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土壤氮分析(一)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2017-09-07

一、分析意义

土壤氮可分为有机态和无机态两大部分,二者之和称为土壤全氮,它不包括土壤空气中的氮。由于成土条件的不同,不同类型以及同一类型中的不同土壤之间,全氮含量的差异很大。一般来说,矿质土壤的全氮含量大约在0.01%~5%之间,有机土壤的全氮含量则达1%或更高。

氮素是作物生长的重要营养元素之一,土壤氮素在土壤肥力中起着相当重要的作用。研究表明,即使在使用大量氮肥情况下,作物中积累的氮素中仍有50%左右来自土壤,在某些土壤上这个数字更高。土壤中氮家总量及各种存在形态与作物生长有着密切的关系。分析土壤全氮及其各种形态氮的含量是评价土壤肥力,拟定合理施用氮肥的主要根据。

土壤中的氮素绝大部分以有机态存在,它的含量和分布与土壤有机质密切相关,土壤有机质含量决定于其年形成量和分解量的相对大小。

我国各自然植被下的土壤表土中氮素含量范围在0.044%±0.027%与0.503%±0.200%之间。由东向西,黑土-黑钙土-栗钙土-漠钙土序列逐渐减少;由北向南,黑土-暗棕壤,白浆土-棕壤-褐土的序列明显降低。由此继续向南,黄棕壤氮素含量维续降低;黄棕壤-红壤-砖红坡逐渐升高。耕地土壤除受各自然因家制约外,还更强烈地受到人为耕作,施肥等影响,其全氮含量在0.063%±0.029%与0.263%10.04%之间,大体上与自然植被土壤相似。东北黑土地区最高,黄土高原与黄淮海平原最低,长江中下游、江南、云贵高原及四川以及华南、滇南、蒙新、青藏等地区,介于二者之间。后者中大体上又有依长江中下游、江南、蒙新、云贵高原及四川以及华南、滇南、蒙新、青藏的序列而逐渐增多。

不同土壤不仅表土的氮素含量不同,且剖面分布状况也各异。黑土的腐殖质层最为深厚,可达80cm~100cm或以上,栗钙土的腐殖质层一般仅在22cm~44cm之间。氮素的剖面分布也形响剖面的氮素储量。自然植被土壤中黑土因其表层含氮量最高且腐殖质层深厚,氮储量也最高,其后依次为暗棕壤、砖红壤、红壤、黑钙土、栗钙土、灰钙土等,而以棕漠土的氮储量最低。在耕地土壤中除东北黑土区外,太湖地区土壤氮素储量最高,黄淮海平原和黄土高原最低。

无机氮包括固定态铵、交换性铵,NO- 和NO2-和NOx等,它们占表土全氮的比例最低仅1%左右,最高可达60%以上。有机态氮是土壤氮家的主要存在形式,是交换性铵和NO3--N的来源和汇。有机氮的组成复杂,目前已分离鉴定出的含氮化合物的单体有氮基酸、嘌呤、嘧啶以及微量存在的叶绿素及其衍生物、磷脂、各种铵、维生索等很多种。尽管如此,目前对有机氮还是了解不多,大约有一半以上有机态氮以何种形态存在还不清楚。

土壤氮素形态各异、种类繁多,各种形态氮的含量受微生物和环境因子作用而改变。通过测定土壤氮素的含量、形态分布,可阐明土壤氮素供应能力,为合理施用氮肥提供依据。

二、土壤全氮分析

(一)开氏消煮法

1、方法选择的依据

目前测定全氮的方法有多种,但普遍采用的是硒粉-硫酸铜-硫酸钾-硫酸消煮法,又称开氏法。主要是用硫酸钾、硫酸铜和硒粉作催化剂,加入浓硫酸,在高温处理下将土壤中有机含氮化合物转变成NH4+。开氏消煮法最广泛应用于全氮的侧定,由于分析者分析的要求和目的需要,方法得到不断地改进。当难提取性固定态铵的含量高时,开氏法的测定值偏低。在这种情况下需用HF-HCI法破坏粘土矿物,从而较准确地测定出包括固定态铵在内的全氮。一般的开氏法也不包括N02--N和NO3- -N。如果分析NO3- -N含量高的土壤,必须侧定包括N02-和N03-的全氮,在方法中就必须加入将NO2-和NO3-还原成NH4+的步骤(土壤氮素分析法,1980)。还原方法有多种,常见的约有三种修正开氏法:水杨酸法、高锰酸钾-还原性铁法以及Zn-CrK(SO4)2法(土壤分析手册,1992)。其中常用的有水杨酸法、高锰酸钾-还原性铁法。因这两种方法回收率较高,而深受分析者的喜爱。

