有機質(zhì)檢測技術

1、黑龍江省農(nóng)墾科學院測試化驗中心 李 珍 有機質(zhì)檢測分析技術有機質(zhì)檢測分析技術一一 土壤有機質(zhì)概念、組成及其在肥力上的土壤有機質(zhì)概念、組成及其在肥力上的 意義意義二二 土壤有機質(zhì)測定（以國標法為例）土壤有機質(zhì)測定（以國標法為例）三三 介紹其它的幾種檢測方法介紹其它的幾種檢測方法 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要土壤有機質(zhì)概念土壤有機質(zhì)概念泛指土壤中來源于生命的物質(zhì)。包括土壤微生物和土壤動物及其分泌物以及土體中植物殘體和植物分泌物。從化學物質(zhì)角度,通常指土壤中除碳酸鹽和二氧化碳以外的各種含碳化合物的總稱。土壤有機質(zhì)的組成很復雜，包括三類物質(zhì):分解很少，仍保持原來形態(tài)學特征的動植物殘體動植物殘體的半分解產(chǎn)物及

2、微生物代謝產(chǎn)物有機質(zhì)的分解和合成而形成的較穩(wěn)定的高分子化合物腐植酸類物質(zhì)土壤有機質(zhì)的組成分析測定土壤有機質(zhì)含量，實際包括了以上全部2、3兩類及第1類的一部分有機物質(zhì)，以此來說明土壤肥力特性是合適的。因為從土壤肥力角度來看，上述有機質(zhì)三個組成部分，在土壤理化性質(zhì)和肥力特性上，都起重要作用。土壤有機質(zhì)的分類土壤有機質(zhì)可分為非特異性的和特異性的兩大類。前者即通常熟知的各類有機化合物:包括蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物、蠟、樹脂、有機酸等，占土壤有機質(zhì)總量的1015；后者稱為腐殖質(zhì)，包括富里酸、腐植酸和胡敏素等，占土壤有機質(zhì)總量的8590。 土壤有機質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)特別是氮、磷的重要來源。它還含有刺激植物

3、生長的胡敏酸等物質(zhì)。由于它具有膠體特征，能吸附較多的陽離子，因而使土壤具有保肥力和緩沖性。它還能使土壤疏松和形成結(jié)構(gòu)，從而可改善土壤的物理性狀。它也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。土壤有機質(zhì)在肥力上的意義土壤有機質(zhì)是土壤固相物質(zhì)的一個重要組成部分，它一方面為植物的生長發(fā)育提供了所必需的各種營養(yǎng)元素；另一方面對土壤結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤物理性狀，同時對調(diào)節(jié)土壤水分、空氣和溫度及其比例也有重要作用。因此常把土壤有機質(zhì)含量高低看作是衡量土壤肥力水平的重要指標之一。 所以說有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，其含量雖少，但在土壤肥力上的作用卻很大，它不僅含有各種營養(yǎng)元素，而且還是微生物生命活動的能源。土壤有機

4、質(zhì)的存在對土壤中水、肥、氣、熱等各種肥力因素起著重要的調(diào)節(jié)作用，對土壤結(jié)構(gòu)、耕性也有重要的影響。是經(jīng)常需要分析的項目。 我國東北地區(qū)雨水充足，有利于植物生長，而氣溫較低，有利于土壤有機質(zhì)的積累。因此，東北的黑土有機質(zhì)含量高達4050gkg-1以上。由此向西北，雨水減少，植物生長量逐年減少，土壤有機質(zhì)含量亦逐漸減少，如栗鈣土為20 30gkg-1，棕鈣土為20gkg-1左右，灰鈣土只有1020gkg-1。向南雨水多、溫度高，雖然植物生長茂盛，但土壤中有機質(zhì)的分解作用增強，黃壤和紅壤有機質(zhì)含量一般為2030gkg-1。華北地區(qū)不同肥力等級的土壤有機質(zhì)含量約為：高肥力地15.0gkg-1，中等肥力地

5、10.014.0 gkg-1，低肥力地5.010.0 gkg-1，薄砂地5.0 gkg-1。南方水稻土肥力高低與有機質(zhì)含量也有密切關系。據(jù)浙江省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所水稻高產(chǎn)土壤研究組報道，浙江省高產(chǎn)水稻土的有機質(zhì)含量大部分為23.648 gkg-1 ，均較其鄰近的一般田高。上海郊區(qū)高產(chǎn)水稻土的有機質(zhì)含量也在25.040 gkg-1有機質(zhì)含量范圍之內(nèi)。對耕作土壤來講，人為的耕作活動則起著更重要的影響。因此，在同一地區(qū)耕種土壤有機質(zhì)含量比未耕種土壤要低得多。影響土壤有機質(zhì)含量的另一重要因素是土壤質(zhì)地，砂土有機質(zhì)含量低于粘土。1適用范圍與主題內(nèi)容2 測定原理3 儀器、設備4 試劑5 樣品的選擇和

