質檢中心對土壤有機質測定的質量控制分析

栗艷芳 李秀萍 李寶賀

摘 要：土壤有機質可改善土壤的物理、化學及生物特性，是評價土壤養分的重要指標。部級質檢中心采用重鉻酸鉀氧化容量法——油浴法測定土壤有機質含量，其檢測能力提高對檢測單位質量管理有重要意義。本文以連續重復測定土壤樣品3次為例，分析測定過程中待測土壤目數、氧化劑添加量對實驗結果的影響。土壤目數0.15mm與方法中指定0.25mm的樣品測定結果相同，氧化劑重鉻酸鉀的用量直接影響結果的準確性，以準確吸取5.00mL獲得準確結果，減少其用量將導致有機質測定值偏高，同時結合多年土壤有機質測定實操經驗，總結了油浴法測定有機質過程中影響結果準確性的因素和注意事項，為部級檢測中心進行土壤有機質檢測能力提升提供經驗參考。

關鍵詞：土壤有機質;質檢中心;質量控制

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530004

農業農村部的質檢機構能力認證范圍一般包含土壤有機質檢測，檢測能力的提高除能夠準確出具檢定報告外，還可在農產品質量安全檢測機構能力考核中取得滿意結果，質檢中心為有機質測定取得準確結果而進行質量控制有重要意義。

土壤有機質含量是土壤肥力高低的重要指標，土壤有機質包括各種動植物殘體以及微生物及其生命活動的各種有機產物，可改善土壤物理性狀使土壤疏松、形成團粒結構。同時其也是土壤中氮、磷等光養分的重要來源，因此，測定土壤中的有機質含量具有非常重要的意義。有機質的測定方法有重鉻酸鹽容量法、干燒法、灼燒法，方法各有優缺點[1-7]。目前，質檢中心測定土壤有機質的國家標準方法是重鉻酸鉀氧化容量法中的油浴法[8-11]，基本原理是以重鉻酸鉀氧化劑將有機碳氧化，剩余的氧化劑用標準硫酸亞鐵回滴，根據消耗的氧化劑來計算有機碳量。該測定方法雖費時費力，但數據結果穩定、準確，并且檢測頻率高。同時，需要注意的事項也較多，其中有機質氧化溫度、氧化時間控制、指示劑配置及土壤細度等均對有機質含量測定有一定影響。因此，筆者參考常用重鉻酸鉀氧化容量方法，結合多年土壤有機質檢測質量控制經驗，對方法中土壤樣品目數、氧化劑重鉻酸鉀加入量進行試分析，并對試驗中各類需要注意的問題進行總結，有助于檢測人員建立準確、嚴格檢測思想意識，以期為有機質測定取得準確結果奠定基礎。

1 實驗設計

1.1 儀器設備和試劑

試驗中使用數顯恒溫油浴鍋（常州博遠實驗分析儀器廠）、萬分之一天平（梅特勒AL-204）、堿式滴定管（25mL）等實驗室常用設備。

試劑除重鉻酸鉀（K2Cr2O7）標準溶液使用優級純外，硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）、硫酸（H2SO4）、鄰菲羅啉（C12H8N2）指示劑等均為分析純（國藥集團化學試劑有限公司）。試驗中的標準物質用以對有機質試驗準確性進行質量控制，本試驗以土壤有效態成分分析標準物質為質量控制樣品，標準物質選取土壤類型為遼寧棕壤（ASA-1a），標準物質號為GBW07412，簡稱“質控”，有機質標準值10.0±0.5g/kg。

1.2 試驗步驟

試驗樣品選取送檢到農業部農產品質量安全風險評估實驗室土壤樣品，按方法要求進行制備，樣品編號ZW-180403，簡稱“樣品”。

準確稱取通過0.25mm孔徑篩風干試樣0.0500～0.5000g（精確0.0001g）于30mL消煮管中，放入鐵絲籠（消煮時插試管用），準確加入5mL的0.8mol/L重鉻酸鉀溶液，再加入5mL濃硫酸，搖勻，把消煮管放入預先升至170～180℃的油浴鍋中，空白沸騰后準確計時，5min后取出冷卻，少量多次將消煮液轉移到三角瓶中，液體總量達60mL左右后，加3滴鄰菲羅啉指示劑，用硫酸亞鐵標準溶液滴定，溶液的顏色由橙黃—淺綠—藍綠—磚紅，按NY/T 1121.6-2016標準中公式計算。

