快速測定土壤有效硼的方法

王佳佳，王雪楓，王勍勍，丁志英，張 娜，楊 松

（西安西北有色地質研究院有限公司，陜西 西安 710054）

硼（B）是植物生長發育所必需的微量營養元素之一，參與植物體內的物質運輸和生理代謝活動，影響作物開花結實[1]。硼在植物體內的含量通常為2～100 mg/kg，小于10 mg/kg時，大多數植物會出現缺硼癥狀，如棉花“蕾而不花”[2]、油菜“華而不實”[3]等；大于100 mg/kg時，植物又會中毒[4]，出現葉緣失綠、葉子早脫現象。植物體內的硼源于從土壤中直接吸收，土壤中能夠被吸收利用的硼稱為有效硼。根據我國土壤有效硼的含量分級，土壤有效硼的適量范圍為0.5 ～1.0 mg/kg[5]，低于0.5 mg/kg時則土壤缺硼，需要施用硼肥，耿國濤等[6]研究發現對低硼含量的紅壤地區土壤施以適量硼肥，不僅能夠提高油菜籽的品質，還能促進油菜增產增收；而含量高于1.0 mg/kg的高硼土壤又會脅迫作物的生長[7]，降低油菜幼苗品質[8]和植煙地的烤煙產量[9]等。因此，及時了解土壤有效硼含量對于植物健康生長、提高農產品品質與產量具有重要意義。

目前測定土壤有效硼含量的方法有分光光度法[10-12]、電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）[13-15]和電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）[16-18]。分光光度法是最常用的測定方法，包括國家標準推薦的姜黃素吸光度法[19]和農業行業標準推薦的甲亞胺比色法[20]，上述兩種方法均是采用直接煮沸的方式浸提土壤中的有效硼，再用姜黃素或者甲亞胺比色法進行測定。姜黃素分光光度法雖靈敏度高，但操作復雜，對反應過程中樣品的蒸發速度、蒸發時間以及脫水條件的一致性要求較高[21]；甲亞胺比色法相對來說操作簡便，但靈敏度低[22]，顯色溫度及顯色后溶液穩定時間對測定結果的準確性都存在干擾[11]。此外，直接煮沸過程中的煮沸強度也難以控制一致，導致測定結果容易出現較大偏差。已報道的方法中大多采用將土壤樣品裝入聚四氟乙烯杯或聚乙烯瓶中加熱提取有效硼[23-25]。筆者通過沸水浸提，試圖尋找一種簡便、快捷，測定結果準確穩定的測定方法，為快速測定土壤有效硼提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器及裝置

Thermo ICP 6000 Series全譜直讀電感耦合等離子體原子發射光譜儀（美國熱電公司）；BSA124S型電子天平，感量0.000 1 g[賽多利斯科學儀器（北京有限公司）]；功率可調電爐；具塞石英錐形瓶（250 mL）；石英回流冷凝裝置。

1.2 試 劑

100 mg/L硼標準儲備液（國家標準物質認證中心）；1.00 mg/L硼標準溶液制備：用100 mg/L硼標準儲備液配制（溶劑與標準儲備液相同），保存于聚乙烯瓶中；實驗用水都是經純化的去離子高純水（電阻率不小于18 MΩ·cm）。

1.3 儀器工作條件

ICP-AES的工作參數設置見表1

表1 ICP-AES儀器工作參數

1.4 實驗方法

稱取通過2 mm孔徑尼龍篩的風干試樣5.000 0 g（精確至0.000 1 g）于250 mL石英錐形瓶中，按土水比例1∶10（質量比），加入50 mL沸騰的去離子水，搖晃混勻，擰緊瓶塞，在塞蓋上接入石英回流冷凝裝置。將石英錐形瓶放入100 ℃水浴中加熱提取12 min(用秒表準確計時)，立即取下三角瓶，稍冷，用中速定量濾紙干過濾，濾液承接于25 mL聚乙烯比色管中，搖勻靜置，用ICP-AES按表1給出的工作條件進行測定。同時進行空白實驗。

1.5 校準曲線的繪制

用1.00 mg/L的硼標準溶液分別配制濃度為0.00、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.20、0.40 mg/L的 標準系列，按儀器工作條件測定并繪制校準曲線。

2 結果與分析

2.1 不同土水質量比對有效硼提取量的影響

按照1.4所述方法和步驟，分別用土水質量比為1∶2、1∶5、1∶10、1∶15對GBW07412a（遼寧棕壤）、GBW07459（新疆灰鈣土）國家標準土壤樣的有效硼進行提取，用ICP-AES測定濾液，結果如表2所示。從表2可以看出，當土水質量比從1∶2降到1∶10時，2個樣品有效硼的測定值均增加了1倍，說明有效硼的浸提量隨著土水質量比的減小而增多。當土水質量比為1∶10時，測定值與標準值已很接近，相對誤差的絕對值均小于2%。土水質量比從1∶10繼續降低到1∶15時，發現有效硼的測定值并無明顯變化，因此，確定1∶10為最佳土水質量比。

