一種測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及土壤學(xué)與生態(tài)學(xué)，具體地說(shuō)是一種測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)的方法。將風(fēng)干土壤磨細(xì)過(guò)篩后放入三角瓶中，三角瓶中依次加入重鉻酸鉀溶液和硫酸，三角瓶放入已預(yù)熱到100℃-125℃的烘箱內(nèi)30-90分鐘取出冷卻至室溫，進(jìn)行滴定，計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量。本發(fā)明用烘箱加熱取代傳統(tǒng)的油浴加熱、用三角瓶代替消煮管。確定了加熱溫度115℃、加熱時(shí)間30分鐘時(shí)，與目前精確的“元素分析儀”測(cè)定的有機(jī)質(zhì)結(jié)果相比，標(biāo)準(zhǔn)偏差和偏差率分別僅為2.18和<6%，且兩種方法測(cè)定的有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性高達(dá)0.998；與傳統(tǒng)的油浴加熱法相比，提高精度約12%。本發(fā)明使土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定過(guò)程中加熱均勻、溫度波動(dòng)范圍小、試驗(yàn)結(jié)果精確度高。
【專利說(shuō)明】一種測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及土壤學(xué)與生態(tài)學(xué)，具體地說(shuō)是一種用于土壤中有機(jī)質(zhì)的測(cè)定方法，適 用大批量土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定。

【背景技術(shù)】
[0002] 土壤有機(jī)質(zhì)含量水平是衡量土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，因而，快速、準(zhǔn) 確地測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)是獲得土壤肥力變化的關(guān)鍵，在土壤肥力評(píng)價(jià)中具有重要的意義。
[0003] 在測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)方法中，儀器分析方法主要有碳氮元素分析儀法和近紅外光譜 分析法。碳氮元素分析儀法是利用樣品爐中高達(dá)1100° C的高溫使樣品分解釋放0)2，然 后利用檢測(cè)器收集〇)2信號(hào)并轉(zhuǎn)化為一個(gè)總有機(jī)碳值，再乘以有機(jī)質(zhì)換算系數(shù)（1.724)得 到土壤有機(jī)質(zhì)含量，此方法能使土壤有機(jī)質(zhì)全部分解，不受土壤中還原物質(zhì)的影響，獲得的 結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，可作為標(biāo)準(zhǔn)方法校對(duì)時(shí)用；而近紅外光譜分析法是采用溴化鉀壓片法，根 據(jù)近紅外光譜區(qū)域有與土壤有機(jī)質(zhì)宮能團(tuán)（如C=0、C00-和C-H)來(lái)半定量測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì) 含量的方法，這兩種儀器測(cè)定有機(jī)質(zhì)的方法均是快速、高效、測(cè)試重現(xiàn)性好的分析技術(shù)，然 而由于分析儀器價(jià)格昂貴、操作技術(shù)要求高、分析費(fèi)用較高、不適合野外樣地的就近分析而 不被一些分析者所使用。
[0004] 在手工測(cè)定方法中利用油浴加熱，在酸性介質(zhì)中用過(guò)量的重鉻酸鉀溶液氧化土壤 有機(jī)質(zhì)，然后用硫酸亞鐵滴定剩余重鉻酸鉀的高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法是各實(shí)驗(yàn)室 測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量經(jīng)常采用的方法，也是一種公認(rèn)的經(jīng)典方法，這一方法主要采用油浴 鍋（內(nèi)裝甘油或植物油）加熱消煮管的方式，控制鍋內(nèi)油浴溫度在170-180° C，溶液沸騰 5分鐘，使土壤有機(jī)質(zhì)中的碳氧化成C02，而重鉻酸鉀溶液中的六價(jià)鉻離子（Cr6+)被還原成 三價(jià)鉻離子（Cr 3+)，剩余的重鉻酸鉀用標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵溶液回滴，通過(guò)剩余的重鉻酸鉀溶液的 量算出被土壤有機(jī)質(zhì)消耗的重鉻酸鉀來(lái)計(jì)算土壤有機(jī)質(zhì)含量，具體的化學(xué)反應(yīng)如下：
[0005] 2K2Cr07+3C+8H2S0 4 - 2K2S04+2Cr2 (S04) 3+3C02 丨 +8H20
[0006] 剩余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵還原，化學(xué)反應(yīng)如下：
[0007] K2Cf07+6FeS04+7H2S0 4 ^ K2S04+Cr2 (S04) 3+3Fe2 (S04) 2+7H20
