土壤有效硫測試方法的探討

黎慶容+李漢濤+劉軍仿+浣祎+彭文勇

摘要：通過盆栽試驗，研究植物全硫與土壤有效硫的相關性，對4種不同的浸提劑進行優選，在選定浸提劑的情況下對土壤有效硫的測試方法進行改進，最后通過準確度和精密度試驗對改進后的方法進行了驗證。篩選了一種較理想的土壤有效硫評價方法和指標并予以統一，以指導合理施用硫肥。

關鍵詞：土壤測試；有效硫；浸提劑；精密度

中圖分類號：S151.9+5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）10-2343-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.010

硫在作物體內既是構成氨基酸、蛋白質的結構組分，又是許多酶與輔酶的活性物質，參與細胞內許多重要的代謝過程[1，2]。硫是所有植物生長發育不可缺少的16種主要營養元素之一，被認為是繼N、P、K之后排名第4位的主要營養成分，已引起國際植物營養界的高度重視[3]。近年來，我國缺硫土壤面積也逐漸增加[4]，在許多省份的土壤上出現缺硫現象，施用硫肥均具有不同程度的增產效果[5]。

土壤中各種形態的硫隨時間不斷變化，有些形態的硫對植物直接吸收有效，有些形態的硫對植物生長中期或長期有效。土壤中大部分硫為有機形態，需要轉化為無機態才能被作物吸收利用。所以，只有同時估計土壤中無機硫和部分有效的有機硫含量才能夠合理評價在作物生長期間有效硫的供應狀況。

評價土壤的供硫能力通常采用土壤測試和植株診斷。雖然植株診斷是判斷土壤硫素豐缺狀況的可靠手段，但依靠植株診斷出來為時已晚，不能及時防治作物缺硫狀況，從而造成作物減產[6]。因此，對土壤中有效硫的及時、有效測定是提前了解土壤硫素狀況、土壤供硫能力，進而指導硫肥合理施用的最有效途徑。由于土壤中不同形態的硫對植物的供需速率具有明顯差異，合理評價有效硫狀況是研究者長期以來一直關注的焦點，也是研究土壤對植物硫素供需狀況的重要指標之一[7-9]。然而，土壤的有效硫難以用生物法直接測定，往往是借助某種化學浸提劑所提取的結果間接表征。因此，硫素的土壤診斷仍需要更多有關浸提劑、有效浸提方法及測定條件的研究，許多研究者提出了多種土壤有效硫的化學測定方法[10]。這些方法中使用的浸提劑主要包括氯鹽溶液（如0.01 mol/L CaCl2和0. 25 mol/L KCl，40 ℃）、磷酸鹽溶液[如0.01 mol/L Ca（H2PO4）2和0.016 mol/L KH2PO4]、堿性溶液[如NaHCO3和Kelowna試劑0.25 mol/L HOAc+0.015 mol/L NH4F]和 酸性溶液（如1 mol/L NH4Ac-HAc，pH 4.0+ 0.15% CaCl2即Morgan試劑）。除氯鹽溶液在40 ℃烘箱中以土液比1∶5（m∶V，g/mL，下同）的浸提3 h外，其他方法均采用1∶5的土液比在振蕩機上振蕩提取1 h。所提取的硫采用比濁法[11]、亞甲基藍比色法和電感耦合高頻等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）測定。另外還有許多研究者考慮土壤有機質的礦化作用采用硫有效性指數（SAL）和有效硫修正值（ASC）[8]作為供硫指標。對這些方法進行評價并篩選出適合中國國情的土壤有效硫測定方法和相應的臨界值指標是合理施用硫肥的關鍵，具有十分重要的研究意義。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗用土壤來自湖北、河北、遼寧3省的8個地區，土壤基本性質見表1。選擇其中的S-1號、S-2號和S-3號土樣作為盆栽試驗土壤。

1.2 供試植物

供試植物樣品為來自中國煙草公司的中煙100。

1.3 盆栽試驗

分別選取S-1號（酸性土）、S-2號（石灰性土）、S-3號（黃棕壤），將不含Cl的復合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）和以上3種土壤混勻后裝入直徑35 cm，高50 cm的瓷盆。取在同樣營養條件下培養良好的8片葉齡煙苗，放入穴中進行培養。兩種作物對應3種類型的土壤分別作3次重復處理。然后分別在煙草各處理的盆栽前、煙草團棵期、現蕾期、成熟期對土壤有效硫用不同的浸提劑進行測定，并同時測定植株的全硫。試驗中3種土各14缽，共42缽，施肥量與土壤質量呈比例。

1.4 土壤有效硫與植物全硫的提取與測定

土壤有效硫的測定采用4種浸提液，配制方法如下：

A：以2 mol/L乙酸為介質的0.01mol/L 磷酸二氫鈣（pH 4.00）：稱取12.6 g Ca（H2PO4）2·H2O（分析純）于少量去離子水中溶解，再加入572 mL乙酸，用去離子水定容至5 L。