6、制備6 測定步驟7 結(jié)果計算8 注意事項二 土壤有機質(zhì)測定法（國標法）本標準適用于測定土壤有機質(zhì)含量在15以下的土壤。本標準規(guī)定了土壤有機質(zhì)測定方法的原理、步驟和計算方法。1適用范圍與主題內(nèi)容2 測定原理用定量的重鉻酸鉀-硫酸溶液，在電砂浴加熱條件下，使土壤中的有機碳氧化，剩余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標準溶液滴定，并以二氧化硅為添加物作試劑空白標定，根據(jù)氧化前后氧化劑質(zhì)量差值，計算出有機碳量，再乘以系數(shù)1.724，即為土壤有機質(zhì)含量。 2K2Cr2O7+8H2SO4+3C2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2 +8H2O K2Cr2O7+6FeSO4K2SO4+Cr2(SO4)3+3Fe2(

7、SO4)3+7H20 例如：以鄰啡羅啉亞鐵溶液（鄰二氮啡亞鐵）為指示劑，三個鄰啡羅啉（C2H8N2）分子與一個亞鐵離子絡合，形成紅色的鄰啡羅啉亞鐵絡合物，遇強氧化劑，則變?yōu)榈{色的正鐵絡合物，其反應如下： (C2H8N2)3Fe 3+e (C2H8N2)3Fe2+ 淡藍色 紅色 滴定開始時以重鉻酸鉀的橙色為主，滴定過程中漸現(xiàn)Cr3+的綠色，快到終點變?yōu)榛揖G色，如標準亞鐵溶液過量半滴，即變成紅色，表示終點已到。2 測定原理3.1 分析天平：感量0.0001g；3.2 電砂浴；3.3 磨口三角瓶：150mL；3.4 磨口簡易空氣冷凝管：直徑0.9cm，長19cm；3.5 定時鐘；3.6 自動調(diào)零滴

8、定管：10.00 25.00mL；3.7 小型日光滴定臺；3.8 溫度計：200300；3.9 銅絲篩：孔徑0.25mm；3.10 瓷研缽。3 儀器、設備4 試劑 4.1 重鉻酸鉀（GB 64277）； 4.2 硫酸（GB 62577）； 4.3 硫酸亞鐵（GB 66477）； 4.4 硫酸銀（HG 394576）：研成粉末； 4.5 二氧化硅（Q/HG 2256276）：粉末狀； 4.6 鄰菲啰啉指示劑：稱取鄰菲啰啉1.490g溶于含有0.700g硫酸亞鐵（4.3） 的 100mL水溶液中。此指示劑易變質(zhì)，應密閉保存于棕色瓶中備用。 除特別注明者外，所用試劑皆為分析純。4 試劑 4.7 0.

9、4mol/L重鉻酸鉀-硫酸溶液：稱取重鉻酸鉀（4.1）39.23g，溶于600800mL蒸餾水中，待完全溶解后加水稀釋至1L，將溶液移入3L大燒杯中；另取1L比重為1.84的濃硫酸（4.2），慢慢地倒入重鉻酸鉀水溶液內(nèi)，不斷攪動，為避免溶液急劇升溫，每加約100mL硫酸后稍停片刻，并把大燒杯放在盛有冷水的盆內(nèi)冷卻，待溶液的溫度降到不燙手時再加另一份硫酸，直到全部加完為止。 4.8 重鉻酸鉀標準溶液：稱取經(jīng)130烘1.5h的優(yōu)級純重鉻酸鉀（4.1）9.807g，先用少量水溶解，然后移入1L容量瓶內(nèi)，加水定容。此溶液濃度C（1/6K2Cr2O7）0.2000mol/L。4 試劑 4.9 硫酸亞鐵標

10、準溶液：稱取硫酸亞鐵（4.3）56g，溶于600800mL水中，加濃硫酸（4.2）20mL，攪拌均勻，加水定溶至1L（必要時過濾），貯于棕色瓶中保存。此溶液易受空氣氧化，使用時必須每天標定一次準確濃度。 硫酸亞鐵標準溶液的標定方法如下： 吸取重鉻酸鉀標準溶液（4.8）20mL，放入150mL三角瓶中，加濃硫酸 （4.2）3mL和鄰菲啰啉指示劑（4.6）35滴，用硫酸亞鐵溶液滴定，根據(jù) 硫酸亞鐵溶液的消耗量，計算硫酸亞鐵標準溶液濃度C2。 C2C1 V1/V2（1） 式中：2硫酸亞鐵標準溶液的濃度，mol/L； 1 重鉻酸鉀標準溶液的濃度，mol/L； V1 吸取的重鉻酸鉀標準溶液的體積，mL；

