土壤速效氮两种测定方法的测定值相关性研究

夏 栋 潘家荣 张 博 熊诗源

(1.三峡大学化学与生命科学学院,湖北宜昌 443002;2.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌 443002)

土壤中速效态养分的含量是反映土壤养分的供应水平和测土配方施肥的重要依据.根据作物需肥规律、土壤供肥能力和肥料效应进行测土配方施肥,需了解土壤中速效态养分的动态状况,其测定方法通常采用常规分析[1].速效氮测定主要是扩散吸收法,用2mol◦L-1NaOH水解土壤样品,使有效态氮碱解转化为氨气状态,并不断地扩散逸出,由硼酸吸收,再用标准酸滴定[2-3].所需设备简单,操作简便,但需碱解扩散24h,耗时长.

为了提高配方施肥水平,需建立土壤速测系统.土壤养分速测技术是在常规分析方法的基础上发展而来的,为了降低土壤养分综合测试成本,而比常规分析方法测试速度更快、周期更短、精度能满足测土施肥要求的一项综合测试技术[4].目前已有学者[5]对比研究了土壤水解性氮的两种测定方法,提出在大批量测定土壤样品水解性氮时,用蒸馏法代替扩散法是可行的.但是其所使用的半微量定氮蒸馏装置在安装、操作上较繁琐.为了在确保测定结果准确和稳定的前提下提高工作效率,以满足对大批量土壤样品分析工作的需要,以凯氏自动定氮仪为主要实验仪器,结合其方便快捷的特点,以97个土壤样品为试验材料,比较研究了常规分析法(扩散法)与利用凯氏自动定氮仪加碱直接蒸馏法这两种测定方法结果的相关性、差异性,分析了利用凯氏自动定氮仪加碱直接蒸馏法测定速效氮的可行性.

1 材料与方法

1.1 实验仪器与试剂

土壤筛(孔径1mm)(上虞市金鼎标准筛具厂);PL203型电子天平(d=0.001 g)(Made by Metter-Toledo Group);DK8S凯氏自动定氮仪(嘉盛(香港)科技有限公司);SPX-605-Ⅱ型生化培养箱(上海新苗医疗器械制造有限公司);凯氏消化管(嘉盛(香港)科技有限公司)扩散皿;半微量滴定管(5.000mL);其它常规玻璃仪器.

氢氧化钠(AR,天津福晨化学试剂厂);盐酸(AR,武汉华松精细化工有限公司);硼酸(AR,天津市利兴化学试剂供应站);溴甲酚绿(AR,上海试剂三厂);甲基红(AR,上海浦江化工有限公司).

实验中所用蒸馏水均为二次蒸馏水.

1.2 实验方法

1.2.1 土壤样品的采集与处理

于2008年9月和11月两批次采自三峡大学校园内两处人工修复坡地以及高坝洲、水布垭大坝两处的人工修复坡地,2009年6月初采自向家坝工程扰动区人工修复坡地具有代表性的97个土样.将土样放置于风干盘中,摊成2～3 cm薄层,达半干状态时将其压碎,拣出碎石和植物残体.将风干的样品过粗筛充分搅拌混匀,采用四分法取其两份,细磨到全部过孔径1mm土壤筛.

1.2.2 土壤样品的测定

常规法(扩散法):取土样 2g(精确到 0.001g)均匀铺在扩散皿外室.加入2 mL含指示剂的硼酸溶液于内室,盖上毛玻璃,并旋转,使扩散皿露出一条狭缝,迅速加2mL 2mol◦L-1NaOH溶液于扩散皿的外室,立即盖严,在实验台上水平地轻轻旋转扩散皿,使溶液与土壤充分混匀,并用橡皮筋固定.放入40℃的恒温箱中培养24h.取出后,以0.01mol◦L-1HCl标准溶液滴定扩散皿内室硼酸液吸收的氨量,其终点为紫红色.记录所用酸标准溶液的体积.同时做空白.

速测法(凯氏自动定氮仪加碱直接蒸馏法):取土样2g(精确到0.001g)于凯氏消化管中,直接安接在凯氏自动定氮仪上;吸取5 mL含指示剂的硼酸溶液于150 mL锥形瓶中,于承接口吸收蒸馏出的氨.设定加碱量为20mL,蒸馏时间4 min.蒸馏完后(以馏出液50mL左右为宜),用0.01mol◦L-1HCl标准溶液滴定硼酸液吸收的氨量.记录所用酸标准溶液的体积.同时做空白.

1.3 数据处理

数据处理均利用Origin 7.5软件进行分析.采用相关性分析和曲线拟合回归分析对相应指标的相关性进行分析,并建立线性回归方程;同时进行t检验分析.