B：0.15%氯化鈣：稱取1.5 g CaCl2（化學純）溶于1 L去離子水中。

C：Morgan試劑（1 mol/L NH4Ac-HAc，pH 4.00）+0.15% CaCl2：稱取77.08 g NH4Ac溶于790 mL去離子水中，再加入210 mL乙酸，混勻。最后與1 L 0.15% CaCl2混勻。

D：0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.50）：稱取42.0 g NaHCO3溶于約950 mL去離子水中，用10% NaOH溶液調至pH 8.59（用酸度計測定）再用去離子水稀釋至1 L。

土壤有效硫的測定采用H2O2氧化-BaSO4比濁法[12]；煙草全硫的測定采用Mg（NO3）2氧化-BaSO4比濁法[13]。

1.5 土壤有效硫測試方法的改進試驗

1.5.1 比濁法試驗條件的改進 根據浸提劑測定結果，用浸提劑對所有的供試土壤，設置活性炭和過氧化氫（H2O2）除有機質的比較試驗。對兩種常用的除有機質方法進行比較，其一是活性炭法：用活性炭消除濾液顏色，達到除有機質的效果，其用量根據濾液顏色深淺而定。其二是H2O2 除有機質法：吸取濾液于三角瓶中在電熱板上加熱，加H2O2（質量分數為30%）2～3滴，氧化有機物。待有機物氧化完全后繼續煮沸除去過量的H2O2。endprint

懸浮劑穩定性試驗，通常所用的懸浮劑有阿拉伯膠、聚乙烯醇（PVA）等。阿拉伯膠操作繁瑣，耗時較長。為此參考文獻[14]，探討聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑用于比濁分析。選用這兩種懸浮劑通過試驗對其進行優選。

比濁溫度對土壤有效硫測試的影響。

設置懸浮劑的穩定時間進行不同的比對試驗，得出最佳的分析測試時間。

1.5.2 測定方法的準確度試驗和精密度試驗 測定方法的準確度試驗。用加標回收試驗驗證測定方法的準確度，即在供試土壤樣品有效硫的待測液中加入一定量的硫標準溶液，用與測定樣品同樣的方法進行處理并進行測定。將測得結果減去土樣中的有效硫含量除以所加入的硫含量計算出回收率。

測定方法的精密度試驗。為了驗證方法的精密度，體現測定結果的重復性和再現性，供試土壤樣品有效硫的待測液同時用比濁法按每個樣品進行6次平行測定，對測得的結果用標準偏差和變異系數檢驗，以確定方法是否符合一般微量分析的要求。

2 結果與分析

2.1 浸提劑種類對土壤有效硫的影響

選用“1.4”中的4種浸提劑提取土壤中的有效硫含量，植物樣品用Mg（NO3）2氧化-BaSO4比濁法測試硫含量。土壤植株中硫的含量如表2所示。

由表2可知，不同浸提劑提取的土壤有效硫有很大的差異，土壤的酸堿性對土壤有效硫的浸提也有很大的影響。總的來說，0.5 mol/L NaHCO3 （pH 8.50）提取的有效硫含量較大，0.15% CaCl2浸提得到的有效硫含量最低，0.01 mol/L Ca（H2PO4）2（pH 4.00）和Morgan試劑浸提得到的有效硫居中。

2.1.2 土壤有效硫與煙草全硫的相關性 由不同浸提劑提取堿性土壤有效硫與煙葉全硫的相關性如圖1所示，由圖1可知，D浸提劑提取有效硫與煙葉全硫含量的相關性最好，R2=0.986 1，B、C浸提劑次之，A浸提劑相關性最差。由不同浸提劑提取的酸性土壤有效硫與煙葉全硫的相關性如圖2所示，由圖2可知，對于酸性土來說，浸提劑提取有效硫與煙葉全硫含量的相關性表現為A>B>D>C。由不同浸提劑提取的中性土土壤有效硫與煙葉全硫的相關性如圖3所示，由圖3可知，A浸提劑提取有效硫與煙葉全硫含量的相關性最好，C浸提劑最差。

綜上所述，A浸提劑提取的中性土和酸性土有效硫與煙葉全硫的相關性較好，而用于堿性土相關性較差。C浸提劑提取的土壤有效硫與煙葉全硫的相關性不穩定，B浸提劑用于中性土和堿性土的相關性較差，對于酸性土有較好的相關性，D浸提劑提取的堿性土和中性土有效硫與植物全硫均有較好的相關性，用于堿性土的相關性較其他幾種浸提劑好，而對于中性土，A浸提劑提取的有效硫與植物全硫的相關性更好。

上述結果表明，A浸提劑適用于中性土和酸性土中有效硫的提取；C浸提劑提取的土壤有效硫不能廣泛使用；A浸提劑雖然對酸性土有較好的相關性，但其測試值偏低，不能提取土壤中某些吸附態硫酸鹽，因而不能較好地反映土壤有效硫的真實值；D浸提液受土壤pH影響較大，但能很好地反映堿性土中土壤有效硫的含量。

A浸提劑在中性和酸性條件下的解吸能力較強，除能提取土壤中水溶性硫酸鹽外，還可提取土壤中大量吸附態硫酸鹽，因此這種方法能較好地反映中性和酸性土壤中可浸提態硫的狀況，適用于中性土和酸性土的浸提；D浸提液適用于堿性土有效硫的提取。

