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3種土壤有機質檢測技術比較分析

時間:2019-10-11 來源:農業與技術 作者:郭艷 本文字數:3102字

  摘    要: 有機質是土壤的重要組成部分,是作物養分管理中的重要因素之一,土壤有機質含量的測定也是指導合理施肥的重要依據之一。不同有機質檢測方法測定的結果也不盡相同,本文通過分析3種不同原理有機質檢測方法的優缺點,為有機質測定方法的比較和測定結果在農業生產實踐中的應用提供建議。

  關鍵詞: 有機質; 灼燒法; 化學氧化法; 光譜法;

  有機質是土壤固相組成的主要成分之一,雖然有機質含量僅占土壤重量很小一部分(我國土壤有機質含量一般在0.2%~7.5%,大多數土壤有機質含量僅為0.5%~2.5%)[1],但是土壤有機質與土壤的物理、化學以及生物學特性存在千絲萬縷的關系,是土壤的重要組成部分。土壤有機質含量能有效評價土壤的肥力狀況,對于指導合理施肥有重要的作用,同時對于保護土壤環境和農業的可持續發展也有重要的意義。本文通過實驗室不同有機質測定方法之間的對比,希望能為有機質檢測方法選擇和結果應用提供參考依據。

  1、 有機質測定方法

  土壤有機質的測定方法較多,常用的方法有干燒法、濕燒法,容量分析法(比如:重鉻酸鉀容量法(外加熱法)和稀釋熱法(水合熱法))、比色法、直接灼燒法等,容量分析法是常規實驗室使用較普遍的方法之一[2]。根據土壤有機質測定原理不同,檢測方法主要分為灼燒法和化學氧化法2種。其中灼燒法是通過高溫條件,使有機質分解出CO2,通過灼燒前后樣品質量的變化或CO2的分解量推算有機質含量的一種方法。化學氧化法是通過氧化土壤有機碳所消耗氧化劑的量來確定有機質含量的一種方法。實驗室常用的重鉻酸鉀氧化-外加熱(容量法)、堿溶比色法等屬于化學氧化法[3]。灼燒法和化學氧化法,是直接進行有機碳含量的測定方法,相對于而言光譜法則是一種根據有機質的光譜特征間接測定有機質含量的方法。因此,根據檢測的原理,本文主要針對TOC分析法,重鉻酸鉀氧化-外加熱法(容量法)以及土壤光譜法三種方法進行對比和分析。

  1.1、 灼燒法-TOC分析法

  灼燒法是通過碳氮自動分析儀并結合高溫電爐等前處理設備進行有機質檢測的方法,常用的檢測設備包括總有機碳(TOC)分析儀、High TOC II分析儀、CNS元素分析儀等[4],其儀器原理基本相似,是將有機碳通過高溫(350~1000℃)氧化碳成為CO2,通過灼燒前后的質量差或者通過測量釋放出CO2量,推算有機質的含量。灼燒法操作相對簡便,可以直接進行原始土樣檢測,無需復雜的前處理,檢測效率較高,適合實驗室批量樣品的測定[5]。

  TOC分析法,是通過添加鹽酸除去土壤樣品中無機碳對測量結果的影響,直到反應完全,樣品不再起泡,將烘干的樣品放入TOC分析儀中,在高溫條件下,通過觸媒的催化作用,將有機碳完全氧化成為CO2,在凈化混合氣體之后,提純CO2氣體,然后通過紅外檢測器檢測確定樣品中有機碳的含量[5]。雖然TOC分析儀測定具有操作簡單、分析時間短、樣品消耗少等優點,但是樣品預處理過程中殘留的酸會嚴重影響設備的使用壽命,而且TOC分析儀價格偏高,因此該方法未得到有效的推廣和普及[6]。
 

3種土壤有機質檢測技術比較分析
 

  1.2、 化學氧化法重鉻酸鉀氧化-外加熱法(容量法)

  化學氧化法在酸性環境中通過不同的氧化劑氧化土壤中的有機碳,根據氧化劑的消耗量來測算有機質的含量,這種檢測方法能夠消除碳酸鹽對測定結果的影響,操作相對簡便,結果準確度也較高。重鉻酸鹽氧化法、過硫酸鹽氧化法、臭氧氧化法和微波消解法等均采用了化學氧化法的原理。常規實驗室常用的方法是重鉻酸鉀氧化-外加熱法(容量法):在高溫條件下,用過量的重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化土壤中有機碳,并用硫酸亞鐵標準溶液回滴過量的重鉻酸鉀,通過氧化過程中消耗重鉻酸鉀的量推算有機碳含量[6],結合轉化系數計算有機質的含量。為了能夠有效地消解土壤中的有機碳,通過稀釋加熱或者外加熱的方式進行加熱,其中外加熱法氧化溫度較高(170~180℃),實驗室一般采用油浴加熱,有機碳的氧化率可達90%~95%(相對于干燒法),本測定方法計算有機質含量需要輔助校正系數1.1,由于消解程度不同,不同質地的土壤檢測結果存在一定的差異。

