有機(jī)質(zhì)檢測技術(shù)

1、黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院測試化驗(yàn)中心 李 珍 有機(jī)質(zhì)檢測分析技術(shù)有機(jī)質(zhì)檢測分析技術(shù)一一 土壤有機(jī)質(zhì)概念、組成及其在肥力上的土壤有機(jī)質(zhì)概念、組成及其在肥力上的 意義意義二二 土壤有機(jī)質(zhì)測定（以國標(biāo)法為例）土壤有機(jī)質(zhì)測定（以國標(biāo)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(jī)質(zhì)概念土壤有機(jī)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(dòng)物及其分泌物以及土體中植物殘?bào)w和植物分泌物。從化學(xué)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(jī)質(zhì)的組成很復(fù)雜，包括三類物質(zhì):分解很少，仍保持原來形態(tài)學(xué)特征的動(dòng)植物殘?bào)w動(dòng)植物殘?bào)w的半分解產(chǎn)物及

2、微生物代謝產(chǎn)物有機(jī)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(jī)質(zhì)的組成分析測定土壤有機(jī)質(zhì)含量，實(shí)際包括了以上全部2、3兩類及第1類的一部分有機(jī)物質(zhì)，以此來說明土壤肥力特性是合適的。因?yàn)閺耐寥婪柿嵌葋砜?，上述有機(jī)質(zhì)三個(gè)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(jī)質(zhì)的分類土壤有機(jī)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(jī)化合物:包括蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物、蠟、樹脂、有機(jī)酸等，占土壤有機(jī)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(jī)質(zhì)總量的8590。 土壤有機(jī)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(jī)質(zhì)在肥力上的意義土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相物質(zhì)的一個(gè)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(shí)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(jī)質(zhì)含量高低看作是衡量土壤肥力水平的重要指標(biāo)之一。 所以說有機(jī)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(dòng)的能源。土壤有機(jī)

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(xiàng)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(jī)質(zhì)的積累。因此，東北的黑土有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)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(jī)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(jī)質(zhì)的分解作用增強(qiáng)，黃壤和紅壤有機(jī)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(jī)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(jī)質(zhì)含量也有密切關(guān)系。據(jù)浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所水稻高產(chǎn)土壤研究組報(bào)道，浙江省高產(chǎn)水稻土的有機(jī)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(jī)質(zhì)含量也在25.040 gkg-1有機(jī)質(zhì)含量范圍之內(nèi)。對耕作土壤來講，人為的耕作活動(dòng)則起著更重要的影響。因此，在同一地區(qū)耕種土壤有機(jī)質(zhì)含量比未耕種土壤要低得多。影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的另一重要因素是土壤質(zhì)地，砂土有機(jī)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(shè)備4 試劑5 樣品的選擇和

6、制備6 測定步驟7 結(jié)果計(jì)算8 注意事項(xiàng)二 土壤有機(jī)質(zhì)測定法（國標(biāo)法）本標(biāo)準(zhǔn)適用于測定土壤有機(jī)質(zhì)含量在15以下的土壤。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了土壤有機(jī)質(zhì)測定方法的原理、步驟和計(jì)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(jī)碳氧化，剩余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，并以二氧化硅為添加物作試劑空白標(biāo)定，根據(jù)氧化前后氧化劑質(zhì)量差值，計(jì)算出有機(jī)碳量，再乘以系數(shù)1.724，即為土壤有機(jī)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(gè)鄰啡羅啉（C2H8N2）分子與一個(gè)亞鐵離子絡(luò)合，形成紅色的鄰啡羅啉亞鐵絡(luò)合物，遇強(qiáng)氧化劑，則變?yōu)榈{(lán)色的正鐵絡(luò)合物，其反應(yīng)如下： (C2H8N2)3Fe 3+e (C2H8N2)3Fe2+ 淡藍(lán)色 紅色 滴定開始時(shí)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(diǎn)變?yōu)榛揖G色，如標(biāo)準(zhǔn)亞鐵溶液過量半滴，即變成紅色，表示終點(diǎn)已到。2 測定原理3.1 分析天平：感量0.0001g；3.2 電砂?。?.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(shí)鐘；3.6 自動(dòng)調(diào)零滴

8、定管：10.00 25.00mL；3.7 小型日光滴定臺(tái)；3.8 溫度計(jì)：200300；3.9 銅絲篩：孔徑0.25mm；3.10 瓷研缽。3 儀器、設(shè)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(yīng)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(dòng)，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(shí)再加另一份硫酸，直到全部加完為止。 4.8 重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)

10、準(zhǔn)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(shí)過濾），貯于棕色瓶中保存。此溶液易受空氣氧化，使用時(shí)必須每天標(biāo)定一次準(zhǔn)確濃度。 硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定方法如下： 吸取重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度C2。 C2C1 V1/V2（1） 式中：2硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L； 1 重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L； V1 吸取的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

