1、201020246(1 北京師范大學學報 (自然科學版 Journal of Beijing Normal University (Natural Science 76 土壤堿解氮測定方法比較 3王曉嵐 卡麗畢努爾 楊文念(北京師范大學地理學與遙感科學學院 , 100875, 北京 摘要 使用德國產 GER HARD 凱氏定氮蒸餾系統測定堿解氮 , 對蒸餾條件進行了改進 , 確定蒸餾效率和蒸餾時間 , 樣品可直接上機測定 , 與傳統方法比較 , 堿解蒸餾法測定的結果更準確可靠 , 精密度高 , 、 快速蒸餾測定方法 .關鍵詞 土壤 ; 堿解氮 ; 測定方法3國家基礎科學人才培養基金資助項目 (

2、J O630532 通信作者收稿日期 :2009203210 和利用 . , 故氮素在土壤中的存在形態復雜多樣 , 且與地表生物 地球化學循環過程關系密切 . 土壤堿解性氮 , 通常也稱 土壤有效氮 , 是銨態氮 、 硝態氮 、 氨基酸 、 酰胺和易水解 的蛋白質氮的總和 . 作為一項主要的土壤氮素分析項 目 , 土壤堿解氮質量分數 w 的高低 , 能大致反映出近 期內土壤氮素的供應情況 , 與作物生長和產量有一定 的相關性 , 可作為土壤有效氮的指標 122. 因此 , 土壤堿 解氮 w 值的高低也是衡量土壤肥力的重要標志 , 精確 便捷地測量土壤中堿解氮的 w , 對指導農田科學施肥 ,

3、有效控制農田土壤面源擴散污染均具有重要的意義 .根據國家相關標準 324, 土壤堿解性氮通常采用堿 解 2擴散吸收法測量 . 南京土壤所的堿解蒸餾法 5雖蒸 餾時間為 8min , 但加熱蒸餾裝置落后 , 需人為經驗控 制 , 操作煩瑣 . 本文采用了德國 Gerhaedf 公司產 VA P 245全自動凱氏定氮蒸餾系統 , 與擴散吸收法測定結果比較 , 認為經改進的堿解蒸餾法簡便 、 快速 、 準確 , 穩定性好 , 實用性強 , 可作為土壤堿解氮的測定方法 .1 實驗方法111 實驗原理 精確地稱取一定量的 60目土壤樣品 , 加入一定量的還原劑 (Zn 與 FeSO 4 7H 2O 混合

4、粉 劑 和一定濃度的 NaO H 溶液 , 土樣在堿性及一定溫 度條件下進行還原和水解 , 使易堿解氮經堿解轉化為 N H 3狀態 , 逸出的 N H 3被硼酸 (H 3BO 3 吸收 ; 再用標 準酸滴定至終點 , 即可算出堿解氮的 w . 112 儀器與試劑 實驗所需要的儀器有 :VAP 245全 自動凱式定氮蒸餾裝置 , 包含 p H/mv 滴定儀 (德國;250mL 硬質凱氏管 ;D H G 29203A 型電熱恒溫干燥箱 (上海恒科技有限公司 ; 50mL 或 100mL 的擴散皿 ;25mL 半微量滴定管 .化學試 劑 有 :濃 度 c 為 112、 4. 0mol L -1的 N

5、aO H 溶液 ; 質量濃度 為 20g L -1的 H 3BO 3溶液 ; 濃度 c 為 0101mol L -1的 HCI 標準溶液 ; 質量比為 1 5的 Zn 與 FeSO 4 7H 2O 混合還原劑 ; 定氮混合指示劑 ; 阿拉伯膠等 .所用的化學試劑均為分析純 , 實驗用水均為無氨 蒸餾水 . 113 樣品分析 堿解蒸餾法的測定步驟為 :1 稱取 通過 0125mm 篩的土樣 1g (精確到 010001g , 還原 劑 112g 倒入干燥的 250mL 凱式管中 , 搖動凱式管 , 將樣品混勻 , 加入 10mL 蒸餾水把粘在內壁上的樣品 沖洗下去 . 同時做空白對照 .2 開啟

