黎嘉雯

(广州汇标检测技术中心,广东 广州 510670)

土壤是人类赖以生存的土地环境,是植物生长的摇篮,所以土壤的属性与元素分析是化学检测的重要一环。土壤的有效养分是针对植物吸收而言的,土壤养分分为大量元素、中量元素和微量元素。在自然界中,养分主要来源于土壤矿物质、有机质,其次是大气降水、渗水和地下水。耕作土壤中来源于施肥和灌溉。通常是指在一生长季里,土壤中可供植物吸收和利用的养分。而可供当季作物吸收的养分称为速效养分;缓慢释放的可供作物吸收的养分称为缓效养分;这两者都是有效的养分。其中速效养分含量较少仅占全量的1%不到。而土壤中各种形态的养分并无界限,也不是绝对的。各形态养分之间处在动态平衡中。土壤养分的有效性受以下因素影响。强度因素:土壤溶液中的养分浓度。是职务直接吸收的养分形态,是决定植物吸收养分的难易程度。容量因素:是指固相上能够转移到土壤溶液中的有效养分量,也叫做数量因素,它决定了植物吸收养分量的多少。土壤有效养分的测定值是用一种浸提液将某种形态或某几种形态的养分浸提出来的量,它的数值大小只能反映有效养分的多少和土壤费力的高低,是一个相对值而不是绝对值。不同浸提液测定相差有可能会比较大,无可比性。氮、磷、钾是土壤的三大营养素,其中,钾是植物生长发育过程中必不可少的营养元素,不仅能促进植物光合作用,还能增强植物的抗倒伏性。土壤速效钾是植物可以直接吸收利用的元素形态,通常被视作土壤钾素给指示器之一[1]。土壤存在的化学形态包括水溶态、代换态、矿物态以及有机态养分。土壤钾的形态分为水溶性钾、交换性钾、缓效钾以及难溶性钾,其中,速效钾包括了交换性钾和水溶性钾。土壤钾元素并不是越高越好,只有适量的钾元素才能使植物高产,当土壤中的钾元素含量过高时,不仅会影响植物对其他营养元素的吸收,还会造成环境污染等[2]。因此土壤钾的分析对于植物养分以及对于土壤成分分析来说,至关重要。其中速效钾则是最直接的,能被植物所吸收的钾的形态,所以本文主要研究土壤速效钾的测定。而现行有效的关于土壤速效钾的分析方法有以下《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》(NY/T 889—2004)以及《森林土壤钾的测定》(LY/T 1234—2015)。其中,《森林土壤钾的测定》(LY/T 1234—2015)的分析步骤更适用于林地耕地、园地对土壤速效钾的分析,故本文选择此标准作为测定依据。

以标准《森林土壤钾的测定》(LY/T 1234—2015)中的检测过程为实验研究基础,标准以中性1 mol/L乙酸铵溶液为浸提剂,溶液中铵离子与土壤胶体表面的钾离子进行交换,连同水溶性钾离子一起进入溶液,浸提液中的钾可直接用火焰光度计测定。

下文通过改变浸提条件,包括温度条件,分别设定为20,25,30 ℃;时间条件,分别设定为15,30,45 min;转速条件,分别设定为150,165,180 r/min。从而研究在不同浸提条件下土壤速效钾的精密度与正确度情况。

当单一条件变动时,另外两个条件按照标准条件范围设置不作变动以达到改变一个因素,研究该因素对土壤速效钾测定结果的精密度和正确度的影响,为使用本方法进行检测分析的实验室人员提供浸提条件选择的参考依据。

1 实验过程

1.1 试剂及标准物质

1.1.1 浸提剂

称取77.1 g分析纯乙酸铵,溶于800 mL的纯水中,如pH值不为7.0,则应使用体积比1∶1氨水调节至pH值为7.0,最后用纯水定容至1 L。

1.1.2 空白试剂水

通过纯水机制备的水,使用前应进行纯水验收,确保实验室空白无待测物。

1.1.3 体积比1∶1氨水

取50 mL分析纯氨水,至100 mL容量瓶中,用纯水稀释至刻度线。

1.1.4 标准物质

3个不同浓度的土壤标准样品ASA-6b-CZ,生产厂家为中国地质科学院物化所、ASA-5b-CZ生产厂家为中国地质科学院物化所、GBW07495生产厂家为陕西省地质矿产实验研究所有限公司。

标准物质浓度如下:ASA-6b-CZ含量为(100±20) mg/kg,ASA-5b-CZ含量为(220±20) mg/kg,GBW07495含量为(623±18) mg/kg。

1.2 仪器设备

百分之一电子天平、万分之一电子天平、往复式恒温振荡器、火焰光度计。

1.3 样品的采集

根据所采集森林土壤的地形情况,确定样品采集方案,一般采用梅花法、棋盘法或蛇形法等多点混合的方法采样。将所有混样点采集的土壤样品堆放于聚乙烯塑料布上面,去除明显根系后,充分混匀,然后采用“四分法”去除多余样品,留取以风干重计的样品。使用塑料布混样后,需及时将其清理干净,避免下次使用时造成样品间交叉污染。

1.4 样品的制备

按照HJ/T 166的相关规定进行样品制备。

在风干室将土壤样品放置于风干盘中,摊成薄层,适当的时候进行压碎、翻动、挑出碎石、砂砾以及植物残体。

将风干后的样品倒入有机玻璃板上,用木锤敲打,用木滚、木棒、有机玻璃棒再次压碎,挑出杂质,混匀,并用四分法取压碎样,过孔径2 mm尼龙筛。过筛后样品全置于无色聚乙烯薄膜上,充分混匀,再用四分法取其中两份,一份用于细磨,另一份用于留存。