[0008] 此方法對(duì)土壤中的碳酸鹽無(wú)干擾作用，各種形態(tài)的碳也無(wú)影響，適用于大量樣品 的分析。然而這一方法存在著如下不足：（1)測(cè)定速度慢，平行誤差較大；（2)實(shí)驗(yàn)所需溫 度較高，加熱溫度波動(dòng)性較大、不易調(diào)控、影響樣品氧化速率；（3)消煮管外壁附著油污難 以清洗、且在清洗過(guò)程中將油垢帶入管內(nèi)影響測(cè)定結(jié)果。因此，設(shè)計(jì)出快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單易行 的土壤有機(jī)質(zhì)分析方法是十分必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決傳統(tǒng)方法-油浴加熱法在測(cè)定土壤樣品有機(jī)質(zhì)過(guò)程中存在的各種問(wèn)題，本 發(fā)明提供一種土壤中有機(jī)質(zhì)的測(cè)定方法，
[0010] 其具體為： toon] 一種測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，將風(fēng)干土壤磨細(xì)過(guò)篩后放入三角瓶中，三角瓶中 依次加入重鉻酸鉀溶液和硫酸，三角瓶放入已預(yù)熱到100° c-125° C的烘箱內(nèi)30-90分鐘 取出冷卻至室溫，進(jìn)行滴定，計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量；其中按質(zhì)量比計(jì)，重鉻酸鉀溶液：硫酸：土 壤=50-100:50-100:1。
[0012] 所述風(fēng)干土壤磨細(xì)過(guò)篩，篩孔大小為0. 149mm-0. 25mm。
[0013] 所述三角瓶放入已預(yù)熱的烘箱，其中烘箱中溫度最適為115° C，計(jì)時(shí)加熱時(shí)間最 適為30分鐘。
[0014] 三角瓶放入已預(yù)熱的烘箱后保持溫度不變直到取出。
[0015] 所述滴定過(guò)程為向三角瓶中加入鄰啡羅啉指示劑2-3滴，用硫酸亞鐵滴定至溶液 變色，變色過(guò)程由橙黃經(jīng)藍(lán)綠到棕紅色為終點(diǎn)，記錄硫酸亞的用量。
[0016] 所述計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量是根據(jù)公式：土壤有機(jī)質(zhì)（gkf〇 = (CX5/V。)， (V〇-V) X10_3X3. 0X 1. 724X 1. 08X 103/m
[0017] 式中：C為K2Cr207溶液的濃度；
[0018] 5為加入重鉻酸鉀溶液的體積；
[0019] V。為空白滴定消耗硫酸亞鐵的體積；
[0020] V為樣品滴定消耗硫酸亞鐵的體積；
[0021] m為土樣重量；
[0022] 3. 0為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量；
[0023] 1. 08為氧化校正系數(shù)；
[0024] 1. 724為有機(jī)碳換成有機(jī)質(zhì)的換算系數(shù)。
[0025] 重鉻酸鉀溶液濃度為0.8000mol Γ1硫酸濃度為18mol Γ1;硫酸亞鐵濃度為 0. 2mol L ^
[0026] 每批樣品（有24個(gè)供試土樣，每批樣品分析是指在通過(guò)不同溫度和時(shí)間的每種組 合下的24個(gè)樣品）分析時(shí)，做3個(gè)空白滴定；本發(fā)明使土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定過(guò)程中加熱均勻、 溫度波動(dòng)范圍小、試驗(yàn)結(jié)果精確度高；簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟、減少污染、縮短了單個(gè)樣品的測(cè)試 時(shí)間，對(duì)于大批量的樣品測(cè)定減少了勞動(dòng)強(qiáng)度；與昂貴的"元素分析儀"相比，在保證測(cè)定 精度的同時(shí)，節(jié)省了大量開支。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 本發(fā)明的土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法，提供一種省時(shí)、省力、結(jié)果可靠性高的分析方法， 極大地提高土壤有機(jī)質(zhì)的分析測(cè)試速度。
[0029] 1)省時(shí)：用油浴法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)一批測(cè)定10-30個(gè)樣品，整個(gè)消煮時(shí)間為 20-30分鐘，在此過(guò)程中需要密切觀察樣品的沸騰狀況并計(jì)時(shí)；而采用本方法（烘箱加熱 法）一批可測(cè)定100-150個(gè)樣品（根據(jù)烘箱大小），整個(gè)加熱時(shí)間為40-45分鐘，在這個(gè)過(guò) 程只需觀察烘箱的恒定溫度（115° C)并計(jì)時(shí)，這個(gè)過(guò)程只需10分鐘左右；
[0030] 2)省力：用油浴法測(cè)定時(shí)需用硬質(zhì)試管，需把消煮后的溶液從硬質(zhì)試管倒入三角 瓶中，并把硬質(zhì)試管沖洗多次，保持溶液體積為60-70ml;本發(fā)明的方法只需用三角瓶，消 煮后往三角瓶加水至60-70ml，搖勻即可用硫酸亞鐵滴定測(cè)有機(jī)碳，此過(guò)程減少了勞動(dòng)強(qiáng) 度；