11、 V2 滴定時消耗硫酸亞鐵溶液的體積，mL。 5.1 選取有代表性風干土壤樣品，用鑷子挑除植物根葉等有機殘體，然后用木棍把土塊壓細，使之通過1mm篩。充分混勻后，從中取出試樣1020g，磨細，并全部通過0.25mm篩，裝入磨口瓶中備用。5.2 對新采回的水稻土或長期處于漬水條件下的土壤，必須在土壤晾干壓碎后，平攤成薄層，每天翻動一次，在空氣中暴露一周左右后才能磨樣。5 樣品的選擇和制備表1 不同土壤有機質(zhì)含量的稱樣量有機質(zhì)含量，%試樣質(zhì)量，g2以下0.40.5270.20.37100.110150.05 6.1 按表1有機質(zhì)含量的規(guī)定稱取制備好的風干試樣0.050.5g，精確到0. 0001g

12、。置入150mL三角瓶中，加粉末狀的硫酸銀（4.4）0.1g，然后用自動調(diào)零滴定管（3.6），準確加入0.4mol/L重鉻酸鉀-硫酸溶液（4.7）10mL搖勻。 6.2 將盛有試樣的三角瓶裝一簡易空氣冷凝管（3.4），移置已預熱到200230的電砂浴（3.2）上加熱。當簡易空氣冷凝管下端落下第一滴冷凝液，開始記時，消煮50.5min。6 測定步驟 6.3 消煮完畢后，將三角瓶從電砂浴上取下，冷卻片刻，用水沖洗冷凝管內(nèi)壁及其底端外壁，使洗滌液流入原三角瓶，瓶內(nèi)溶液的總體積應控制在6080mL為宜，加35滴鄰菲啰啉指示劑（4.6），用硫酸亞鐵標準溶液（4.9）滴定剩余的重鉻酸鉀。溶液的變色過程是先

13、由橙黃變?yōu)樗{綠，再變?yōu)樽丶t，即達終點。如果試樣滴定所用硫酸亞鐵標準溶液的毫升數(shù)不到空白標定所耗硫酸亞鐵標準溶液毫升數(shù)的1/3時，則應減少土壤稱樣量，重新測定。 6.4 每批試樣測定必須同時做23個空白標定。取0.500g粉末狀二氧化硅（4.5）代替試樣，其他步驟與試樣測定相同，取其平均值。7.1 土壤有機質(zhì)含量X（按烘干土計算），由式（2）計算： X（V0V)20.0031.724100/m（2） 式中：X土壤有機質(zhì)含量，； V0 空白滴定時消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積，mL； V 測定試樣時消耗硫酸亞鐵標準溶液的體積，mL； 2 硫酸亞鐵標準溶液的濃度，mol/L； 0.003 1/4碳原子的

14、摩爾質(zhì)量數(shù)，g/mol； 1.724 由有機碳換算為有機質(zhì)的系數(shù)； m 烘干試樣質(zhì)量，g。 平行測定的結(jié)果用算術平均值表示，保留三位有效數(shù)字。7 結(jié)果計算7.2 允許差土壤有機質(zhì)含量平行測定結(jié)果相差1%0.05%1%4%0.10%4%7%0.30%7%0.50%土壤中有機質(zhì)含量可以用土壤中一般的有機碳比例（即換算因數(shù)）乘以有機碳百分數(shù)而求得。其換算因數(shù)隨土壤有機質(zhì)的含碳率而定。各地土壤有機質(zhì)組成不同，含碳量亦不一致，因此根據(jù)含碳量計算有機質(zhì)含量時，如果都用同一換算因數(shù)，勢必造成一些誤差。盡管這樣，我國目前仍沿用“Van Benmmelen因數(shù)”1.724。在國外常用有機碳而不用有機質(zhì)含量表示。

15、注意事項：1 以上方法主要是通過測定氧化劑的消耗量來計算出土壤有機碳的含量，所以土壤中存在氯化物、亞鐵及二氧化錳，它們在鉻酸溶液中能發(fā)生氧化還原反應，導致有機碳的不正確結(jié)果。土壤中Fe2+或Cl-的存在將導致正誤差，而活性的MnO2存在將產(chǎn)生負誤差。但大多數(shù)土壤中活性的MnO2的量是很少的，因為僅新鮮沉淀的MnO2，將參加氧化還原反應，即使錳含量較高的土壤，存在的MnO2中很少部分能與Cr2O72-發(fā)生氧化還原作用，所以，對絕大多數(shù)土壤中MnO2的干擾，不致產(chǎn)生嚴重的誤差。 2 土壤中氯化物的存在可使結(jié)果偏高。因為氯化物也能被重鉻酸鉀所氧化，因此，鹽土中有機質(zhì)的測定必須防止氯化物的干擾，少量氯

