赵 迪，陈 宏，周 娅

(1 四川省耕地质量与肥料工作总站，四川 成都 610041；2 四川省农业科学研究院分析测试中心，四川 成都 610066)

土壤是人类赖以生存和可持续发展的基础，是农业生产的基础生产资料[1-2]。土壤养分是土壤肥力的重要组成部分，准确获取土壤养分数据是土壤资源环境调查与评价等工作的重要前提和基础，可为科学施肥、养分高效管理、耕地质量提升提供依据[3]。pH值、有机质、全氮、有效磷、碱解氮、缓效钾、速效钾是土壤养分检测的重要项目，准确地测定这些项目具有十分重要的意义。

能力验证是检查实验室质量的重要方法[4-6]。为加强耕地质量检测网络建设与管理，规范基层耕地质量化验室运行，强化检测质量控制，提升技术支撑和服务能力，2019年对四川省从事耕地质量检测的38家化验室进行pH、有机质、全氮、有效磷、碱解氮、缓效钾和速效钾等7个项目的能力验证。使用稳健统计对能力验证结果进行了分析和评价。

1 实 验

1.1 能力验证样品

本次能力验证所用样品由农业农村部肥料质量监督检验测试中心(成都)提供(1个考核样，2个干扰样)，能力验证样品发放前，依据《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》(CNAS-GL03)[7]，采用单因子方差分析法和T检验法对样品进行均匀性和稳定性检验。

1.2 能力验证项目和方法

本次能力验证项目为土壤养分项目，分别为pH、有机质、全氮、有效磷、碱解氮、缓效钾和速效钾等7个项目。本次考核中，推荐检测标准和方法，主要参考相关农业标准和《土壤分析技术规范》(第二版)[8]。

1.3 结果统计和评价标准

根据CNAS-GL02：2006《能力验证结果的统计和能力评价指南》，为充分减少极端值对统计结果的影响，同时又不需将极端值从数据集合中剔除，本次能力验证采样四分位距和中位值稳健(Z比分数)统计技术。Z值计算公式如下：

式中：Z——实验室的Z比分数

x ——实验室的测试结果

X——给定值，本次能力验证采用中位值作为给定值

NIQR—标准化四分位间距

Z值的大小反映了各实验室结果与中位值的偏离程度，Z值的符号“+”与“-”表示实验室结果相对于中位值的偏离方向。当|Z|≤2时，结果满意；当2<|Z|<3时，结果可疑；当|Z|≥3时，结果不满意或离群。

统计结果通过绘制Z比分数序列直方图，可清晰地反映实验室间的差异，并对参加实验室的检测能力情况进行判定。

2 结果与讨论

2.1 实验室检测结果分析

在能力验证结果统计分析中，未对干扰样品的结果进行统计，只对考核样的数据进行统计分析。本次能力验证共向38家实验室发放样品38组，收到数据38组，统计pH值、有机质、全氮、有效磷、碱解氮、缓效钾和速效钾的测定结果的频数，根据含量分组及频数绘制分布直方图并进行正态拟合，可以看出，虽有个别极端值出现，但整体数据近似于正态分布(见图1)，表明用四分位稳健统计方法是可靠的。

图1 测试结果的数据分布Fig.1 Data distribution of test results

对各实验室上报的测定结果按照稳健Z比分法进行统计。从表1中可见，本次能力验证的稳健变异系数(Robust CV)介于1.1%～10.6%之间，其中pH、有机质和全氮等3个全量养分项目的CV值明显小于有效磷、碱解氮、缓效钾和速效钾等4个有效养分项目的CV值，总体显示出参加实验室的整体水平较高，但变动范围和CV值差异同时也显示部分实验室的有效养分项目检测能力有待提高。

表1 实验室检测结果统计分析汇总Table 1 Statistical analysis of laboratory test results

2.2 实验室检测结果Z比分数及满意率分析

本次能力验证共对38家实验室进行了评价，包含四川省的农业、地质体系内实验室和第三方检测实验室，分布较广，可在一定程度上反映四川省内从事土壤常规养分项目检测实验室的整体检测能力水平。参加实验室检测土壤养分的能力状况用Z比分数表示，图2～图8分别为土壤pH值、有机质、全氮、有效磷、碱解氮、缓效钾和速效钾的能力状况的Z比分数柱状图。