选择适当的开氏消煮法方法需根据分析的需要和实验室的条件,选择内容包括硫酸或双氧水,大量法或半微量法,包括或不考虑N02 -和NO3-,以及用电极或蒸馏法滴定或自动测定等。因大量法目前用得很少,在这里不作介绍。现介绍常用的开氏消煮法。本法测得的N不包括NO2--N和NO3N,因NO3-在消煮过程中易挥发损失不会还原为NH4+。但一般土壤中NO2--N和NO3--N含量不超过全氮量的1%,故可以忽略不计。如土壤中含有显著数量NO2--N和N03--N时,则须改用其它改进法测定。

2、分析原理

土壤中的含氮化合物,利用浓硫酸及少量的混合催化剂,在强热高温处理下分解,使氮素转变成为NH4+〔主要形成NH4SO4-1。及(NH4)2SO4],但原有土镶中的NO3--N,并没有变成NH4+,其量极微。当加入NaOH呈强喊性。pH超过10时,NH4+则全部变为NH3而逸出,经蒸馏用棚酸液吸收,再用酸标准溶液滴定(澳甲酚绿和甲基红作混合指示剂,其终点为桃红色),由酸标准液的消耗量计算出氨量。

3、仅器及设备

开氏瓶(50mL);半微量定氮蒸馏器;半微量滴定管(10mL)

4、试剂

(1)混合催化剂:硫酸钾(K2S04) 100g,硫酸铜(CuSO4·5H2)10g及硒(Se)1g,分别研磨成粉,再混合均匀。

(2)浓硫酸[H2SO4,p=1.84g·cm-3,化学纯]

(3)氢氧化钠溶液〔c(NaOH)=10mol·L-1]:400g氢氧化钠放入1L的烧杯中,加入500 mL的无CO2蒸馏水溶解。冷却后,用无CO2的蒸馏水配成1L,充分混匀(储用期间避免与大气CO2接触),储于塑料瓶中。

(4)混合指示剂:溶解0.099g的澳甲酚绿和0.066g甲基红于100 mL的乙醇〔ω(CH3CH2OH)= 95%]中。

(5)翩酸指示剂溶液[P(H3BO3)= 20g·L-1]:溶解20g硼酸于950ml的热蒸馏水中,冷后,加入20 mL的混合指示剂,充分混匀后,小心滴加氢氧化钠溶液[c(NaOH)= 0.1mol·L-1,直至溶液呈红紫色(pH约4.5),稀释成1L。

(6)硫酸标准液[c(1/2H2SO4)=0.02mol·L-1]:先配制[c (1/2H2SO4) =0.1 mol·L-1]硫酸溶液,标定后稀释5倍。

5、操作步骤

(1)土样的消煮 称取风干土样(0.25 mm)约1.0 xxxg(含N约1mg左右),放入干操的50mL开氏瓶中,加入1.1g混合催化剂(试剂1),注入3 mL浓硫酸(试荆2),摇匀,盖上小漏斗,放在电炉上,开始用小火徐徐加热,待泡沫消失,再提高温度(注意防止作用过猛),然后微沸消煮,当消煮液呈灰白色时,可加高温度,待完全变为灰白稍带绿色后,再继续消煮lh。消煮时的温度以硫酸在瓶内回流的高度约在瓶颈上部的1/3处为好。消煮完毕前,需仔细观察消煮液中及瓶壁是否还存在黑色炭粒,如有应适当延长消煮时间,待炭拉全部消失为止,取下开氏瓶,冷却。

参考资料:土壤农业化学分析方法

 


【关键词】土壤全氮,氮素, 无机氮,土壤氮,国家标准物质网 

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