂浓度高,往往给仪器分析带来杂质的干扰。酸溶法是在硝酸、硫酸、高氯酸、中选用两种或三种酸消煮土样,但混合酸中必须包括,才能将硅酸盐的晶格破坏,使元素溶解出来,而高氯酸可使样品分解*。对于含有机质多以及石灰性土壤,需加硝酸消煮。近年来,为简化硼的测定手续,也用酸溶法,但消煮液必须加入磷酸以固定硼,制备的待测液可直接在icp光谱仪土测定。
碳酸钠熔融法(见6.2.1土壤全磷测定)
硝酸--高氯酸消煮法(见下文)
磷酸-硝酸--高氯酸消煮法(见下文)
6.4.1.2有效态微量元素待测液的制备
土壤中的微量元素以多种不同的化学形态存在,其化学稳定性不同时植物的有效性(或可吸收性)差异很大。需通过选用不同的试剂(浸提剂),分别将各种形态的微量元素提取出来。故土壤有效态微量元素的浸提剂应满足以下要求:(1)能够从各种土壤中提取一种或多种有效态微量元素的全部或成比例的浸出;(2)所提取的微量元素的量与多种农作物在不同条下的生长和反应有良好的相关性;(3)便于准确而且快速地测定所提取的微量元素。
6.4.1.2.1有效态微量元素的浸提剂种类
1.水水溶态的微量元素存在于土壤溶液中及能溶于水的化合物,是植物能直接利用的。但由于含量低,测定时会遇到困难,同时测定结果受土壤ph值的影响,结果多变,所以一般不测。目前仅有有效态硼用沸水作浸提剂。
2. 盐溶液 主要是以一价或二价的离子提取交换态微量元素。其中铵离于应用得*普遍,例如以中性乙酸铵溶液(1moll-1ch3coonh4)提取交换态锰。其他中性溶液例如氯化钾溶液(1moll-1 kcl)常用于交换态锌的提取。
3. 稀酸或碱溶液 可提取出较多的有效态微量元素,稀酸用于酸性土壤,碳酸盐或酸性碳酸盐用于碱性土壤。
4. 配合剂或螫合剂溶液 提取配合(螫合)态或吸附态的微量元素,这部分微量元素是植物吸收的主体。
5. 提取多种微量元素的提取剂常用的有酸性乙酸铵-edta溶液和dtpa溶液。目前,加有氯化钙和三乙醇胺溶液的dtpa溶液(以下简称dtpa溶液)应用较广泛。其中氯化钙能防止石灰性土壤中游离碳酸钙溶解,以免受碳酸钙所包蔽的铁、锌等元素释放出来;三乙醇胺(pka=7.8)作为缓冲剂,能使溶液ph值保持7.3左右,对碳酸钙的溶解也有抑制作用。此提取剂适用于提取石灰性土壤和中性土壤中有效态铁、锰、铜和锌等。
6.4.2待测液中微量元素的测定
6.4.2.1铁的测定
土壤中铁含量变化很大,一般约为1~4%,有的土壤高达5~30%,因而不属于微量元素。但就植物铁含量而言,一般为50~250mgkg-1,远低于土壤铁的含量,并且常出现缺铁症状,所以被列为植物必需的微量元素。土壤中有效态铁含量不一,在石灰性土壤上往往不能满足植物需要,致使作物生长不佳,叶片黄化,严重时大片死亡,在酸性土壤上,作物一般不缺铁,但由于耕作不当及过量施用石灰或者锰肥,造成mn/fe比例失调,也会出现缺铁症状。
土壤铁可区分为矿物态、有机态、溶液态和交换态铁。土壤溶液态和交换态铁的含量一般在(50~1000 mgkg-1之间。
由于土壤中有效态铁的概念并不十分明确,因而关于有效态铁的提取剂和测定结果的评价以及缺铁的临界值都难以确定。目前,对于酸性土壤还没有满意的方法。近来,用螫合剂溶液提取石灰性土壤中有效态铁的方法很多。其中以用dtpa+cacl2+tea(ph7.3)混合液提取尤为普遍。用该法测定的铁含量作为土壤有效态铁含量(fe)的分级指标如下:<2.5 mgkg-1缺铁;2.5~4.5 mg kg-1边缘值;>4.5mgkg-1不缺铁。