[0031] 3)測(cè)定過(guò)程污染小，且測(cè)定結(jié)果精度大大提高：使用烘箱加熱法取代油浴加熱 法，克服了油浴法中消煮對(duì)空氣和樣品的污染，烘箱加熱法的整個(gè)箱體溫度均勻，且保溫性 能好，溫度的波動(dòng)范圍小，這一方法對(duì)油浴法加熱的溫度、時(shí)間、試管處于油浴中的位置難 以準(zhǔn)確等缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，且此方法測(cè)定精度較油浴法提高了約12% ;
[0032] 4)確定測(cè)定最佳溫度和時(shí)間：本方法在加熱溫度為115° C，加熱時(shí)間為30分鐘 是測(cè)定土壤（棕壤）有機(jī)質(zhì)含量的最適條件。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 為解決傳統(tǒng)方法-油浴加熱法在土壤樣品中有機(jī)質(zhì)測(cè)定存在的問(wèn)題，本發(fā)明 提供一種土壤中有機(jī)質(zhì)的測(cè)定方法，簡(jiǎn)化了分析過(guò)程，經(jīng)典油浴方法測(cè)定時(shí)需用硬質(zhì)試 管，需把消煮后的溶液從硬質(zhì)試管倒入三角瓶中，并把硬質(zhì)試管沖洗多次，保持溶液體 積為60-70ml;過(guò)程十分復(fù)雜，而在本發(fā)明的方法只需用三角瓶，消煮后往三角瓶加水至 60-70ml，搖勻即可用硫酸亞鐵滴定測(cè)有機(jī)碳。
[0034] 其具體步驟如下1)稱取風(fēng)干土壤磨細(xì)，通過(guò)0. 149mm-0. 25mm篩孔過(guò)篩后放入三 角瓶中，用移液管準(zhǔn)確加入重鉻酸鉀，再用移液管緩慢加入硫酸，邊加邊旋轉(zhuǎn)搖勻，之后將 三角瓶蓋上彎頸漏斗；防止揮發(fā)。
[0035] 2)三角瓶放入已預(yù)熱到100° C-125。C的烘箱內(nèi)，計(jì)時(shí)30-90分鐘取出，冷卻至 室溫；用水沖洗彎頸漏斗和三角瓶瓶壁，定容到原來(lái)的體積；
[0036] 3)加入鄰啡羅啉指示劑，硫酸亞鐵滴定至變色，記錄硫酸亞鐵用量；
[0037] 4)設(shè)置空白滴定，空白滴定為不加土樣，加入0. 1-0. 3g粒狀石英砂，其它步驟同 步驟（1)-(3)。
[0038] 通過(guò)公式計(jì)算土壤有機(jī)質(zhì)含量：
[0039] 土壤有機(jī)質(zhì)（g kg-1) = (CX5/V。）X (V〇-V) Χ1(Γ3Χ3· 0X 1. 724X 1. 08X 103/m 式 中：C為0· SOOOmolI^a/eKfr^)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度；
[0040] 5為加入重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積；
[0041] V。為空白滴定消耗硫酸亞鐵的體積；
[0042] V為樣品滴定消耗硫酸亞鐵的體積；
[0043] m為土樣重量；
[0044] 3. 0為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量；
[0045] 1. 08為氧化校正系數(shù)；
[0046] 1. 724為有機(jī)碳換成有機(jī)質(zhì)的換算系數(shù)。
[0047] 本實(shí)施例中具體為
[0048] 在遼寧不同地點(diǎn)取24種棕壤土樣，選取的24個(gè)土壤為有機(jī)質(zhì)差異梯度大的土樣 為供試樣品（用元素分析儀測(cè)定的24個(gè)樣品土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍為33.0?195. 4g kg，， 采用烘箱加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，確定測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量的最佳溫度和時(shí)間，同時(shí) 以元素分析儀ELEMENTAR(Vario EL III，Germany)測(cè)定的有機(jī)質(zhì)含量作為試驗(yàn)真值。
[0049] 具體步驟如下：
[0050] (1)稱樣：對(duì)每一個(gè)土壤樣品稱取18份0· lg通過(guò)0· 149mm (100目）篩孔的風(fēng)干 土樣（精確到〇. 〇〇〇lg)，[注：對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量高的土壤采用減量法，稱取0. 05g樣品]， 放入到150ml三角瓶中，用移液管準(zhǔn)確加入標(biāo)準(zhǔn)濃度為0. 8000mol 重鉻酸 鉀5. Oml，然后用移液管緩慢加入5ml濃度為18mol Γ1硫酸，邊加邊旋轉(zhuǎn)搖勻；
[0051] (2)加熱：將三角瓶上邊放上彎頸漏斗，分別放入到以100° C、105° C、110° C、 115° C、120° C、125° C為溫度梯度，以30、60、90分鐘為時(shí)間梯度，共18個(gè)處理（6個(gè)溫 度梯度X3個(gè)時(shí)間梯度）的烘箱內(nèi)，于一定溫度、時(shí)間后取出三角瓶（以100° C、105° C、 110° C、115° C、120° C、125° C為加熱溫度，以30、60、90分鐘為加熱時(shí)間組合后，每一溫 度、時(shí)間測(cè)定后，取出三角瓶）；冷卻至室溫后，用水沖洗彎頸漏斗和三角瓶瓶壁，保持三角 瓶?jī)?nèi)溶液體積為60-70ml;