图2 参加实验室土壤pH测试能力的Z比分数Fig.2 Distribution diagram of Z value of pH

图3 参加实验室土壤有机质测试能力的Z比分数Fig.3 Distribution diagram of Z value of organic matter

图4 参加实验室土壤全氮测试能力的Z比分数Fig.4 Distribution diagram of Z value of total nitrogen

图5 参加实验室土壤有效磷测试能力的Z比分数Fig.5 Distribution diagram of Z value of available phosphorus

图6 参加实验室土壤碱解氮测试能力的Z比分数Fig.6 Distribution diagram of Z value of alkali-hydrolyzed nitrogen

图7 参加实验室土壤缓效钾测试能力的Z比分数Fig.7 Distribution diagram of Z value of slow-acting potassium

图8 参加实验室土壤速效钾测试能力的Z比分数Fig.8 Distribution diagram of Z value of quick-acting potassium

此次能力验证参加实验室的满意度情况分布在71.1%～100%，具体见表2。从这7个项目的满意度来看，各项目满意度：碱解氮>速效钾>全氮>缓效钾>pH=有机质>有效磷，参加实验室在本次能力验证的7个项目上表现出的检测水平上参差不齐，通过查看各实验室反馈原始记录，结合实验间的经验交流和总结文献研究，逐项对本次验证项目的满意度和检测要点进行分析讨论。

表2 实验室检测结果评价统计表Table 2 The statistical table for evaluation of laboratory test results

2.3 原因分析

2.3.1 土壤pH值

本次能力验证土壤pH的满意度为89.5%，根据原始记录的反馈情况，各实验室使用的酸度计有国产的、进口的，其中使用上海雷磁酸度计的实验室较多，未发现由于仪器品牌、型号不同而产生明显的结果差异。在土壤pH的检测过程中应注意以下问题[9]。

一是长时间存放未使用的电极使用前在0.1 mol/L盐酸溶液或水中浸泡24 h以上，使之活化。二是去除CO2的水，要煮沸10 min以上，使水中CO2完全排除，再加盖冷却，在当日内使用。三是电极在悬浊液中所处的位置对测定结果有影响，玻璃电极球泡下部位于土液界面处，甘汞电极插入上部清液。四是pH读数时摇动烧杯会使读数偏低，应在摇动后稍加静止再读数。五是在测量样品pH前，至少使用两种pH标准缓冲溶液进行pH计的校正。六是如果做批量样品，建议每做10个样品用标准缓冲液(6.86)校准pH计，以监控pH计的稳定性，并尽量按土壤类型将pH相差大的样品分开测定，以避免因电极响应迟钝而造成的测定误差。七是温度影响电极点位和水的电离平衡，测量时土壤悬浮液的温度和标准缓冲液温度之差不能超过1 ℃。

2.3.2 土壤有机质

本次能力验证土壤有机质的满意度为89.5%，所有实验室均采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质，容量法虽操作简单，无需较高的分析技术和特殊仪器设备，但实际检测中，要把土壤有机质结果做准确并不易，需注意以下几点[10-12]：

(1)消煮温度和时间的影响，当油浴锅温度在185～190 ℃之间时，放入消煮管，使油浴温度维持在175～180 ℃之间，注意油浴液面要高于消煮管中溶液面，确保样品溶液完全受热。从消煮管中溶液真正沸腾时开始计时，加热(5±0.5) min，期间可以轻轻晃动铁丝笼几次，保证溶液温度均匀。注意判断溶液真正沸腾，刚开始消煮管内有少量的小气泡产生，这是有机质被氧化而释放出的二氧化碳，不是溶液沸腾，尤其是含碳酸盐的土壤，刚加热就有大量的二氧化碳产生，这也不是溶液沸腾，只有溶液真正沸腾才能开始计时。

(2)氧化剂添加量的影响，消煮液一般是黄褐色，如果以绿色为主，说明溶液中有Cr3+，即氧化剂重铬酸钾不足，应该减少称样量重新测定。如果样品测定时消耗的硫酸亚铁溶液体积小于空白试验所用硫酸亚铁溶液的1/3，说明有机碳氧化不完全，氧化剂量不够，应减少称样量重新测定。