6、 p H/mv 滴定儀 , 接通蒸餾器電源 , 打開冷 凝水 . 用蒸餾水空蒸 VA P 245凱式定氮系統 5min , 清 洗系統 2次 , 將裝有土壤樣品的凱氏管連接在蒸餾器 上 , 旋緊接口 .3 通過蒸餾器管路加入 4mol L -1的 NaO H 溶 液 10mL , 蒸餾水 20mL 使凱氏管內總體積達 40mL (加上沖洗蒸餾管內壁的 10mL 蒸餾水 , 這時 NaO H 與 Zn 2FeSO 4還原劑作用后 , 剩余堿的 c 約 1mol L -1.4 通過管路向冷凝管下的吸收池加入約 40mL 的 H 3BO 3溶液 , 使 p H 玻璃電極球置于 H 3BO 3溶液 之

7、中 .5 開始蒸餾 , 蒸餾時間為 3min 30s , 蒸餾效率為 40%.蒸餾完畢后 , 用 0101mol L -1HCl 標準液滴定餾出液 , 由 p H/mv 滴定儀自動完成 .6 以上步驟通過凱式蒸餾系統程序設置完成 . 程 第 1期 王曉嵐等 :土壤堿解氮測定方法比較 77 序設置 :NaO H 為 01, 去離子 H 2O 為 02, H 3BO 3為 04, 蒸餾效率為 40%, 蒸餾時間為 3min 30s , 排空廢 液時間 20s. 其土壤堿解氮 w (mg kg -1 計算公式為 : w =c (V -V 0 1410103/m ,式中 :c 為 0101mol L

8、-1HCl 標準溶液濃度 (mol L -1 ; V 為樣品滴定時消耗的 0101mol L -1HCl 標準 溶液體積 (mL ; V 0為滴定空白時消耗的 0101mol L -1HCl 標準溶液體積 (mL ; m 為風干試樣質量 (g ; 1410為氮原子的摩爾質量 (g mol -1 ; 103為換 算系數 .堿解 2擴散吸收法的測定步驟為 :1 稱取通過 60目篩的風干土樣 1g (精確至 0101g 和 1g 27H 2O 還原劑 , 2內室加入 2 L 331 , 蓋上 毛玻璃 , 旋轉數次 , 使毛玻璃與皿邊完全黏合 , 再慢慢 轉開毛玻璃的一邊 , 使擴散皿外室露出一條狹縫

9、 , 迅速 加入 10mL 118mol L -1的 NaO H 溶液 (水稻土樣品 用 112mol L -1NaO H 溶液 于擴散皿外室 , 立即用毛 玻璃蓋嚴 . 3 水平地輕輕轉動擴散皿 , 使 NaO H 溶液 與土樣充分混合 , 然后用橡皮筋圈緊 , 使毛玻璃固定 . 放在 (401 恒溫箱中 , (24015 h 后取出 . 4 用 0101mol L -1HCl 標準溶液滴定內室中 H 3BO 3所吸 收的氨量 , 由藍色變為微紅色即達終點 . 在樣品測定的 同時進行空白實驗 .2 結果與分析211 蒸餾時間和蒸餾效率的選擇 選取不同時間 110、 210、 215、 310

10、、 315、 410min 測定的餾出量分別為 0、 711、 1413、 2114、 2817和 3511mL. 在原堿解蒸餾法 中 , 推薦 810min 內使蒸餾體積大于 3010mL 5, 但用 Vap 245凱氏定氮蒸餾器在最小蒸餾效率為 40%的情 況下 ,315min 的蒸餾體積接近 30mL. 蒸餾過程中如 果蒸汽太大會使蒸餾體積太大 , 導致結果偏高 ; 蒸汽太 小會使水解不完全 , 蒸餾出的體積太小 , 導致結果偏 低 5. 所以必須用蒸餾效率調節蒸汽量 . 當蒸餾時間為 315min 時 , 選擇 40%、 50%、 60%、 70%、 80%、 90%和 100%等不同

11、蒸餾效率 , 對蒸餾體積進行測試 , 結果分 別為 2910、 4313、 5610、 6818、 8312、 9615和 10911 mL. 表明隨著蒸餾效率的增高餾出體積會增大 , 只有 當蒸餾效率為 40%時蒸餾體積接近 30mL.212 蒸餾時間對測定結果的影響 選取 4種國家標 準土樣 , 用 215、 310、 3、 5、 410min 不同蒸餾時間分別 對每個樣品進行檢測 , 平行測定 6次取平均值 (見表 1 . 結果顯示 , 當蒸餾時間為 315min , 檢測結果與標 準值具有很好的一致性 . 當蒸餾時間 215min 時 , 檢測 結果偏低 ; 當蒸餾時間 4min 時