[0052] (3)滴定：向三角瓶中加入鄰啡羅啉指示劑2-3滴，用濃度為0· 2mol Γ1硫酸亞 鐵滴定至溶液變色過(guò)程由橙黃經(jīng)藍(lán)綠到棕紅色為終點(diǎn)，記錄硫酸亞鐵滴定毫升數(shù)。
[0053] 樣品分析時(shí)，做3個(gè)空白滴定；空白滴定不加土樣，加入0. 1-0. 3g粒狀石英砂，其 它步驟同步驟（1)-(3)。
[0054] 計(jì)算公式：
[0055] 土壤有機(jī)質(zhì)（g kg-1) = (CX5/V。）X (V〇-V) Χ1(Γ3Χ3· 0X 1. 724X 1. 08X 103/m 式 中：C為0· SOOOmolI^a/eKfr^)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度；
[0056] 5為加入重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積；
[0057] V。為空白滴定消耗硫酸亞鐵的體積；
[0058] V為樣品滴定消耗硫酸亞鐵的體積；
[0059] m為土樣重量；
[0060] 3. 0為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量；
[0061] 1. 08為氧化校正系數(shù)；
[0062] 1. 724為有機(jī)碳換成有機(jī)質(zhì)的換算系數(shù)。
[0063] (4)檢測(cè)結(jié)果見表1。表1為供試的24個(gè)樣品的數(shù)據(jù)。
[0064] (5)表2為烘箱加熱法的測(cè)定值與元素分析儀測(cè)定值之間的相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù) 采用Pearson線性相關(guān)方法計(jì)算（spssl3. 0軟件）
[0065] 相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于：將風(fēng)干土壤磨細(xì)過(guò)篩后放入三角瓶 中，三角瓶中依次加入重鉻酸鉀溶液和硫酸，三角瓶放入已預(yù)熱到100°c -125°c的烘箱內(nèi) 30-90分鐘取出冷卻至室溫，進(jìn)行滴定，計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量；其中按質(zhì)量比計(jì)，重鉻酸鉀溶液： 硫酸：土壤=50-100:50-100:1。
2. 按權(quán)利要求1所述測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于：所述風(fēng)干土壤磨細(xì)過(guò) 篩，篩孔大小為0. 149mm_0. 25mm。
3. 按權(quán)利要求1所述測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于：所述三角瓶放入已預(yù)熱 的烘箱，其中烘箱中溫度最適為115°C，計(jì)時(shí)加熱時(shí)間最適為30分鐘。
4. 按權(quán)利要求1所述測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于：三角瓶放入已預(yù)熱的烘 箱后保持溫度不變直到取出。
5. 按權(quán)利要求1所述測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于：所述滴定過(guò)程為向三角 瓶中加入鄰啡羅啉指示劑2-3滴，用硫酸亞鐵滴定至溶液變色，變色過(guò)程由橙黃經(jīng)藍(lán)綠到 棕紅色為終點(diǎn)，記錄硫酸亞的用量。
6. 按權(quán)利要求1或5所述測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于：所述計(jì)算有機(jī)質(zhì)含 量是根據(jù)公式：土壤有機(jī)質(zhì)（g kg-1 )= (C X 5/V。）X (VQ-V) X 10_3 X 3. 0 X 1. 724 X 1. 08 X 103/ m 式中：C為K2Cr207溶液的濃度； 5為加入重鉻酸鉀溶液的體積； V。為空白滴定消耗硫酸亞鐵的體積； V為樣品滴定消耗硫酸亞鐵的體積； m為土樣重量； 3. 0為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量； 1. 08為氧化校正系數(shù)； 1. 724為有機(jī)碳換成有機(jī)質(zhì)的換算系數(shù)。
7. 按權(quán)利要求1或5所述測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)的方法，其特征在于：重鉻酸鉀溶液濃度 為0· 8000mol Γ1硫酸濃度為18mol Γ1 ;硫酸亞鐵濃度為0· 2mol L'
【文檔編號(hào)】G01N31/16GK104280512SQ201310289189
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】楊凱, 朱教君, 徐爽 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所