設(shè)施土壤有效氮（堿解氮）測定方法探討

盛海君， 田麗云， 蔣 昕， 汪曉麗

（1.揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127；2.江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095）

0 引 言

設(shè)施土壤是玻璃溫室、日光溫室、塑料大棚等土壤的總稱［1-2］。設(shè)施栽培具有投入水平高、產(chǎn)品價格高、經(jīng)濟(jì)效益高的特點，其利潤通常是露地蔬菜栽培利潤的3～4倍［3］。然而，高投入、高強(qiáng)度的生產(chǎn)方式同時帶來了諸多問題，其中，由表層土壤硝酸鹽積累所形成的次生鹽漬化問題日趨嚴(yán)重，在許多地區(qū)成為了最大的土壤障礙因子［4-7］，嚴(yán)重制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，準(zhǔn)確測定包括硝態(tài)氮在內(nèi)的設(shè)施土壤有效氮含量對于科學(xué)指導(dǎo)施肥，有效預(yù)防或減緩設(shè)施土壤次生鹽漬化的發(fā)生具有重要的意義。

土壤有效氮也稱土壤堿解氮或水解性氮，是銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨基酸、酰胺和易水解蛋白質(zhì)氮的總和。作為一項主要的土壤氮素分析項目，目前國內(nèi)普遍采用的測定方法有兩種，一是中科院南京土壤所魯如坤主編的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［8］及南京農(nóng)業(yè)大學(xué)鮑士旦主編的《土壤農(nóng)化分析》［9］中“土壤堿解氮測定”，采用硫酸亞鐵還原、加堿擴(kuò)散、硼酸吸收、標(biāo)準(zhǔn)酸滴定的方法；另一個是中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（LY/T 1228-2015）《森林土壤氮的測定》中水解性氮的測定部分［10］，采用鋅-硫酸亞鐵還原、加堿擴(kuò)散、硼酸吸收、標(biāo)準(zhǔn)酸滴定的方法。兩者的主要區(qū)別在于還原劑的不同，前者采用硫酸亞鐵還原；后者采用鋅-硫酸亞鐵還原，分別適用于普通耕地土壤和森林土壤有效性氮的測定。這兩種方法是否適用于設(shè)施土壤尤其是富含硝酸鹽的次生鹽漬化土壤尚未可知。為此，本文設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)土壤中添加NO-3-N的加標(biāo)回收試驗和設(shè)施土壤有效氮檢測試驗，對以上問題進(jìn)行了探討，以期提出合理的設(shè)施土壤有效氮測定方法，為相關(guān)科技工作者和檢測機(jī)構(gòu)提供可實際應(yīng)用的檢測方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤：1份為標(biāo)準(zhǔn)土樣（質(zhì)控樣，陜西塿土，編號HTSB-1），堿解氮參考值為（98.9±7.8）mg/kg；另有2份設(shè)施土壤（編號2-soil和2-of），采自中度鹽漬化的設(shè)施菜地，樣品處理和儲存以及樣品試液的儲存按HJ634的規(guī)定進(jìn)行，樣品經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過20目篩后用紫外分光光度法［11］測定其NO-3-N含量分別為（179.6±2.0）、（286.2±2.0）mg/L。

儀器設(shè)備：ML104型電子天平（賽多利斯），HG303-3AD型電熱恒溫培養(yǎng)箱（南京盈金實驗儀器），SP-756PC型紫外-可見分光光度計（上海光譜），5 mL半微量滴定管（天玻）均為檢定合格的計量儀器。

試劑：氫氧化鈉溶液、堿性阿拉伯膠液、硼酸-指示劑吸收溶液按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法配制；鋅粉及硫酸亞鐵為分析純試劑（國藥品牌）；滴定用標(biāo)準(zhǔn)酸為0.500 6 mol/L 1/2H2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液（產(chǎn)品編號GBW（E）080496，上海市計量所），使用時稀釋100倍。

1.2 試驗設(shè)計

（2）設(shè)施土壤有效氮檢測試驗。在加標(biāo)回收試驗的基礎(chǔ)上，選用還原能力相對較強(qiáng)的鋅-硫酸亞鐵作還原劑，測定富含硝酸的設(shè)施土壤堿解氮含量，并以不加還原劑（CK）的測定結(jié)果作對照，計算鋅-硫酸亞鐵對設(shè)施土壤的還原率。

1.3 試驗原理和方法

試驗原理：在擴(kuò)散皿中，用硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）（教材方法）或鋅-硫酸亞鐵（Zn-FeSO4·7H2O）（林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法）還原土壤中硝態(tài)氮成銨，在堿性條件下，使易水解態(tài)氮（潛在有效氮）堿解轉(zhuǎn)化為NH3，NH3擴(kuò)散后為H3BO3吸收，H3BO3吸收液中NH3用標(biāo)準(zhǔn)酸（H+）滴定，由此計算土壤中堿解氮含量。

方法步驟：稱取2.00 g土樣及還原劑于擴(kuò)散皿外室，混合均勻，移取2 mL硼酸-指示劑溶液于內(nèi)室，蓋上毛玻璃片，使擴(kuò)散皿露出小孔，加10 mL NaOH溶液于擴(kuò)散皿的外室并蓋嚴(yán)，用橡皮筋固定，40℃恒溫培養(yǎng)24 h，用H2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定并記錄滴定終點所消耗的體積。同時做空白試驗。還原劑用量及NaOH溶液濃度見表1。