12、, 檢測結果偏高 . 213 NaOH 溶液濃度對測定結果的影響 由于水解 性氮是無機氮與易水解蛋白質的總和 , 當 c (NaO H 過 低時 , 易水解蛋白質水解不完全 , 導致檢測結果偏低 ; c (NaO H 過高時 , 某些難水解蛋白質發生部分水解 , 導致結果偏高 . 根據孫又寧等 6實驗 , 隨著 c (NaO H 的增加 , 堿解氮的 w 也隨之增高 . 因此堿解蒸餾法中 c (NaO H 選 擇 對 測 定 結 果 至 關 重 要 . 本 實 驗 選 擇 c (H 4mol L -15, 315min 時 , 檢 1 .( =4mol L -1蒸餾時間 w (N /(mg k

13、g -1minG BW07412( 3G BW 07413(695G BW 07415(16136214實 驗 回 收 率 在 1100g 土 樣 中 加 入 5mL N H 4Cl (013820g L -1 , 經堿解后滴定 、 計算堿解氮 的 w . 結果顯示 ,2種方法的回收率相差不大 , 擴散吸 收法的均值為 9911%, 范圍是 9817%9915%; 堿解 蒸餾法的平均值為 9917%, 范圍是 9916%9918%, 比擴散吸收法略高 . 2種方法均能定量回收 N H 4Cl. 215 測定結果的比較 對 2個國家標準土樣及實驗 室自制的 5種土壤樣品分別采用擴散吸收法和堿解蒸

14、 餾法測定堿解氮 w , 結果列于表 2. 對 2組數據的差異 性進行了 T 檢驗 , 結果顯示 2種方法的測定結果無顯 著差異 (P 0105 , 說明擴散吸收法與堿解蒸餾法測 定結果一致 , 堿解餾法可用于堿解氮的分析 .3 討論對于不同類型土壤中堿解氮 w 測量結果表明 :堿 解蒸餾法和堿解擴散吸收法測定土壤中堿解氮具有相 同的精密度和準確度 .但擴散吸收法操作煩瑣 , 檢測時間較長 , 測定樣品 需在 40 恒溫烘箱內經 24h 的水解過程 ; 此外 , 由于 不可避免的設計缺陷 , 在保溫過程中容易造成擴散皿 內 、 外室的液體混合 , 極易發生相互污染 , 特別是在使 用較高的 c

15、 (NaO H 堿液水解樣品時 , 易造成測定結果 偏高 ; 再則 , 涂抹阿拉伯樹膠后 , 如果毛玻璃板與擴散 皿未完全密封 , 則導致氨氣逸出 , 造成測定結果偏低 . 78 北京師范大學學報 (自然科學版 第 46卷 表 2 不同類型土壤堿解氮質量分數 (w 測定結果的比較方法 樣品測定值 /(mg kg -1 平均值 S E 12345678mg kg -1擴 散 吸 收 法題 . 本文通過對蒸餾條件的控制和改進 , 縮短了蒸餾時 間 , 簡化了測定手續 , 方法簡捷實用 . 可以作為測定堿 解氮的一種新的方法 , 提高工作效率 .4 參考文獻1 李天杰 , 趙燁 , 張科利 . 土壤

16、地理學 M .北京 :高等教育 出版社 ,2004:512572 鮑士旦 . 土壤農化分析 M .北京 :中國農業出版社 ,2002:573 中國土壤學會農業化學專業委員會 . 土壤農業化學常規 分析方法 M .北京 :科學出版社 ,1989:822844 農業部全國土壤肥料總站 . 土壤分析技術規范 M .北 京 :農業出版社 ,1993:392405 中國科學院南京土壤所 . 土壤理化分析 M .上海 :上海 科學技術出版社 ,1978:756 孫又寧 , 保萬魁 , 余梅玲 . 自動定氮儀堿解蒸餾法測定土 壤中堿解氮含量 J.中國土壤與肥料 ,2007(5 :64COMPARISON O

17、F METH ODS FOR DETERMININGAL KAL I 2H YD ROLYZED NITROGEN IN SOILWAN G Xiaolan Kalibinuer YAN G Wennian(School of Geography and Remote Sensing Sciences , Beijing Normal University , 100875, Beijing , China Abstract This st udy employs German p roduction GER HARD Kjeldahl distillation system to test available nit rogen and imp roved t he distillation condition in order to fix t he efficiency and time of distillation. Samples could be tested directly by machine. This st udy p rovides an