2 結果與討論

2.1 樣品目數對有機質含量影響

試驗結果由表1可以看出，使用0.15mm土壤于2018年5月15日、5月18日、5月21日連續3次測定有機質含量，分別為11.6g/kg、11.4g/kg、11.4g/kg，樣品有機質含量結果絕對差在0～0.2g/kg范圍內，復合方法中允許誤差1.0g/kg，連續3d測定值與方法規定使用的0.25mm土壤結果相比，絕對差均為0g/kg達到誤差要求1.0g/kg，試驗結果表明，在無0.25mm樣品時可以用0.15mm替代。

用2.00mm土壤測定有機質，連續3d測定結果分別為14.4g/kg、15.1g/kg、15.9g/kg，與0.25mm土壤測定值相比絕對差分別3.2g/kg、3.9g/kg、4.7g/kg，超過試驗誤差1.0g/kg，實驗結果表明，若土壤顆粒較大導致試驗過程中稱樣不均勻，試驗數據穩定性、重現性差，不推薦替代使用。

2.2 氧化劑添加量對有機質含量影響

試驗過程中需要準確加入0.8mol/L重鉻酸鉀5mL將有機碳氧化，重鉻酸鉀過量的用標準硫酸亞鐵回滴。因重鉻酸鉀用量過量，試將其用量減小到4mL，分析減少重鉻酸鉀用量對測定結果的影響，試驗結果見表2。樣品及標準物質于5月15日、5月18日、5月21日3次加入0.8mol/L重鉻酸鉀4mL重復測定土壤有機質含量，因試驗為反滴定，重鉻酸鉀用量減小使硫酸亞鐵標準溶液滴定量減小，按公式計算有機質含量結果與加入5mL重鉻酸鉀相比偏高，所以試驗中不應隨意減少重鉻酸鉀用量。

2.3 實驗中注意事項分析

2.3.1 樣品稱取對有機質含量影響

土壤有機質檢測過程中，要先用尖頭鑷子將土壤樣品中的植物根、莖葉等有機物挑選干凈，以免影響結果;對樣品顏色、土壤目數大小、土壤質地等判斷后再進行測定。

一般土壤顏色較深，有機質含量高于50g/kg（圖1），稱取0.1000～0.2500g;有機質含量在20～30g/kg（圖2），稱取0.2500～0.3500;有機質含量小于20g/kg（圖3），稱0.3500～0.6000g，但有時檢測方法[12]試驗也不能完全按照土壤顏色深淺區分稱樣量。對于石灰性土樣，須緩慢加入濃硫酸溶液，以防由于碳酸鈣的分解而產生劇烈氣泡飛濺導致樣品損失。

2.3.2 藥品配置

試驗中藥品的配置是試驗順利進行的關鍵。在硬質長玻璃試管中氧化有機質時所用重鉻酸鉀需要準確加入5.00mL，每批樣品與空白加重鉻酸鉀溶液的量必須確保一樣。硫酸亞鐵濃度為0.2mol/L，現用現配，使用分析純（AR）即可，此溶液易被空氣氧化而致濃度下降，因此在使用時要標定其濃度。試驗中滴加的鄰菲羅啉指示劑配制后應置于暗處，儲存時間不易過長，如時間過長使滴定顏色突變終點滯后，導致結果誤差偏大。

2.3.3 試驗儀器設備

試驗中儀器設備正常使用是保證數據科學、準確的關鍵。試驗中有機質氧化過程使用硬質玻璃試管，邊緣帶卷邊，方便轉移液體。氧化使用的油浴鍋，內裝液體石蠟，溫度可達300℃左右，油浴鍋使用注意事項如下。

油浴鍋加熱時，由于材質不同使用時應用檢定過的溫度計測試實際溫度，如偏高或偏低應及時調整溫度設置，避免油浴鍋中溫度與顯示屏產生差異;試驗過程中需經常更換液體石蠟。時間較長石蠟變粘稠，沸點降低，導致樣品氧化不夠，建議每2個月更換1次;液體石蠟應達試管1/3～1/2;油浴鍋中的液體可以使用食物油、固體石蠟、液體石蠟等物質，但每種物質各有優缺點，根據材質不同定期更換，以保證結果準確。