  1.3、 土壤光譜法

  土壤的光譜反射特性是土壤基本性質之一,與土壤的物化性質密切相關[7]。不同土壤形態發射的特征曲線也有所不同,這種特性為研究土壤性狀提供了新的途徑和指標[8]。土壤有機質光譜測定法是一種間接有機質的檢測方法,該方法是根據土壤自身的光譜特點,通過有機質在特定光譜帶中反射率的變化估測有機質含量。土壤光譜分析具有分析速度快,能夠實現樣品的在線檢測和無損檢測。趙鎖勞[9]等在2002年首次嘗試了運用光譜法對我國黃土區有機質含量進行分析評價,石樸杰[10]等通過以河南永城礦區復墾農田為例,對土壤有機質的實測含量與光譜測定結果進行線性分析,建立了多種有機質含量和高光譜估測模型,為土壤有機質含量的特征光譜測定奠定了基礎。

  2、 有機質測定方法優缺點比較

  綜上對常用有機質測定方法的分析,不同的有機質檢測方法由于檢測原理和分析設備的不同,存在著各自的優缺點。

  2.1、 灼燒法

  灼燒法操作簡單,適合大量樣品的快速測定。目前,TOC分析儀測定土壤有機碳含量的方法已經被普遍接受,可以相對快速地完成實驗室批量樣品的測定。就TOC分析法本身而言,有機碳測量值與有機質含量之間的轉化系數為經驗系數,對于不同質地的土壤而言,其檢測結果存在差異。

  2.2、 化學氧化法

  化學氧化法可以通過容量法和比色法來測定有機質含量,不需要高端的預處理和檢測設備。重鉻酸鉀氧化—外加熱法(容量法)被廣泛用作實驗室中土壤有機質含量的檢測。但是該方法必須對待測土樣進行風干處理,樣品的前處理工作量較大。水稻土等處于長期淹水狀態的土壤,由于還原性物質較多,重鉻酸鉀用量較多,會間接導致測定結果虛高。如果土壤有機質含量超過150g/kg,在樣品稱樣量較少的情況下,測定結果會出現偏差。

  2.3、 土壤光譜法

  光譜法操作簡單、方便,適合快速估測土壤有機質含量。但是光譜測定過程中,測定標準不統一,由于土壤光譜形成是多種因素作用的結果,不同的土壤類型其光譜特征有所不同,諸如樣品處理不一致等因素可能導致結果差異,而且光譜儀設備價格昂貴,限制了其使用范圍。但是利用光譜法檢測相近地塊有機質含量,可以滿足省時、省力和高效的要求。

  3、 結論與展望

  常規的方法測定有機質,通過現場采樣,實驗室化學分析,耗時、費力、效率低,但是具有一定的通用性,尤其是重鉻酸鉀氧化法廣泛應用于生產實踐和科研、教學等領域。相比而言,光譜法在測定土壤有機質具有更多的優勢,尤其是結合了遙感技術,光譜測定有機質含量將顯示出巨大的應用前景。然而由于土壤光譜的復雜性和土壤光譜測定的標準不統一,測定設備昂貴等因素的限制,光譜的測定方法未能得到廣泛的推廣和應用。

  參考文獻

  [1] 劉煥龍.肥料配方師[M].北京:中國農業大學出版社,2013:11-24.
  [2]張新明,徐新超.植物養分資源化學分析及其應用[M].北京:中國農業出版社,2018:10-25.
  [3]劉征捷.土壤有機質良種測定方法對比分析[J].農業經濟與科技,2016,27(12):42-45.
  [4]李志鵬,潘根興,李戀卿,等.水稻土和濕地土壤有機碳測定的CNS元素分析法與濕消化容量法之比較[J].土壤,2008,40(4):580-585.
  [5]吳才武,夏建新,段崢嶸,等.土壤有機質測定方法評述與展望[J].土壤,2015,47(3):453-460.
  [6]陳碧珊,陳詩敏,何熾鵬.雷州半島紅樹林濕地表層沉積物顆粒度分布特征[J].現代地質,2019(01):198-205.
  [7]徐彬彬.土壤光譜反射特性研究及其應用[J].土壤學進展,1987,15(1):1-7.
  [8] 戴昌達.中國主要土壤光譜反射特性分類與數據處理的初步研究[C].北京:科學出版社,1981:315-323.
  [9]趙鎖勞,彭玉魁.我國黃土去土壤水分、有機質和總氮的近紅外光譜分析[J].分析化學,2002(8):978-980.
  [10]石樸杰,王世東,張合兵,等.基于高光譜的復墾農田土壤有機質含量估測[J].土壤,2018,50(3):558-565.

    郭艷.土壤有機質不同測定方法的對比[J].農業與技術,2019,39(18):25-26.
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