全量铁可用碱熔法脱硅后的系统分析待测液比色法测定,酸溶法消煮后的待测液,直接用aas法更为简便快速,不需脱硅步骤。若在同一溶液中同时测定fe、cu、zn、mn等离子,则icp法是*理想的方法。
6.4.2.1.1全量铁的测定
硝酸--高氯酸消煮,原于吸收分光光度法
方法原理用hf-hno3-hc1o4消煮土壤制备的待测液,直接用乙炔,空气火焰的aas测定溶液中的fe。但待测液中的a1、p和高含量ti,对测铁有干扰,可加入1000mg l-1锶(以氯化锶形式加入)消除干扰。对fe的*灵敏线的波长是248.3nm,测定下限可达0.01 mgl-1fe,*佳测定范围为2~20 mg l-1fe。
结果计算
土壤铁的含量(fe mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的fe浓度,mgl-1;v:样品溶液的总体积,ml;m:样品质量,g。
6.4.2.1.2有效铁的测定
dtpa溶液浸提-原子吸收分光光度法
方法原理用ph7.3的dtpa-cac12-tea溶液作为土壤浸提液;用乙炔一空气火焰的aas法直接测铁。此法没有任何干扰,而且可以连续测定zn、cu、mn。对fe的*灵敏线波长是248.3nm,测定下限可达0.01mg l-1fe,*佳测定范围为2~20 mg l-1fe。
结果计算
土壤有效铁的含量(fe mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的fe浓度,mgl-1;v:浸出液体积,ml;m:样品质量,g。
注意事项
用aas法测定铁时,使用波长为248.3nm的共振线作为分析线。由于它与248.8nm和249.1nm两条强谱线相距极近,所以应极小心地调节所需波长。
6.4.2.2锰的测定
我国土壤锰含量为10~9478 mg kg-1,平均含量710 mgkg-1。各类型土壤锰含量变幅很大,同一类型土壤因成土母质不同,全锰量也有很大差异,总的趋势是南方各地酸性土壤的锰含量比北方的石灰性土壤高,石灰性土壤为缺锰土壤。酸性土壤很少缺锰。
土壤中的锰主要以2、3、4价的状态存在,在土壤溶液和土壤交换性复合体中,主要为锰离子。而大多数锰以3、4价态成为氧化物存在于土壤中。部分锰为有机结合态的,不同形态的锰在土壤中,保持动态平衡。土壤有效态锰分为水溶态锰、交换态锰和易还原态锰,三者的总和称为活性锰。水溶态锰含量很低,一般包括在交换态锰中,不另行测定。交换态锰指盐溶液所提取的锰,主要是二价锰离子。土壤中交换态锰含量由痕迹至100mgkg-1以上。易还原态锰指较低原子价(主要是三价)的氧化锰,是对植物有效的部分。高价锰的氧化物是对植物无效的。测定土壤全锰含量的方法比较成熟,一般用氟氢阶硝酸-过氯酸熔融土样,然后用aas法测定。而测定土壤不同形态的锰,则应分别以水(水溶态锰)、中性乙酸铵(交换态锰)、中性乙酸铵加对苯二酚(易还原态锰)及dtpa溶液提取。通常以交换态锰(包括水溶态锰)与易还原态锰之和作为土壤有效锰的含量,而在石灰性土壤土,以dtpa作为有效锰的浸提剂。用对苯二酚的中性乙酸铵溶液提取有效锰的含量分级和评价:
分级(含量,mn mg kg-1)
评价
<50
很低
50~100

101~200
中等
201~300

>300
很高
就石灰性土壤而言,缺锰的临界含量为100 mg kg-1。
6.4.2.2.1全量锰的测定
硝酸--高氯酸消煮,原于吸收分光光度法