2.3.4 氧化時間對有機質含量影響

土壤有機質在氧化過程中，油浴鍋溫度要控制準確。加熱時，要嚴格控制時間，開始的二氧化碳氣泡不是真沸騰，只有在空白沸騰時才能開始計時5min（圖4），所有樣品沸騰時間要一致。周偉峰[13]研究結果指出試驗氧化7min和5min測定結果無顯著差異，從節約能源角度考慮，不宜延長氧化時間。

2.3.5 氧化溫度對有機質含量影響

試驗氧化溫度控制在170～180℃（微沸），土壤中有機碳將全部被氧化，否則影響土壤試驗結果。

2.3.6 土壤樣品稀釋

氧化過程中搖動試管，以使土壤分散，促進氧化完全。若消煮后溶液以綠色為主，說明重鉻酸鉀用量不足，應減少樣品稱樣量重新消煮，直到液體顏色呈黃色。減少稱樣量后，氧化后顏色仍為綠色，應摻混浮石粉或經過高溫灼燒的無有機質的土壤進行固體稀釋。取浮石粉或礦物質放在磁坩堝內，放在馬弗爐里700～800℃灼燒2～3h，直到有機質完全燒盡后備用（顏色見圖5）。作為稀釋樣品攪拌均勻后，按照待測土壤∶稀釋土壤比例為1∶10，計算時將稀釋倍數代入公式計算。稀釋土壤使用時，稀釋土壤在馬弗爐內進行灼燒后進行測定，有機質含量為0g/kg;一般稀釋土壤選擇有機質含量低的沙性土為宜。

2.3.7 滴定過程對有機質含量影響

樣品氧化后冷卻到室溫20～25℃后進行轉移，使用蒸餾水或超純水，轉移液體少量多次全部轉移，總量控制在50～60mL。試驗中注意水質的質量，否則影響滴定終點。加入鄰菲羅啉（C12H8N2）指示劑，用0.2mol/L的標準硫酸亞鐵（FeSO4）溶液滴定，溶液由黃色經過綠色、淡綠色突變為棕紅色即為終點（圖6至圖10）[14]，同時做空白試驗。滴定過程注意顏色變化，接近終點時半滴加入，避免標準硫酸亞鐵溶液加入過量。一般滴定時消耗硫酸亞鐵量不小于空白用量的1/3，否則，氧化不完全，應棄去重做。

3 結語

化學氧化法中的重鉻酸鉀容量法，分析成本較低、測定簡單、方便且不需要特定的儀器設備，目前乃至未來很長一段時間仍是實驗室用來檢測土壤有機質含量的常用方法[15-19]。本試驗中結果表明，土壤樣品粒級大小對測定有機質含量影響明顯，試驗中可用0.15mm土壤代替0.25mm目數測定，此結果與周偉峰[7]文中指出使用的土壤目數結果一致，這是由于土壤質地均勻，有機質氧化較完全，而2.00mm土壤因其顆粒較大，有機質在稱樣時使用樣品量較少，導致樣品不均勻，最終試驗數據穩定性、重現性差，故不應使用。

試驗中重鉻酸鉀氧化劑用量以準確加入5mL獲得準確結果，標準NY/T1121.6-2016及各種參考方法中給定的過量重鉻酸鉀的用量，在此基礎上減少1mL用量將導致有機質含量測定結果值偏高，所以應以方法中指定用量進行有機質氧化。本文根據筆者多年試驗經驗具體分析論述了油浴法操作過程中各種注意事項，其中應以溫度控制170～180℃、溫度計時以空白沸騰開始計算5inm、滴定顏色變化應為橙黃—淺綠—藍綠—磚紅為試驗中關鍵控制點，試驗過程中多方面加以注意，則可保證土壤有機質測定的準確性。

參考文獻

[1] 雙龍，妮薩娜，杜江，等.重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定化探土壤樣品中有機碳含量[J].安徽化工，2016，42（4）110-112.

[2]張全軍，于秀波，錢建鑫，等.鄱陽湖南磯濕地優勢植物群落及土壤有機質和營養元素分布特征[J].生態學報，2012，32（12）：3656-3669.

[3]李靜.土壤有機質測定方法比對分析[J].綠色科技，2012（5）：203-204.

[4]錢寶，劉凌，肖瀟.土壤有機質測定方法對比分析[J].河海大學學報（自然科學版），2011（1）：34-38.

[5]康文靖，彭潤英，蔣端生，等.有機質四種檢測方法的比較及影響因素研究[J].湖南農業科學，2010（13）：89-91.