2 结果与分析

2.1 回归分析

用上述各方法对97个土样逐一测定其速效氮的含量.在计算上采用回归分析对数据进行统计分析(见图1),经模拟建立了两种方法测定值的转换方程.

图1 两种测定方法相关性分析

设Y为速测值转换为常规分析值的换算值,X为速测值.经Origin 7.5软件模拟得其转换模式为

相关性分析表明:R=0.9160(R0.01=0.2673),两者相关性极显著.说明速测法与常规法测定结果之间存在极显著相关关系.

2.2 转换值可行性分析

为检验转换模式的可信程度,从三峡大学校园内其他坡地采集0～20cm 22个土样,用常规分析法和速测法分别测定土壤速效氮的含量,将速测值分别代入转换方程得换算值,比较换算值和常规测定值,用相对误差视其信赖程度.测定结果见表1.

表1 两种测定方法测定值的比较

表1表明,由速测值经模式转换所得的换算值与常规方法测定值存在差值.其绝对偏差为0.26至12.43,相对误差为 0.3%至 16.6%;根据1999年国家林业局批准实施的标准方法[6],对常规方法测定土壤养分的精度要求,平行测定结果的允许误差,速效氮＜50 mg◦kg-1时,允许绝对偏差为 2.5 mg◦kg-1;50～200mg◦kg-1时,允许绝对偏差为2.5～10mg◦kg-1,即允许的相对误差＜20%.通过比较,速效氮＜50mg◦kg-1的土样有13个,有76%满足精度要求,速效氮＞50mg◦kg-1的9个,89%满足精度要求.通过表1说明建立的速测值与常规测定值的转换模式,其计算的结果精度是符合测定要求的,能够表征土壤中速效氮的含量特征.

2.3 常规测定值与换算值的t检验分析

为了进一步验证两种方法的可比性,用Origin 7.5绘图统计分析软件对表1中的常规测定值与换算值进行t检验分析(P为0.05水平上双尾检验),结果如表2所示.

表2 常规测定值与换算值的t检验分析表

从表2可知,t值为0.1195,t出现的双尾概率为0.9055,在P为0.05的水平上常规测定值与换算值之间差异不显著.即用凯氏自动定氮仪加碱直接蒸馏法测定这22个土样速效氮量的转换含量值与扩散法测定的值差异不显著.表明用两种方法的任何一种测定速效氮,均不影响其试验结果,也进一步证明表1的结论,表明利用凯氏自动定氮仪加碱直接蒸馏法测定速效氮是可行的.

3 结论与讨论

(1)经相关性分析,速测值与常规法测定值之间呈显著线性相关,经模拟建立了两种方法测定值的转换方程.其转换模式为

通过分析表明计算值精度是可靠的,符合测定要求,能够表征土壤中速效氮的含量特征.

(2)凯氏自动定氮仪加碱直接蒸馏法具有操作快速(4～5min)、简单,不受干扰离子的影响,重现性好等优点,尤其在批量分析土壤样品时,可节约大量时间;另外采用凯氏自动定氮仪,蒸馏过程全自动,较之凯氏定氮装置其安全系数高.从测定结果来看,二者测定值的差异不显著,基本满足规定的精度要求.因此可以看出,用换算值代替常规分析值指导土壤速效氮量的分析更能满足大批量土样分析的需求.既加速了土壤分析的工作进程和效率,又有利于土壤速测技术广泛推广与应用.

(3)在蒸馏过程中发现,用硼酸吸收氨,吸收液的体积达50mL时,用精密pH试纸检验馏出液,pH试纸未变色,说明硼酸吸收液在50mL时,其吸收的氨量已十分完全.所以建议在试验中硼酸吸收液达到50mL时就停止蒸馏,从而节省试验时间.同时将凯氏管连接到凯氏自动定氮仪上时,要注意紧密性,否则氨易挥出而损失.

[1]杜慧玲,贾鑫龙,孙立艳等.土壤速效磷、速效钾常规测定值与速测法测定值相关性研究[J].山西农业大学学报,2000(2):146-147.

[2]刘本先,刘文彬,刘文峰.土壤中速效氮的测定方法[J].农村科技,2007(10):18.

[3]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社,2000:146-158.

[4]王军民.土壤养分速测法的特点与速测技术[J].耕作与栽培,2002(2):51.

[5]郭 彬,张黎明,王 华等.两种测定土壤水解性氮的方法比较[J].热带农业科学,2007,27(2):40-43.

[6]森林土壤水解性氮的测定(LY/T 1229-1999).中华人民共和国林业行业标准[S].