(3)滴定过程的影响，滴定中溶液颜色的变化是橙红→蓝绿→棕红，当溶液滴落处颜色呈橙黄色→浅绿色时，可加快滴定速度；当溶液滴落处颜色呈绿色→深绿色时，可放慢滴定速度；当溶液滴落处颜色呈蓝绿色→灰绿色时，须逐滴加入，最后要一滴一摇或者半滴一摇，直到滴定终点。

2.3.3 土壤全氮

本次能力验证土壤全氮的满意度为92.1%，根据原始记录的反馈情况，各实验室使用的定氮仪有全自动的、半自动的，有国产的、进口的，未发现由于滴定方式(仪器滴定或者人工滴定)，仪器品牌、型号不同而产生明显的结果差异。在土壤全氮的检测过程中应注意以下问题[13-17]：

(1)样品消解过程注意事项，严格按照标准要求加入2 g加速剂和5 mL浓硫酸，硫酸量多量少都会影响检测结果。开始用小火加热消煮，待试管内反应缓和时(约10 min～15 min)，再加强火力，消煮温度应控制在360～400 ℃之间，使消煮土液保持微沸状态，硫酸蒸汽在消化管上部1/3处冷凝回流。消煮温度超过400 ℃土液将剧烈沸腾，硫酸蒸汽达到消化管顶部甚至溢出，将引起硫酸铵的热分解而导致氮素损失。当消煮温度低于360 ℃时，容易消解不完全，特别是杂环氧化合物不易分解，使检测结果偏低。待样品消解成灰白带绿色状态后，需再继续消煮60 min，使样品中的含氮化合物完全转化为氨态氮。消煮时间不够，样品中的氮不能完全转化，造成结果偏低，消煮时间过长会造成样品溅失、干结。

(2)氨蒸馏注意事项，样品蒸馏前，要先检查蒸馏装置是否漏气，并空蒸定氮仪30 min以洗净管道，防止仪器污染。蒸馏时，定氮仪冷凝器的承接管应插入硼酸溶液中，以免吸收不完全，导致检测结果偏低。蒸馏完后要注意防止倒吸。蒸馏时间一般为5 min，但由于仪器型号及蒸馏电流设置不同，应首先做试验确定，即用纳氏试剂逐分钟检查蒸馏液中是否含有铵。

三是样品滴定注意事项，用0.01 mol/L的酸标准溶液滴定蒸出液，空白滴定所用的酸标准液体积一般不超过0.40 mL，如果超过该值，说明该批次消煮液可能被污染，需查明原因重新做样。空白样品和土壤样品应滴到同一个标准，两者的滴定终点应保持一致。

2.3.4 土壤有效磷

本次能力验证土壤有效磷检测采用的化学浸提法(Olsen法)，其原理是用含有高浓度的化学试剂和土壤土壤样品充分平衡，用从土壤中交换到溶液中的磷含量来表征土壤有效磷的数量，水土比、浸提剂、浸提温度、时间等都对测定结果有很大影响。相对而言，土壤养分常规7项中，有效磷最难做好，这也可能是本次盲样考核土壤有效磷的满意度最低的原因，只有72.1%。根据我们实验室的检测经验和总结文献研究[18-25]，将土壤有效磷的检测关键点总结如下：

(1)浸提剂pH值。方法所用浸提剂为0.5 mol/L的NaHCO3(pH值=8.5)，土壤有效磷的测定值随pH值的增加而增大，因此每次浸提前都要重新校正pH，并且保证一个批次的标线、标样和样品所使用的浸提剂pH一样。

(2)浸提温度和浸提容器。Olsen法对温度条件要求严格，浸提温度包括室温、液温、器皿温度等几个方面，以(25±1)℃为标准，温度每升高1℃，土壤有效磷含量增加0.43 mg/kg。当室温高于或低于25 ℃时，先开空调进行室温调整，并使温度先稳定1 h，使所有器皿温度与室温一致，冬季可以加热浸提剂至25℃后使用。标准上的浸提容器是200 mL的塑料瓶，在日常检测时，必须保证一批样品的中标样和样品的浸提容器一致，因为容器的大小会影响测量结果，尤其是对于含有效磷高的土壤，容器太小会导致结果偏低。