方法原理用乙炔在气火焰的aas直接测定待测液(见硝酸--高氯酸消煮,原于吸收分光光度法测定全量铁)中的锰,也可在仪器土连续测定zn、cu、fe。对mn的*灵敏线的波长是279.5nm。
结果计算
土壤锰的含量(mn mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的mn浓度,mgl-1;v:样品溶液的总体积,ml;m:样品质量,g。
6.4.2.2.2有效锰的测定
6.4.2.2.2.1交换性锰的测定
乙酸铵浸提-原子吸收光度法
方法原理 土壤试样用中性乙酸铵浸提,所得待测液用aas法测定锰含量,即为交换性锰。测定选用波长为279.5nm。
结果计算
土壤有效锰的含量(mn mg kg-1)=c*v/(m*k)
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的mn浓度,mgl-1;v:浸出液体积,ml;m:样品质量,g;k:水分系数。
6.4.2.2.2.2易还原性锰的测定
乙酸铵-对苯二酚浸提,原子吸收光度法
方法原理将测定过交换性锰的残余土样,再用乙酸铵-对苯二酚溶液浸提,浸提液直接在aas法测定锰含量,计算出锰含量,即为土壤的易还原性锰量。
结果计算
见交换性锰测定
如果是另用新鲜土壤直接浸提的,在计算结果时,必须从中减去交换性锰的含量方为易还原锰的含量。交换性锰与易还原锰之和为有效锰。
6.4.2.3铜的测定
铜是植物必需的营养元素。我国土壤铜含量为3~500 mg kg-1,平均含量为22 mgkg-1。少数土壤像砖红壤和赤红壤的铜有时超过100 mgkg-1。土壤中铜常分成水溶态铜、交换态铜、酸溶态铜及难溶态铜。土壤有效态铜包括水溶态铜和交换态铜,但前者含量甚微。交换态铜是土壤胶体所吸附的铜离子和含铜配合离子。交换性铜主要被土壤的有机部分所吸附,不易被其他离子重新交换出来,所以必须用强酸或螯合剂提取才能释放出来。酸性土壤常用盐酸溶液(0.1mg l-1hcl)提取,而石灰性土壤常用edta或dtpa溶液提取。有的学者认为酸性水稻土用edta浸提更为适宜。
测定铜的方法很多,有比色法、极谱法、aas法及icp法等,它们都很灵敏,再现性良好。尤以aas法及icp法*为理想。
关于有效态铜测定结果评价,以dtpa作为浸提剂时植物需要铜的临界含量一般认为在0.2~0.5 mgkg-1范围内,而以hcl作为浸提剂时,则以1~3 mg kg-1范围内。
6.4.2.3.1全铜的测定
硝酸--高氯酸消煮,原于吸收分光光度法
方法原理土壤试样用hf-hno3-hc1o4消煮,制备成待测液,然后直接用aas法测定。cu的共振线很多,都可以用作分析线。可以按照cu的浓度范围选择适当的铜线。溶液中cu浓度较高时,可选择灵敏度较低的共振线而不必稀释。常用的cu线和灵敏度如下:
铜的共振线
灵敏度(cu mg l-1 1%吸收)
324.7
0.1
327.4
0.3
222.6
2
249.2
10
444.2
55
结果计算
土壤铜的含量(cu mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的cu浓度,mgl-1;v:样品溶液的总体积,ml;m:样品质量,g。
6.4.2.3.2土壤有效态铜的测定
盐酸溶液(0.1 mg l-1hcl)提取或dtpa溶液提取,aas法测定
方法原理 浸提土壤中有效铜,酸性和中性土壤常用盐酸溶液0.1 mg l-1hcl,而石灰性土壤则用dtpa溶液,浸出液直接用aas法测定。
结果计算
