第三章土壤有機質的測定3.1概述

3.2土壤有機質測定方法（1）土壤有機質（OM）的形態。（2）OM的含量與分布。（3）OM與土壤肥力的關系。（4）OM的環境學意義（1）OM測定方法的比較與選用（2）干燒法（3）濕燒法（4）外加熱重鉻酸鉀容量法（5）稀釋熱重鉻酸鉀容量法1、分解很少，仍保持原來形態學特征的動植物殘體；2、動植物殘體的半分解產物及微生物代謝產物；3、有機質分解和合成的較穩定的高分子化合物——腐殖酸類物質。土壤有機質—（除專門研究外）指操作者借助放大鏡用攝子剔除動物殘體和植物細根后的土壤有機物質總量。問題：如何降低動植物殘體對測定結果的影響，提高測定結果的精密度？（1）土壤有機質（OM）的形態土壤有機質的成分中既有化學結構單一、存在時間只有幾分鐘的單糖或多糖,也有結構復雜、存在時間可達幾百到幾千年的腐殖質類物質(HumicSubstance),既包括主要成分為纖維素、半纖維素的正在腐解的植物殘體,也包括與土壤礦質顆粒和團聚體結合的植物殘體降解產物、根系分泌物和菌絲體。有機質分組輕組有機質重組有機質比重<1.7，由未分解徹底的植物殘體及其碎片組成,還包括少量活的微生物及其分泌物等。主要成分為動植物殘體、菌絲體、孢子、單糖、多糖、半木質素，具有易被微生物分解和利用等特性,對氣候、環境變化和農業管理措施反應相當敏感，是土壤的活性碳庫比重>1.7gcm3，由輕組有機質經徹底分解后殘留的或重新合成的、以芳香族物質為主體的有機物質(主要是腐殖質)。占有機質總量的70~80%。其結構穩定復雜，是結合在土壤粘粒之間的，或在土壤團聚體形成過程之中被包在團聚體內部的有機質，對維持團聚體的結構具有非常重要的作用,是很難被微生物利用的，是土壤的穩定碳庫。有機質分組松結合態有機質與砂粒(>50μm)、粗粉砂粒(20~50μm)、細粘粒（<0.2μm）土壤顆粒結合的有機質。與輕組有機質關系密切，土壤易分解的C庫緊（穩）結合態有機質與細粉砂粒(2~20μm)、粗粘粒（0.2~2μm）土壤顆粒結合的有機質。土壤的惰性碳庫。含量：%數量級。一般農田土壤1~1.5%左右，水田土壤2~4%左右。分布：受生物氣候帶、質地和農耕措施的影響由北→南，東→西逐步降低。問題： 若個別樣品有機質含量特別高，原因是什么？（2）OM的含量與分布中國土壤有機質含量圖級別一級二級三級四級五級六級有機質273.46（8.95）**541.87(17.74)1038.62(34)795.02(26.02)71.71(2.35)21.39(0.7)全氮394.56(12.92)706.35(23.12)1025.03(33.55)421.53(13.8)146.63(4.8)47.95(1.57)有機質分級標準：

一級＞40gkg-1二級40-30

gkg-1

三級30-20

gkg-1

四級20-10

gkg-1

五級10-6

gkg-1

六級＜6gkg-1全國水田土壤有機質和全氮含量分級*面積統計（萬公頃）全氮分級標準：

一級＞2gkg-1

二級2-1.5gkg-1

三級1.5-1.0gkg-1

四級1.0-0.75gkg-1

五級0.75-0.5gkg-1

六級＜0.5gkg-1為什么？土壤全氮量（g/kg)=土壤有機質（g/kg）×0.05(或0.06)（3）OM與土壤肥力的關系與土壤肥力關系密切提供N、P、K及多種微量元素土壤結構形成、微團聚體的穩定性方面意義重大同時帶2種電荷，可吸附NO3-和H2PO4-等陰離子，也可吸附K+、NH4+等陽離子，決定了土壤的保肥能力含有COOH等酸性功能基團，提高了土壤的酸堿緩沖能力促進微生物活動，提高酶活性，影響養分轉化過程（3）OM與土壤肥力的關系與土壤污染凈化、溫室氣體排放關系密切-COOH、-OH、-NH2等功能基團，對重金屬具有很強的絡合、螯合能力，影響重金屬的遷移和穩定。與有機污染具有較強的親和力，可刺激微生物活動，影響有機污染的活性及生物轉化過程。土壤是全球最大的碳庫，碳儲量約為770×108t，是溫室氣體CH4和CO2、H2S、N2O的源。厭氧時，有機碳礦化產生CO2，CO2被還原產生CH4，S被還原產生H2S，NO3-被還原產生N2O;光照、好氧狀態，有機碳礦化產生CO2，CO2可被細菌光合固定，H2S也可被光合固定（4）OM的環境學意義土壤C+氧化劑=CO2（氣體）+土壤W1W2干燒法、濕燒法重量法測定手段容量法比色法干燒法濕燒法外加熱法稀釋熱法重量法無機碳干擾，碳酸鈣等碳酸鹽，亞硫酸去除水分干擾還原性物質干擾，Fe2+、Cl-等，充分風干，硝酸銀去除等清液渾濁干擾非色散紅外光譜法TOC分析儀（1）OM測定方法的比較與選用土壤+