表2 不同土水質量比時有效硼的測定結果

2.2 浸提時間對有效硼提取量的影響

沸水浸提時間是影響有效硼提取量的重要因素。提取時間過短會造成有效硼提取不完全，導致測定結果偏低，提取時間過長又會降低工作效率。因此，需探尋有效硼在沸水中的最佳浸提時間。按照1.4所述方法和步驟，用GBW07458（黑龍江黑土）、GBW07459（新疆灰鈣土）、GBW07412a（遼寧棕壤）、GBW07413a（河南黃潮土）4個國家標準物質進行試驗：對每個樣品按1∶10土水質量比用沸水在100℃水浴中分別加熱提取3、6、12、20、30、40 min，提取液經過濾后用ICP-AES進行測定。結果如表3所示：4個土壤樣品中有效硼的提取量均隨浸提時間的延長而增加，當提取時間為12 min時，有效硼測定值已接近標準值，提取時間為12～40 min時，有效硼的測定值基本趨于穩定，提取量變化不大，故實驗選取12 min作為有效硼的浸提時間，保證結果準確度的前提下節省前處理時間。

表3 不同浸提時間時有效硼的測定結果 （mg/kg）

2.3 分析譜線的選擇

稱取國家標準物質GBW07458（黑龍江黑土）按照1.4所述方法和步驟進行前處理，選取波長208.8、208.9、249.8 nm 3條譜線進行測定。根據樣品的測定結果、譜線強度、峰形及背景信號確定最佳測定波長。結果發現，波長249.8 nm的譜線擬合關系好，峰的形狀和對稱性最好，因此，選取249.8 nm作為硼的測定波長。

2.4 穩定性實驗

按照實驗方法對4個國家標樣的有效硼進行加熱提取，并用ICP-AES測定濾液分別放置0 、1、2、3、7、12、24 h后有效硼的含量，檢驗溶液的穩定性。結果如表4所示。從表中硼的測定結果可以看出，提取液經過濾后立即測定與分別放置不同時間后測定，結果變化不大，24 h內硼含量的測定結果都在標樣的認定值范圍內，說明提取液穩定性良好。

表4 溶液穩定性實驗 （mg/kg）

2.5 標準曲線和檢出限

按照1.5所述步驟制備標準系列溶液后，用ICPAES按儀器工作條件進行測定。以硼的質量濃度為橫坐標，其對應的信號強度為縱坐標繪制校準曲線，所得線性方程為：Y= 1739.4X+ 3.13，相關系數為0.999 9，線性范圍為0.020～0.400 mg/L。

同時按照試驗方法制備12份空白溶液，測定硼含量，計算其標準偏差。以3倍標準偏差計算得到方法的檢出限為0.020 mg/kg。

2.6 干擾實驗

實驗考察了共存干擾元素的影響。針對硼分析線249.772 nm，鐵在249.782 nm處有一條譜線，當鐵含量高時，其譜線輪廓會對分析線產生干擾。試樣以1.00 mg/L硼標準溶液作參比，分別在1.00、10.0、30.0、50.0、70.0、100 mg/L鐵基體溶液中進行對比實驗，結果表明，鐵基體≤50.0 mg/L時對硼測定的影響在儀器工作條件下可忽略。土壤中的有效硼以熱水浸提，提取液中基體元素含量較低，鐵的質量濃度通常都小于50.0 mg/L。但若提取液中鐵的含量超過硼的50倍，就應校正鐵的干擾。

2.7 方法的精密度、準確度

在優化的實驗條件下，分別稱取國家標準物質GBW07458（黑龍江黑土）、GBW07459（新疆灰鈣土）、GBW07461（安徽潮土）、GBW07412a（遼寧棕壤）、GBW07413a（河南黃潮土）平行6份進行實驗，測定方法的精密度和準確度，結果如表5所示：5個樣品測定的準確度RE小于6%，方法的精密度RSD小于8%。

表5 方法的精密度和準確度

2.8 加標回收實驗

取5份土壤樣品按實驗步驟進行分析，并采用標準加入法進行回收率實驗，結果見表6。由表6可知，樣品的加標回收率為 92.00%～102.00%。

表6 實際樣品的加標回收率

3 結 論

采用石英三角瓶冷凝回流裝置，用沸水浸提-水浴加熱的方式提取土壤中的有效硼，用ICP-AES代替傳統比色法進行測定。避免了前處理過程中因煮沸強度不一致導致結果偏差大的問題，ICP-AES測定趨于自動化，而且具有靈敏度高、線性范圍廣、測定速度快的優點。通過對國家標準物質的測定以及加標回收實驗，證實了該方法的準確性和重現性良好。適合大規模土壤樣品中有效硼含量的測定，為研究土壤供硼的能力、科學施用硼肥，提供了可靠有效依據。