土壤有效铜的含量(cu mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的cu浓度,mgl-1;v:浸出液体积,ml;m:样品质量,g。
6.4.2.4锌的测定
锌是植物必需的微量营养元素。我国土壤含锌量为3~709 mg kg-1,平均100 mgkg-1。土壤中锌来自成土矿物,存在于硅铝酸盐的晶格中。矿物风化后,锌以zn2+、zn(oh)-、zncl中及zn(no3)+等形态进入土壤溶液,也可能形成氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和硫化物沉淀,并可能参与土壤中的离子交换反应而被吸附固定。
土壤中的锌分为水溶态、交换态、有机结合态、次生矿物和原生矿物中的锌等形态。水溶态锌和交换态锌是对植物有效的,但水溶态锌的含量彼少,对植物有效锌主要是交换态锌。有机结合态的锌需经有机质分解后才能释放而被植物吸收。次生矿物和原生矿物中的锌对植物是无效的。交换态锌包括锌离子和含锌的配合离子,含量为1~10mgkg-1,因提取剂的种类而异。常用的浸提剂有稀酸、缓冲溶液或中性盐溶液、螯合剂等。目前,测定酸性土壤有效锌常用的浸提剂是盐酸溶液(0.1mg l-1 hcl),石灰性土壤和中性土壤常用dtpa浸提剂。酸性土壤用盐酸溶液(0.1 mgl-1)浸提时,缺锌临界值为1~1.5 mgkg-1zn。石灰性及中性土壤用dtpa浸提时,缺锌临界值一般为0.5 mg kg-1zn。
测定锌可用比色法[比色试剂有双硫腙(dz),双奈腙(dn),锌试剂(zincon),二乙基硫氨基甲酸(ddtc)等,而以dz和dn为*常用]、极谱法、aas法及icp法。
6.4.2.4.1全锌的测定
硝酸--高氯酸消煮,原于吸收分光光度法
方法原理土壤试样用硝酸--高氯酸消煮,制备成待测液,直接用aas法测定。在乙炔,空气火焰中,用aas法测定zn的灵敏度很高。用213.8nm的共振线,检测下限是0.001 mg l-1的zn,灵敏度是0.02 mg l-1zn1%;无干扰现象。
结果计算
土壤锌的含量(zn mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的zn浓度,mgl-1;v:样品溶液的总体积,ml;m:样品质量,g。
6.4.2.4.2土壤有效锌的测定
盐酸溶液(0.1 mg l-1hcl)提取或dtpa溶液提取,aas法测定
方法原理 浸提土壤中有效锌,酸性和中性土壤常用盐酸溶液0.1 mg l-1hcl,而石灰性土壤则用dtpa溶液,浸出液直接用aas法用213.8 nm的共振线测定。
测定。
结果计算
土壤有效锌的含量(zn mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的zn浓度,mgl-1;v:浸出液体积,ml;m:样品质量,g。
6.4.2.5钼的测定
土壤中的钼可分为四部分:水溶性(含量极少,不易测出);交换性(被土壤粘粒矿物或铁锰的氧化物吸附的moo42-离子,对植物有效);难溶性(对植物无效)和有机结合态(与土壤有机质结合的钼。随着有机质的矿化,可以被释放出来,为植物所吸收利用。)钼的原子价有数种,其中只有mo6+是对植物有效的,其余价态都是无效的。有效态钼(指酸性草酸盐溶液ph3.3所提取的钼)的含量占全钼含量的2~20%,因土壤类型而异。土壤有效态钼含量的分级如下:
分级
含量mg kg-1
对缺钼敏感的农作物的生长情况
很低
