消落带土壤全氮测定方法比较

(西华大学能源与环境学院，四川 成都 610039)

全氮是沉积物中所有化学形态氮的总和，沉积物全氮含量的大小，在一定程度上可反映其向上覆水释放氮的潜力。目前，沉积物全氮测定方法通常采用开氏消煮-常量蒸馏-纳氏试剂光度法(简称开氏法)[1-5]，但该法操作繁琐，测定1个样品大约需要40～60 min，不适合分析大批量的样品。过硫酸钾消化法[6-9]主要利用过硫酸钾对样品进行消解，消解后的样品利用分光光度法测定硝态氮的量以反映样品中全氮含量。消落带作为一种水陆交替的衔接地带，在蓄水期间，消落带土壤淹没于水体中，具有类似于沉积物的性质，因此当评估淹水期间消落带土壤氮素对上覆水体的影响时，就需要采集大量的消落带土壤样品进行全氮测定。本文以凯氏消煮-常量蒸馏-纳氏试剂光度法和过硫酸钾消化法分别测定消落带土壤样品的全氮含量，通过对比2种测定方法的结果，分析过硫酸钾消化法替代开氏消煮-常量蒸馏-纳氏试剂光度法的可能性。

1 材料与方法

1.1 实验样品

实验用样品于2012年6月采集自消落带土壤样品，水库水位下降后，使用洛阳铲采集表层土(0～20 cm)，在1 m范围内采集4个不同土样，混合后用四分法缩分至1 kg左右，放在聚乙烯袋中密封好。样品运回实验室后采用自然风干的方式进行干燥，干燥后的样品采用瓷碾磨器碾磨，过100目不锈钢筛子，留待分析。

1.2 实验方法

1.2.1 开氏消煮-常量蒸馏-纳氏试剂光度法测定全氮步骤[1-2]

1)土壤样品的消煮。

取风干土壤样品(100目)1.000 g放入干燥的100 mL开氏瓶中，加入1.1 g混合催化剂(硫酸钾∶硫酸铜∶硒粉=100∶10∶1)，注入3 mL浓硫酸，摇匀，盖一小漏斗，在电炉上消煮，待土壤变成灰白带绿色后，再继续消煮40 min，直到没有黑色碳粒为止。

2)土壤的常量蒸馏。

将开氏瓶中全部消煮液转入250 mL蒸馏瓶中，用少量蒸馏水洗涤开氏瓶4～5次，总用量不超过80 mL，用100 mL的容量瓶(内加10 mL硼酸吸收液)接收馏出液。待蒸馏瓶固定在电炉上时，用一长颈小漏斗快速加入30 mL 40% NaOH溶液后，立即盖上蒸馏瓶盖，开始蒸馏。直到馏出液约80 mL时，停止蒸馏，用少量蒸馏水冲洗冷凝管及其下端，然后定容至100 mL，摇匀。

3)纳氏试剂比色法测定氮含量。

吸取2.0～5.0 mL馏出液于50 mL比色管中，稀释至标线，摇匀，然后加入1 mL酒石酸钾钠，1.5 mL纳氏试剂, 10 min后在420 nm波长下测定其吸光度，计算其含量，同时测定空白值。

1.2.2 过硫酸钾消化法测定全氮步骤[6-9]

称取经研磨至100目的干燥样品0.1 g(准确至0.1 mg)置于消化容器(干燥的50 mL比色管)，加入20 mL消化液(0.24 mol/L NaOH，0.074 mol/L K2S2O8)加盖摇匀，用纱布扎紧盖子，放入高压蒸汽灭菌器中，在135 ℃下高压消化30 min，冷却后取出，取上层清液测定硝态氮，此即为全氮。

2 结果与讨论

2.1 回收率实验结果

为了验证2种测定全氮方法的准确性，本文进行了开氏法和过硫酸钾法测定全氮的回收率实验(每种测定方法设4组实验)。在1.000 g土壤样品中加入1.00 mg的硫酸铵，分别用开氏法和过硫酸钾消化法测定并计算全氮含量。表1是2种方法测定硫酸铵回收率的实验结果，可以看出，这2种方法的回收率相差不大，过硫酸钾消化法的回收率略高于开氏法，平均回收率为99.6%，2种方法的回收率范围分别为99.3%～99.9%、99.2%～99.6%，均能有效回收加入的硫酸铵。

表1 开氏法和过硫酸钾消化法测定硫酸铵的回收率 %

2.2 开氏法和过硫酸钾消化法测定结果比较

样品测定结果如图1所示，样品特征如表2所示，可知采用开氏法测定的全氮，其含量明显低于使用过硫酸钾消化法测定的结果。这主要是因为以开氏法测定的全氮，其值一般未包括硝态氮和亚硝态氮的含量，而过硫酸钾消化法由于过硫酸钾的强氧化性，可将土壤中的氮素全部转化成硝态氮，测定结果几乎包括了土壤中所有形态的氮；所以，以过硫酸钾消化法测定的全氮含量高于以开氏法测定的全氮含量。由于本文所用的样品均为三峡库区消落带土壤样品，而通过2种测试方法比较，开氏法全氮含量明显低于过硫酸钾消化法全氮含量，说明消落带土壤样品中含有一定量的以硝态氮和亚硝态氮形态存在的氮，而硝态氮和亚硝态氮均易溶于水；因此，消落带土壤存在向上覆水体释放氮素的风险。

图1 开氏法和过硫酸钾消化法测定全氮的结果

测定方法开氏法过硫酸钾消化法均值1.051.23范围0.59～1.790.75～2.05标准偏差0.280.28

2.3 开氏法和过硫酸钾消化法相关性比较

由图1可以简单看出2种方法测定全氮的变化趋势，随着开氏法测定结果的增大或减少，过硫酸钾消化法测定结果也具有类似的规律性，说明2者具有一定的关系。为此，本文利用SPSS16.0软件对2种方法的测试结果进行相关性分析，结果见图2，可知2种方法测定结果具有高度的线性正相关(R=0.928，Sig<0.01)，其回归公式为

Y=0.9146X-0.0682

(1)

式中：Y为开氏法测定的全氮值；X为过硫酸钾消化法测定的全氮值。

采用开氏法和过硫酸钾消化法测定结果具有较强的可比性。过硫酸钾消化法测定的全氮含量包含了以硝态氮和亚硝态氮形态存在的氮含量，故其测定结果更接近于土壤全氮含量真实值，测定程序也更简单；因此，在研究三峡水库消落带土壤样品的氮含量特征时，可以用过硫酸钾消化法替代开氏法测定土壤全氮含量。

图2 开氏法和过硫酸钾消化法测定全氮含量的相关性

3 结论

本实验通过2种测定土壤全氮方法的对比，得出以下结论。

1) 开氏法和过硫酸钾消化法测定硫酸铵的回收率值较高，分别为99.4%和99.6%，说明2种方法均可以用来有效测定全氮含量。

2)开氏法测定全氮值低于过硫酸钾消化法，主要是由于开氏法测定全氮通常不包括硝态氮和亚硝态氮，而过硫酸钾消化法测定结果更接近于全氮真实值。

3)开氏法测定全氮结果和过硫酸钾消化法测定结果呈显著性正相关，2种方法测定结果具有可比性。过硫酸钾消化法操作简单、成本低，能快速完成土壤全氮的测定，而且测定结果更接近于真实值；因此，可用于三峡水库消落带土壤样品全氮含量的分析。

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