(3)振荡时间和频率。土壤有效磷的测定值随着振荡时间的增加而增加，必须严格按照标准，在(25±1)℃的空气浴或水浴中，用(180±20)r/min的频率振荡(30±1)min后，立即摇匀过滤。

(4)显色温度和时间：钼锑抗法显色以20～40 ℃为宜，温度高显色快，温度低则显色慢，如果室温低于20 ℃，可放置在30～40 ℃的培养箱中保温30 min，取出冷却后比色，比色波长为880 nm，此波长处无有机质干扰。

2.3.5 土壤碱解氮

本次能力验证土壤碱解氮检测采用碱扩散法，此法步骤繁琐，影响因素较多，虽然该项目本次考核的满意度为100%，但在日常的批量检测中，为了提高检测效率，提高准确的检测数据，就必须对易出问题的环节严格把关[26-27]。

碱扩散法中，碱解使用的高浓度氢氧化钠与吸收液硼酸在同一个容器(扩散皿)的内外室中，极易造成交叉污染，造成结果偏高，因此在选择扩散皿，尽量选内室深一点的扩散皿。在涂碱性胶液时要特别细心并且不能涂太多，盖上毛玻璃片(毛面向下)后，要旋转数次，不能有气泡，保证完全盖严，以防扩散过程中有氨气逸出，造成结果偏低。在加氢氧化钠时，速度要快、手法要稳，以免飞溅到内室或生成的氨气漏出。用硼酸吸收氨时，温度不宜超过40℃，温度过高，影响硼酸对氨的吸收。实验完后，先用水多次冲洗扩散皿后，放入稀酸中浸泡，再依次用自来水、纯水冲洗干净，正常风干后待用。如果扩散皿内室不干净，一加硼酸就会立刻变蓝，就需要重做。

2.3.6 土壤缓效钾

本次能力验证土壤缓效钾的满意度为91.9%，根据原始记录的反馈情况，74.1%的实验室用火焰光度计法，18.5%的实验室用原子吸收分光光度法，7.4%的实验室用等离子体发射光谱法，未发现因所用仪器不同而产生明显的结果差异，土壤缓效钾的检测难点在提取环节，提取时要注意以下两点[28-29]：

(1)跟土壤有机质检测一样，消煮温度和时间对检测结果影响较大，加热时温度要均匀，不要忽高忽低，油浴液面要高于消煮管中溶液面，确保样品溶液完全受热。

(2)煮沸时间要严格掌握，煮沸10 min是从溶液真正开始沸腾起计算时间，碳酸盐土壤消煮时有大量的CO2气泡产生，注意区分溶液真正沸腾。对于某些富含有机质或碳酸钙的土壤，煮沸时应注意避免溶液溢出。

2.3.7 土壤速效钾

本次能力验证土壤速效钾的满意度为97.3%，原始记录反馈的仪器使用情况与土壤缓效钾一直，未发现因所用仪器不同而产生明显的结果差异。土壤速效钾的检测难点在浸提环节，和土壤有效磷浸提一样，浸提剂、浸提的温度、时间、容器、振动频率都对结果有很大的影响，浸提过程注意事项参考土壤有效磷检测。此外，含乙酸铵的钾标准溶液不能久放，以免长霉影响测定结果，如果样品含量过高需要稀释时，应用乙酸铵浸提剂稀释定容，以消除基体效应[30]。

3 结 论

此次共组织了土壤养分7各项目的能力验证，参加者主要是四川省内的实验室，虽然参加的实验室不是很多，结果满意率也尚可，但基本客观反映了四川省内从事土壤常规养分项目检测实验室的整体检测能力水平。土壤常规养分项目检测看似简单，但实际检测过程中影响因素多、细节把握严格，需要检测人员具有丰富的经验和过硬的业务能力。

有关土壤常规养分项目的能力验证、盲样考核、实验室比对活动较少，建议加强这类项目的能力验证等外部质控活动频率，让实验室通过此类实验室对比活动积累经验，减小差距，不断提高自身检测业务能力，为客户提供更准确、可靠的检测数据，为耕地质量保护与监测提供更有力的技术支撑。