C+氧化劑=CO2（氣體）↑+土壤重量法原理：通過測定灼燒前后土壤的重量差值計算含碳量。測試條件：高溫電爐1000℃，3h誤差來源：灼燒過程中無機碳酸鹽分解，土壤水分揮發、其他高溫條件下可以損失的元素等都會對本方法的測定結果產生影響。誤差控制：干擾因素多，難于控制，本方法已退出歷史舞臺。（1）OM測定方法的比較與選用土壤+

C+氧化劑=CO2（氣體）↑+土壤干燒法濕燒法測試條件：高溫電爐，密閉燒管，1000℃，3h誤差來源：無機碳酸鹽消除方法：測定前用亞硫酸去除方法優點：有機碳全部分解，干擾因素少，結果準確。方法缺點：需要特殊的儀器設備，費時間，不適合大量樣品分析。測試條件：鉻酸、磷酸，160℃，3h誤差來源：無機碳酸鹽消除方法：測定前用亞硫酸去除方法優點：有機碳全部分解，干擾因素少，結果準確，常用。方法缺點：需要特殊的儀器設備，費時間，不適合大量樣品分析。CO2的產生方式堿石灰管吸收稱重標準氫氧化鋇溶液吸收，標準酸滴定CO2的測定方法氣量法土壤+

C+氧化劑=CO2（氣體）↑+土壤測定手段K2Cr2O7比色法容量法方法原理：利用比色的方法測試重鉻酸鉀顏色的變化計算氧化劑的消耗量，進而計算有機碳含量。誤差來源：Fe2+、Mn2+、Cl-等氧化還原性物質，懸液渾濁。消除方法：測定前充分風干，加入AgSO4方法優點：快速簡便，適合批量樣品分析。方法缺點：有機碳分解77-90%，干擾因素多，難于消除，僅用于速測。方法原理：利用過量重鉻酸鉀氧化有機C，剩余重鉻酸鉀采用已知濃度硫酸亞鐵滴定，據硫酸亞鐵用量計算氧化劑消耗量。誤差來源：

Fe2+、Mn2+、Cl-等氧化還原性物質，消除方法：測定前充分風干，加入AgSO4方法優點：干擾因素易于控制，結果準確，適合批量分析，常用。方法缺點：有機碳分解90%。原理

在一定溫度（1000~1500℃）的電爐里高溫氧化含碳物質，釋放的CO2用適當的試劑吸收后用容量法、重量法、氣量法、電導法，或把CO2還原為CH4用氣相色譜法等方法測定。 優點：準確。 缺點：操作、儀器要求高，受無機碳的干擾。問題：設想如何用容量法、重量法、氣量法、電導法測定CO2的量？（2）干燒法流程土壤與含有氧化劑（重鉻酸鉀、鉻酸高錳酸鉀等）、硫酸和磷酸的混合物消化，在煮沸的溫度下（180~210℃）可將有機物完全氧化為CO2，用適當的吸收劑吸收后用重量法、容量法等進行測定。優點：結果與干燒法相近，長期被當作測定全碳的標準方法，儀器可在常規實驗室組裝。缺點：受無機碳干擾，操作技術要求高，費時。原理（3）濕燒法裝置裝置 加熱條件下，在磷酸、鉻酸中，有機質被氧化，生成的二氧化碳被定量標準堿吸收，加入氯化鋇使其生成碳酸鋇沉淀，多余的堿用標準酸滴定，計算有機質的含量。原理樣品加入下部的消化管中，加入氧化液鉻酸、磷酸，后立即將消化管與截流裝置B、C和防止大氣CO2進入的D連接。B、C應該事先加入吸收液（KOH）樣品中不能有無機碳酸鹽，故而需要在測定前用稀酸處理。30分鐘后無氣泡冒出時加入氧化液，蓋上B、C、D測定。也可直接蓋上B、C、D測定無機碳量，30分鐘后無氣泡冒出時更換B、C、D測定有機碳。2K2CrO7+8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr(SO4)3+3CO2+8H2O2K2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O