11、 V2 滴定時(shí)消耗硫酸亞鐵溶液的體積，mL。 5.1 選取有代表性風(fēng)干土壤樣品，用鑷子挑除植物根葉等有機(jī)殘?bào)w，然后用木棍把土塊壓細(xì)，使之通過1mm篩。充分混勻后，從中取出試樣1020g，磨細(xì)，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(dòng)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(jī)質(zhì)含量的稱樣量有機(jī)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(jī)質(zhì)含量的規(guī)定稱取制備好的風(fēng)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(dòng)調(diào)零滴定管（3.6），準(zhǔn)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(yù)熱到200230的電砂?。?.2）上加熱。當(dāng)簡易空氣冷凝管下端落下第一滴冷凝液，開始記時(shí)，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(yīng)控制在6080mL為宜，加35滴鄰菲啰啉指示劑（4.6），用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)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{(lán)綠，再變?yōu)樽丶t，即達(dá)終點(diǎn)。如果試樣滴定所用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)不到空白標(biāo)定所耗硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)的1/3時(shí)，則應(yīng)減少土壤稱樣量，重新測定。 6.4 每批試樣測定必須同時(shí)做23個(gè)空白標(biāo)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(jī)質(zhì)含量X（按烘干土計(jì)算），由式（2）計(jì)算： X（V0V)20.0031.724100/m（2） 式中：X土壤有機(jī)質(zhì)含量，； V0 空白滴定時(shí)消耗硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL； V 測定試樣時(shí)消耗硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL； 2 硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)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(jī)碳換算為有機(jī)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(shù)平均值表示，保留三位有效數(shù)字。7 結(jié)果計(jì)算7.2 允許差土壤有機(jī)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(jī)質(zhì)含量可以用土壤中一般的有機(jī)碳比例（即換算因數(shù)）乘以有機(jī)碳百分?jǐn)?shù)而求得。其換算因數(shù)隨土壤有機(jī)質(zhì)的含碳率而定。各地土壤有機(jī)質(zhì)組成不同，含碳量亦不一致，因此根據(jù)含碳量計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量時(shí)，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(jī)碳而不用有機(jī)質(zhì)含量表示。

15、注意事項(xiàng)：1 以上方法主要是通過測定氧化劑的消耗量來計(jì)算出土壤有機(jī)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(yīng)，導(dǎo)致有機(jī)碳的不正確結(jié)果。土壤中Fe2+或Cl-的存在將導(dǎo)致正誤差，而活性的MnO2存在將產(chǎn)生負(fù)誤差。但大多數(shù)土壤中活性的MnO2的量是很少的，因?yàn)閮H新鮮沉淀的MnO2，將參加氧化還原反應(yīng)，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(yán)重的誤差。 2 土壤中氯化物的存在可使結(jié)果偏高。因?yàn)槁然镆材鼙恢劂t酸鉀所氧化，因此，鹽土中有機(jī)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(jìn)有機(jī)質(zhì)分解的作用。據(jù)研究，當(dāng)使用Ag2SO4時(shí)，校正系數(shù)為1.04，不使用Ag2SO4時(shí)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(fēng)干。一般可把樣品磨細(xì)后，鋪成薄薄一層，在室內(nèi)通風(fēng)處風(fēng)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(gè)月風(fēng)干處理，樣品中仍有亞鐵反應(yīng)

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(shí)，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(jì)算時(shí)間。掌握沸騰的標(biāo)準(zhǔn)盡量一致，然后繼續(xù)消煮5min，消煮時(shí)間對分析結(jié)果有較大的影響，故應(yīng)盡量記時(shí)準(zhǔn)確。 6 消煮好的溶液顏色，一般應(yīng)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(shí)消耗硫酸亞鐵量小于空白用量的1/3時(shí)，有氧化不完全的可能，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)氫氧化鋇溶液吸收，再用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定。用上述方法測定土壤有機(jī)碳時(shí)，也包括土壤中各元素態(tài)碳及無機(jī)碳酸鹽。因此，在測定石灰性土壤有機(jī)碳時(shí)，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(jī)碳和總碳的含量，從全碳結(jié)果中減去無機(jī)碳。干燒法和濕燒法測定CO2的方法均能使土壤有機(jī)碳全部分解，不受還原物質(zhì)的影響，可獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，可以作為標(biāo)準(zhǔn)方法校核時(shí)用。由于測定時(shí)須要一些特殊的儀器設(shè)備，而且很費(fèi)時(shí)間，所以一般實(shí)驗(yàn)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(dòng)分析儀，已應(yīng)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(fēng)干處理仍有亞鐵反應(yīng)的土壤。即有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)酸回滴,計(jì)算有機(jī)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(jī)質(zhì)研究領(lǐng)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(jī)碳，剩余的氧化劑用標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵溶液回滴，從消耗的氧劑量來計(jì)算有機(jī)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(jìn)行測定時(shí)，有的直接利用濃硫酸和重鉻酸鉀（2:1）溶液迅速混和時(shí)所產(chǎn)生的熱（溫度在120左右）來氧化有機(jī)碳，稱為稀釋熱法（水合熱法）。也有用外加