<0.10
缺钼,可能有缺钼症状

0.10~0.15
缺钼,但无缺钼症状(潜在性缺乏)
中等
0.16~0.20
不缺钼,农作物生长正常

0.21~0.30
豆科植物缺钼临界值为0.15
很高
>0.3
供测试土壤全钼的土样,可用碱熔法熔融,但为了比色时,不受铂的干扰,所以熔融土样时,不要使用铂坩埚,而改用铁或镍坩埚。浸提有效态钼常用的试剂是草酸-草酸铵溶液(ph3.,又称tamm溶液),它提取的钼包括交换态钼和一部分与铁、锰氧化物结合的钼。此法临界值为0.15~0.20mgkg-1。tamm溶液有足够的缓冲容量,适用于各种酸度的土壤,而其他提取剂浸出的钼则易随土壤ph增高而增多。
测定钼常用的方法有分光光度法,以kcns和二硫酚法应用较广、极谱法(极谱催化波法)、aas法(以用一氧化二氮一乙炔焰或石墨炉比较合适)及icp法。
6.4.2.5.1全钼的测定
硝酸--高氯酸消煮,icp法
方法原理土壤试样用硝酸--高氯酸消煮,制备成待测液,直接用icp法测定。也可同时测定fe、a1、mn、ti、ca、mg、cu等
结果计算
土壤钼的含量(mo mg kg-1)= c*v/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的mo浓度,mgl-1;v:样品溶液的总体积,ml;m:样品质量,g。
6.4.2.5.2有效钼的测定
草酸-草酸铵溶液浸提,硫氰酸钾比色法
方法原理土壤中能被植物吸收的钼,是能被草酸-草酸铵溶液浸提的钼,此浸提剂的缓冲容量较大,基本土适用于各种ph值的土壤。在酸性溶液中,硫氰酸钾(kcns)与五价钼在有还原剂存在的条件下形成橙红色配合物mo(cns)5或[moo(cns)5]2-,用异戊醇革取后比色测定。其*大吸收峰在波长470nm处;溶液的酸度和硫氰酸钾的浓度都影响颜色的强度和稳定性。故盐酸浓度应小于或等于4moll-1,硫氰酸钾浓度至少应保持在6g l-1。
结果计算
土壤有效钼的含量(mo mg kg-1)= c*v*k/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的mo浓度,mgl-1;v:显色液体积,ml;k:分取倍数m:样品质量,g。
6.4.2.6硼的测定
硼通常分为水溶性硼、酸溶性硼和难溶性硼,难溶态硼(存在于电气石等难溶性硅酸盐矿物晶格中的硼)与植物营养关系不大,酸溶态硼(溶解度较小的硼酸盐和部分有机物中的硼〕植物根系有时能吸收,水溶态硼(土壤溶液及可溶性硼酸盐中的硼)对植物是有效的,此三者之和即为土壤全硼。不同土壤中各种形态硼的比例是不同的,如盐土中,水溶态硼占全硼的15~90%,而红壤中竟<1%;沙质土中酸溶态硼含量很低,粘质土中则较多。
制备土壤全硼待测液一般都用碱熔法,在碱性的乙醇溶液中沉淀铁、铝和碱土金属的氢氧化物,达到分离的目的,方法简便,但硼容易损失,为了简化操作步骤,近年来也有采用酸溶法的,即用硝酸、、高氯酸、磷酸消煮消煮土壤,而h3po4能固定硼,防止了硼的损失。提取获得满意的结果。提取土壤有效态硼的方法很多,常用的提取剂有水、热水、沸水和酸。目前以沸水提取的水溶态硼,作为植物有效态硼的指标被广泛承认。
硼常用比色法测定,常用的显色剂有姜黄素、甲亚胺、醌茜素和胭脂红。近年来采用icp-aes法测定硼。
6.4.2.6.1全硼的测定
碳酸钠熔融,甲亚胺-h比色法
土壤试样用碳酸钠熔融后,制备成溶液,加乙醇呈微碱性,沉淀分离,过滤。溶液中的硼用甲亚胺比色法测定,方法原理见下文(有效硼的测定)。