2.2 試驗條件對土壤有效硫測定的影響

2.2.1 有機質的影響 有機質對比濁法測土壤有效硫有很大的影響，土壤浸提液中的有機膠體會干擾硫酸鋇沉淀的生成，在低硫濃度下，有機膠體抑制SO42-生成沉淀，導致測定結果偏低，而在高硫濃度下，有機膠體又會與硫酸鋇形成共沉淀，使測定結果偏高。

對供試的8種土壤分別用活性炭法和過氧化氫法去除有機質（表3），設4次重復，并對其求平均值和標準偏差。結果表明，活性炭法除有機質的結果多數比過氧化氫法測得的結果高，只有當土壤有效硫含量較低時（如S-6號土，蘄春的黃棕壤），測試結果活性炭法較過氧化氫法低。試驗時應注意過氧化氫氧化有機物后需繼續煮沸幾分鐘，除盡過量的過氧化氫，因為過量的過氧化氫除氧化有機質外，還會將還原性高的土壤中的低價鐵氧化，有黃色沉淀出現，干擾比濁。通過活性炭法除有機質與過氧化氫法除有機質標準偏差的比較可以看出，活性炭法除有機質的標準偏差多數較過氧化氫法高，由此可以判斷過氧化氫法除有機質的效果比活性炭法好。

2.2.2 懸浮劑的影響 為了使硫酸鋇沉淀能均勻地分散在溶液體系中，通常添加懸浮劑，使比濁時的濁度穩定。在所做的30次標準曲線中發現用0.25%阿拉伯膠為懸浮劑時標準曲線系列的相關系數R2為0.989 3～0.994 2，而用0.5%聚乙烯醇（PVA）混合液為懸浮劑，標準曲線系列的相關系數R2為0.993 2～0.999 4。表明選用0.5%PVA作為懸浮劑比用阿拉伯膠穩定。自6月20日開始每隔3 d選取，其中6組做標準曲線，從中可以看出，選用0.5%PVA作懸浮劑比用阿拉伯膠作懸浮劑穩定，且該方法操作簡便快速（表4和表5）。

2.2.3 比濁時間的影響 比濁法中時間控制對測定結果有重要的影響，這與混濁體系的穩定性有關。表5為用0.5%的聚乙烯醇（PVA）做懸浮劑，標準曲線系列在不同時間段內的吸光度。由表5可知，隨著測定間隔時間的延長，吸光度有變大的趨勢，當比濁時間大于60 min時，讀數變得不理想，穩定性變差，但在60 min以內時，標準系列的吸光度變化不大。故用比濁法測土壤有效硫含量用0.5%的聚乙烯醇（PVA）做懸浮劑時，比濁時間應控制在60 min以內。

2.3 測定方法的準確度和精密度

2.3.1 測定方法的準確度 稱取土樣10.00 g，按土液比1∶5浸提，測定25 mL浸提液中硫的含量，每次測定設4次重復。測定結果見表7。由表7可知，其回收率為94.3%～104.1%，對于常量分析，其回收率能滿足要求，說明采用0.01 mol/L Ca（H2PO4）2，pH 4.00[堿性土用0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.5）]浸提硫酸鋇比濁法測定土壤中有效硫的含量，具有較高的準確度。endprint

2.3.2 測定方法的精密度 精密度通常用標準偏差（S）和變異系數（CV）表示，精密度因待測樣品的濃度不同而不同。因此，在濃度不確定的情況下，選擇分析重復是必要的。本試驗對8種土壤進行6次重復測定，其結果見表8。由表8可知，土壤有效硫含量低，其變異系數則較高，反之，其變異系數則較低。土樣有效硫測得的標準偏差為0.26～1.09，變異系數為0.57%～2.37%。表明該方法的精密度較好，可滿足化學分析方法的要求。

3 小結與討論

迄今，許多研究者提出了各種土壤有效硫的化學測定方法，因為土壤有效硫臨界值的確定決定于所用的浸提劑和測定方法以及所用的指標。所以，有必要篩選一種較為理想的土壤有效硫評價方法和指標加以統一，以指導我國合理施用硫肥。

本試驗首先通過盆栽試驗，研究植物全硫與土壤有效硫的相關性，對4種浸提劑進行優選，然后在選定浸提劑的情況下，對土壤有效硫的測試方法進行改進，如除有機質的最佳方法、懸浮劑的選擇、顯色時間和溫度的控制等。最后通過準確度和精密度試驗對改進后的方法進行驗證。

A浸提液對酸性土壤和中性土壤浸提的有效硫與植物全硫相關性較好，D浸提液對石灰性土壤浸提的有效硫與植物全硫相關性較好。過氧化氫除有機質效果比用活性炭好。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑比用0.25%阿拉伯膠作懸浮劑的標準曲線相關系數要好。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑時，比濁溫度對土壤有效硫的測定影響不大，可以在室溫下進行。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑比濁的穩定時間可達到1 h。改進后的土壤有效硫測試方法比原方法的精密度和準確度要好。

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