與干燒法相比，該法只能氧化90%有機碳。 滴定酸度：1mol/LH2SO4;突躍電位：0.85~1.22V。問題：據原理說明本方法測土壤有機質的優缺點和適用范圍如何？原理（4）外加熱重鉻酸鉀容量法用定量、過量的重鉻酸鉀在強酸性條件下氧化土壤有機碳，剩余的重鉻酸鉀采用硫酸亞鐵滴定。據氧化有機碳消耗的重鉻酸鉀量計算有機質含量。2K2CrO7+8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr(SO4)3+3CO2+8H2O (1)K2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O(2)土壤C重鉻酸鉀重鉻酸鉀硫酸亞鐵所以，知道還原重鉻酸鉀所需的Fe(II)量及定量過量的氧化劑消耗的Fe(II)（空白試驗）便可知道土壤的有機碳量。1MC相當于4MFe(II)的還原能力。測定的是Fe(II)的摩爾濃度，計算C摩爾濃度，需要除以4.然而硫酸亞鐵屬于無法精配的試劑，無法直接配置準確的濃度，故而需要標定。硫酸亞鐵用量計算可采用濃度乘以體積的辦法獲取，體積可由滴定管直接讀出。重鉻酸鉀重鉻酸鉀硫酸亞鐵K2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O(2)硫酸亞鐵標定硫酸亞鐵濃度，也就是本實驗的空白試驗重鉻酸鉀可以精配。吸取定量的已知濃度的重鉻酸鉀。加入Fe(II)指示劑后直接用硫酸亞鐵滴定，得到還原定量重鉻酸鉀所需硫酸亞鐵的體積。有機碳量（以Fe(II)計）=定量過量氧化劑的量-剩余氧化劑消耗的Fe(II)測定的方法是滴定，指示劑指示的是Fe(II)還有沒有，得到的數據時滴定用的Fe(II)的體積（ml），已知數據是Fe(II)的濃度和氧化劑的濃度。Fe(II)極易被O2氧化，故其濃度不準確。需要標定。氧化劑K2Cr2O7相對穩定，可以精確配置。V0為空白試驗滴定定量過量K2Cr2O7時用的Fe(II)的體積，mlV為滴定氧化過有機碳剩余的K2Cr2O7時用的Fe(II)的體積，mlC為K2Cr2O7的濃度，mol/LCx為Fe(II)的濃度有機碳（以Fe(II)）計的摩爾數=Cx×V0—Cx×V=Cx×（V0-V）Cx=C×標定時（空白試驗）加入氧化劑的體積（書上用的是5ml）/V0Cx=C×5/V0所以，有機碳（以Fe(II)計）的摩爾數=Cx×V0—Cx×V=Cx×（V0-V）=C×5/V0×（V0-V）因為，V0和V的單位是ml，而C的單位是mol/L，需要把ml換算成L，需要乘以10-3，而且1MC相當于4MFe(II)所以，有機碳的摩爾數=C×5/V0×(V0-V)×10-3/4有機碳的質量（g）=C×5/V0×(V0-V)×10-3/4×12

=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3因為本方法僅可氧化樣品中有機碳的90%樣品中有機碳的質量（g）=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×100/90

=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×1.1樣品質量m（g），風干土中含有水，水中不含碳，需要把風干土換算為烘干土，乘以換算系數k。樣品中有機碳的含量（g/g）=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×1.1/mk樣品中有機碳的含量(g/kg)==C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×1.1/mk×10-3因為，有機質含C量約58%（經驗值），所以，結果需要乘以100/58（1.724）

本法是通過測定土壤C的還原能力，來計算有機碳的含量。故而，土壤中具有還原能力的可被K2Cr2O7氧化的Fe(II)、Mn(II)、Cl及其他還原性物質會使結果偏高。因為本法僅能氧化90%的碳，需要乘以1.1的矯正系數，能氧化90%是在180℃條件下沸騰5分鐘的結果。故而氧化的溫度和時間也會對結果產生影響。需要嚴格控制，另外，在測定高碳酸鹽土壤時，碳酸鹽遇酸后放出CO2氣泡，可能被誤認為已經沸騰。不同土壤有機質的含碳量可能不一定都是58%，所以，現在一般用有機碳含量來表征有機質，而不再換算。有機碳的氧化校正系數有機質含量的計算：

VanBemmelenFactor=1.724(也有人用1.9~2.5)稱100目樣0.1~1.0000g→硬質試管→K2Cr2O7標準液和濃H2SO4各5ml→180℃沸5min→冷卻后洗入250mL三角瓶至體積60~70mL→鄰啡羅啉指示劑3滴→FeSO4滴定由橙黃-亮綠-磚紅色。（每批消化同時做空白）4、計算：土壤有機質(g/kg)=c×5(V0-V)/V0×0.003×1.1×1.724×1000/m5、問題：

（1）做好本實驗應注意些什么？ （2）干擾有哪些，如何克服？ （3）本法適用于哪些樣品的分析？

(4)本法還能用于其它樣品有機物含量的測定嗎？步驟

關于標定(通過精配溶液的濃度計算不能精配溶液準確濃度的方法)2K2CrO7+8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr(SO4)3+3CO2+8H2OK2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O

與干燒法相比，該法只能氧化77%有機碳。 滴定酸度：1mol/LH2SO4;突躍電位：0.85~1.