结果计算
土壤硼的含量(b mg kg-1)= c*v*k/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的b浓度,mgl-1;v:溶解残渣的盐酸溶液的体积,ml;k:分取倍数m:样品质量,g。
注意事项
如有铁、铝、钼离子干扰,可用edta隐蔽。
h3po4-hno3-hf-hclo4消煮,icp-aes法
方法原理用h3po4-hno3-hf-hclo4消煮土壤,其中磷酸可与硼离子形成配合离子,同时磷酸沸点高,加热蒸发过程不易蒸干,可避免硼的挥发损失。待测液可直接用icp-aes法测定。也可同时测定fe、a1、mn、ti、ca、mg、cu等。
6.4.2.6.2有效硼的测定
沸水浸提一甲亚胺比色法
方法原理土样经沸水浸提5min,浸出液中的硼用甲亚胺比色法测定。甲亚胺比色法测硼是在弱酸性水溶液中生成黄色配合物(测定浓度范围在0~10 mgl-1内符合朗伯-比尔定津),一般在显色1h后比色,显色稳定时间长达3h。此法不受硝酸盐干扰;铁、铝等金属离于的干扰可加edta和氮基三乙酸配合掩蔽。甲亚胺试剂可用h酸和水杨醛合成,亦可直接加入溶液进行测定。方法简便,结果稳定,检出限为0.02mg l-1,并能适用于自动化分析。
结果计算
土壤有效硼的含量(b mg kg-1)= c*v*k/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的b浓度,mgl-1;v:吸取浸出液体积,ml;k:分取倍数m:样品质量,g。
沸水浸提一姜黄素比色法
方法原理土样经沸水浸提5min,浸出液中的硼用姜黄素比色法测定。姜黄索是从生姜中提取的黄色色素,不溶于水,但能溶于甲醇、乙醇、丙酮和冰乙酸,呈黄色。在酸性介质中与硼结合成玫瑰红色的配合物,即玫瑰花青苷。在550nm波长处比色测定。玫瑰花青苷溶液在0.0014~0.06mg l-1浓度范围内符合比耳定律。溶于酒精后,在室温下可稳定1~2h。
结果计算
土壤有效硼的含量(b mg kg-1)= c*v*k/m
式中:
c:从工作曲线上查得的测定液的b浓度,mgl-1;v:吸取浸出液体积,ml;k:分取倍数m:样品质量,g。
注意事项
1. 煮沸时间一定要准确,否则易产生误差,也不易重复。
2.硬质玻璃中常含有硼。所使用的玻璃器皿不应与试样溶液作长时间接触。加热浸提土壤水溶性硼时,*好使用石英玻璃制的锥形瓶和回流管。用其他不含硼玻璃制品时,应*行空白试验,视空白值的大小,决定其是否能用。用扣除空白的方法来消除玻璃器皿的污染有时是难以奏效的。加热温度下高时,瓷器皿可用于硼的测定。*好使用聚四乙烯制品。
3. 配制试剂及浸提用的水均需用石英蒸馏器重蒸馏或用去离于水。
4. 若硝酸根浓度超过20 mgkg-1,对硼的比色有干扰,必须加氢氧化钙使呈碱性反应,在水浴上蒸发至干,再慢慢灼烧以破坏硝酸盐。再用一定量的盐酸溶液(0.1mol l-1hcl)溶解残渣,吸取1.00m1l溶液比色测定硼。
5.若土壤中的水溶性硼含量过低,比色发生困难,可以准确吸取较多的溶液,移入蒸发皿中,加少许饱和氢氧化钙溶液使之呈碱性反应,在水浴土蒸发至于。加入适当体积(例如5.00ml)的盐酸溶液(0.1moll-1hcl)溶解,吸取1.00ml进行比色。由于待测液的酸度对显色有很大影响,所以标准溶液也应按同样步骤处理。

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