1.5 浸提液的制备

称取过孔径2 mm筛的风干土样5.0 g(精确至0.01 g)于150 mL具塞三角瓶中,加50.0 mL 1 mol/L乙酸铵溶液,盖紧瓶塞,摇匀,在20～25 ℃下,150～180 r/min振荡15～45 min,干过滤,滤液直接在火焰光度计上测定。

1.6 校准曲线的配置

以1 000 mg/L钾标准溶液用1 mol/L乙酸铵溶液定容,获得0.00～30.00 mg/L钾标准系列溶液。用0.0 μg/mL的钾溶液调节仪器零点,然后由低到高依序测定钾标准系列溶液。

以样品浓度为横坐标,样品吸收值之比为纵坐标,建立校准曲线,实测标准曲线为:y= 0.020 2x-1.836 5,r值为0.999 7。

1.7 样品空白

除不加土样外,其他步骤与样品处理一致。样品空白均为未检出。

1.8 结果计算

结果计算与表示

式中:W——速效钾含量,单位为mg/kg;

C——待测液的钾的浓度数值,单位为mg/L;

C0——空白样品钾的浓度数值,单位为mg/L;

V——浸提剂体积,单位为mL;

m——风干土样的质量,单位为g;

k——风干土样换成烘干土样的换算系数;

取平行测定结果的算数平均值为测定结果,结果取整数。

2 浸提条件与结果

2.1 浸提温度

通过改变浸提温度,研究土壤速效钾在20,25 ℃以及30 ℃的条件下的不同浓度标样的精密度与正确度情况。

取3个不同浓度的土壤标准样品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每个样品测试六次,得出不同浸提温度下的速效钾含量与相对标准偏差(RSD),结果见下表1。

在浸提温度为20 ℃条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为4.1%～7.2%;在浸提温度为25 ℃条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为2.6%～6.6%;在浸提温度为30 ℃条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为3.8%～5.6%。各不同浸提温度下的相对标准偏差范围接近,无大差异。得出不同浸提温度下的速效钾含量与相对误差(RE),结果见下表2。

表2 不同温度下土壤速效钾正确度度测定结果

在浸提温度为20 ℃条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-3.2%～10.0%;在浸提温度为25 ℃条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-2.0%～1.8%;在浸提温度为30 ℃条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-4.0%～5.0%。结果表明,浸提温度在25 ℃时,土壤速效钾含量相对误差范围较其他温度下的相对误差要小,故温度设定为25 ℃时,浸提效果较佳。

2.2 浸提时间

通过改变浸提时间,研究土壤速效钾在15 min、30 min以及45 min的条件下的不同浓度标样的精密度与正确度情况。

取3个不同浓度的土壤标准样品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每个样品测试六次,得出不同浸提时间下的速效钾含量与相对标准偏差(RSD),结果见下表3。

表3 不同时间下土壤速效钾精密度测定结果

在浸提时间为15 min条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为2.2%～4.6%;在浸提时间为30 min条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为3.3%～4.5%;在浸提时间为45 min条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为3.1%～4.9%。各不同浸提时间下的相对标准偏差范围接近,无大差异。

得出不同浸提时间下的速效钾含量与相对误差(RE),结果见下表4。

表4 不同时间下土壤速效钾精密度测定结果

在浸提时间为15 min条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-13.2～-2.0%;在浸提时间为30 min条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-2.1%～5.0%;在浸提时间为45 min条件下,土壤速效钾含量的相对误差为-1.0%～1.0%。结果表明,浸提时间在45min时,土壤速效钾含量相对误差范围较其他时间下的相对误差要小,故时间设定为45 min时,浸提效果较佳。

2.3 浸提转速

通过改变浸提转速,研究土壤速效钾在150,165 r/min以及180 r/min的条件下的不同浓度标样的精密度与正确度情况。

取3个不同浓度的土壤标准样品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每个样品测试六次,得出不同浸提转速下的速效钾含量与相对标准偏差(RSD),结果见下表5。

表5 不同转速下土壤速效钾精密度测定结果

在浸提转速为150 r/min条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为4.1%～7.2%;在浸提转速为165 r/min条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为2.6%～6.6%;在浸提转速为180 r/min条件下,土壤速效钾含量的相对标准偏差范围为3.8%～5.6%。各不同浸提转速下的相对标准偏差范围接近,无大差异。

得出不同浸提时间下的速效钾含量与相对误差(RE),结果见下表6。

表6 不同转速下土壤速效钾精密度测定结果

在浸提转速为150 r/min条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-5.5%～3.0%;在浸提转速为165 r/min条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-4.1%～1.0%;在浸提转速为180 r/min条件下,土壤速效钾含量的相对误差范围为-0.2%～0.9%。结果表明,浸提转速在180 r/min时,土壤速效钾含量相对误差范围较其他转速下的相对误差要小,故转速设定为180 r/min时,浸提效果较佳。

3 结论

由上述研究结果表明,使用标准要求范围内的浸提条件对土壤速效钾含量的精密度影响不显著;而对土壤速效钾含量的正确度影响较大。

当浸提温度为25 ℃时,土壤速效钾相对误差范围为-2.0%～1.8%;当浸提时间为45 min时,土壤速效钾相对误差范围为-1.0%～1.0%;当浸提转速为180 r/min时,土壤速效钾相对误差范围为-0.2%～0.9%。

当土壤速效钾的浸提温度为25 ℃、浸提时间为15 min、浸提转速为180 r/min时,正确度相对误差最小,浸提效果最佳。此条件可作为土壤速效钾检测时的选择条件。