16、可加少量Ag2SO4，使氯根沉淀下來（生成AgCl）。Ag2SO4的加入，不僅能沉淀氯化物，而且有促進有機質(zhì)分解的作用。據(jù)研究，當使用Ag2SO4時，校正系數(shù)為1.04，不使用Ag2SO4時校正系數(shù)為1.1。Ag2SO4的用量不能太多，約加0.1g，否則生成Ag2Cr2O7沉淀，影響滴定。 3 對于水稻土、沼澤土和長期漬水的土壤，由于土壤中含有較多的Fe2+,Mn2+及其它還原性物質(zhì)，它們也消耗K2Cr2O7，可使結(jié)果偏高，對這些樣品必須在測定前充分風干。一般可把樣品磨細后，鋪成薄薄一層，在室內(nèi)通風處風干10天左右即可使Fe2+全部氧化。長期漚水的水稻土，雖經(jīng)幾個月風干處理，樣品中仍有亞鐵反應

17、，對這種土壤，最好采用鉻酸磷酸濕燒測定二氧化碳法 。 4 在測定石灰性土壤樣品時，必須慢慢加入K2Cr2O7H2SO4溶液，以防止由于碳酸鈣的分解而引起激烈發(fā)泡。 5 必須在溶液表面開始沸騰才開始計算時間。掌握沸騰的標準盡量一致，然后繼續(xù)消煮5min，消煮時間對分析結(jié)果有較大的影響，故應盡量記時準確。 6 消煮好的溶液顏色，一般應是黃色或黃中稍帶綠色，如果以綠色為主，則說明重鉻酸鉀用量不足。在滴定時消耗硫酸亞鐵量小于空白用量的1/3時，有氧化不完全的可能，應棄去重做。三 其他的幾種檢測方法（一）經(jīng)典測定的方法有干燒法（高溫電爐灼燒）或濕燒法（重鉻酸鉀氧化），放出的CO2，一般用蘇打石灰吸收稱重

18、，或用標準氫氧化鋇溶液吸收，再用標準酸滴定。用上述方法測定土壤有機碳時，也包括土壤中各元素態(tài)碳及無機碳酸鹽。因此，在測定石灰性土壤有機碳時，必須先除去CaCO3。除去CaCO3的方法，可以在測定前用亞硫酸處理去除之，或另外測定無機碳和總碳的含量，從全碳結(jié)果中減去無機碳。干燒法和濕燒法測定CO2的方法均能使土壤有機碳全部分解，不受還原物質(zhì)的影響，可獲得準確的結(jié)果，可以作為標準方法校核時用。由于測定時須要一些特殊的儀器設備，而且很費時間，所以一般實驗室都不用此法。近年來高溫電爐灼燒和氣相色譜裝置相結(jié)合制成碳氮自動分析儀，已應用于土壤分析中，但由于儀器的限制，所以未能被廣泛采用。土壤中含有較高還原物

19、質(zhì),適合長期漚水的水稻土,雖經(jīng)風干處理仍有亞鐵反應的土壤。即有機質(zhì)在鉻酸和磷酸的作用下分解（160度下消煮）,產(chǎn)生的CO2被KOH吸收并被氯化鋇沉淀之,過量KOH以酚酞為指試劑,用標準酸回滴,計算有機碳含量.以此法結(jié)果與重鉻酸鉀容量法相比較。完全濕燒法（鉻酸、磷酸）完全濕燒法（鉻酸、磷酸）測定測定CO2 （二）容量分析法。目前，各國在土壤有機質(zhì)研究領域中使用得比較普遍的是容量分析法。雖然各種容量法所用的氧化劑及其濃度或具體條件有差異，但其基本原理是相同的。使用最普遍的是在過量的硫酸存在下，用氧化劑重鉻酸鉀（或鉻酸）氧化有機碳，剩余的氧化劑用標準硫酸亞鐵溶液回滴，從消耗的氧劑量來計算有機碳量。這種方法，土壤中的碳酸鹽無干擾作用，而且方法操作簡便、快速、適用于大量樣品的分析。采用這一方法進行測定時，有的直接利用濃硫酸和重鉻酸鉀（2:1）溶液迅速混和時所產(chǎn)生的熱（溫度在120左右）來氧化有機碳，稱為稀釋熱法（水合熱法）。也有用外加