表1 還原劑用量及氫氧化鈉溶液濃度

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計方法

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗（LSD法）。

2 試驗結(jié)果

2.1 NO-3-N加標(biāo)回收試驗結(jié)果

不同還原劑對標(biāo)準(zhǔn)土壤（HTSB-1）的檢測結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，硫酸亞鐵還原法與CK測得的土壤堿解氮濃度偏離參考值較多，兩處理間差異不顯著；鋅-硫酸亞鐵還原法測得的堿解氮濃度與參考值一致，可滿足本試驗土壤堿解氮測定要求。

表2 不同還原劑處理堿解氮檢測結(jié)果mg/kg

表3 不同還原劑處理NO-3-N的加標(biāo)回收率

2.2 設(shè)施土壤有效氮檢測試驗結(jié)果

用兩種硝酸鹽含量差異較大的設(shè)施土壤（2-of和2-soil）作試驗材料，其NO-3-N含量（N2）用紫外分光光度法測定（GB/T 32737—2016）［20］，以還原能力較強(qiáng)的鋅-硫酸亞鐵作還原劑，研究鋅-硫酸亞鐵對設(shè)施土壤中硝酸鹽的還原能力。結(jié)果表明，加硫酸亞鐵還原劑測得的堿解氮濃度（N1）比不加還原劑測得的堿解氮濃度（N0）明顯增加，兩者相減（N1-N0）即為鋅-硫酸亞鐵還原的設(shè)施土壤中硝態(tài)氮濃度，（N1-N0）/N2×100%即為硝態(tài)氮還原率。本試驗結(jié)果表明，鋅-硫酸亞鐵對兩種設(shè)施土壤的硝態(tài)氮的還原率分別為63.5%和64.8%，即對土壤中NO-3-N表現(xiàn)出部分還原能力，與加標(biāo)回收試驗結(jié)果基本一致（見表4）。

表4 鋅-硫酸亞鐵對設(shè)施土壤中硝態(tài)氮還原率

3 討 論

氮素是植物生長必需的大量營養(yǎng)元素之一，植物吸收利用的是土壤中的有效氮。土壤有效氮含量的高低反映了土壤近期氮素供應(yīng)水平，與作物生長關(guān)系密切，在推薦施肥中意義重大。因此，準(zhǔn)確測定土壤中有效氮的含量，對于綜合評價土壤肥力、合理施用氮肥具有重要的理論和實踐意義。

對此，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究［12-19］，至今，人們對設(shè)施土壤的性質(zhì)不十分清楚，對該類土壤有效氮的測定缺少全面的認(rèn)識。如趙雄等［12］只是在傳統(tǒng)檢測方法基礎(chǔ)上，總結(jié)出幾個對檢測結(jié)果影響比較大的實驗條件并加以改進(jìn)。文獻(xiàn)［13-16］中比較了德國GERHARD凱氏定氮蒸餾法與傳統(tǒng)堿解擴(kuò)散法，認(rèn)為使用全自動的凱氏定氮儀測定堿解氮具有相同的精密度和準(zhǔn)確度，且更加簡便快速。郎松巖等［17］的研究則深入了一步，用鋅-硫酸亞鐵與硫酸亞鐵兩種還原劑測定土壤堿解氮，證實用鋅-硫酸亞鐵作為還原劑檢測結(jié)果可靠。王維進(jìn)等［18］的研究相對來說較為全面，認(rèn)為把硝態(tài)氮包括到堿解氮的測定結(jié)果中可以更好地反映土壤供氮能力，為此，研究了在堿解擴(kuò)散條件下，多種還原劑對硝態(tài)氮的回收率，結(jié)果認(rèn)為硫酸亞鐵、鋅-硫酸亞鐵均不理想，提出用戴氏合金可使硝態(tài)氮還原率達(dá)到95%左右，但是否適用于設(shè)施土壤尤其是高硝酸鹽含量的設(shè)施次生鹽漬化土壤尚未可知。

選用設(shè)施土壤作試驗材料，以還原能力較強(qiáng)的鋅-硫酸亞鐵作還原劑，進(jìn)一步研究其對土壤中的還原能力。與加標(biāo)回收試驗結(jié)果一致，鋅-硫酸亞鐵并不能還原土壤中的全部，對本試驗選用的兩種設(shè)施土壤（2-of和2-soil）中硝態(tài)氮的還原率分別為63.5%和64.8%（見表4）。鑒于此，對于富含硝酸鹽的設(shè)施土壤，有效氮含量建議采用不加還原劑測得的堿解氮與紫外分光光度測得的之和表示，可有效解決硫酸亞鐵和鋅-硫酸亞鐵在堿解氮測定過程中對還原不完全的難題，理論上可行，方法也實用，結(jié)果更可靠。而對于普通耕地土壤，因為NO-3-N含量不高，可用不加還原劑或者用鋅-硫酸亞鐵還原劑法測定。

4 結(jié) 論

（2）與加標(biāo)回收試驗結(jié)果一致，鋅-硫酸亞鐵只能部分還原設(shè)施土壤中的就本試驗選用的二種設(shè)施土壤而言，硝態(tài)氮的還原率分別為63.5%和64.8%。

（3）富含硝酸鹽的設(shè)施土壤有效氮含量建議采用不加還原劑測得的堿解氮含量與紫外分光光度法測得的含量之和表示，即“土壤有效氮含量=堿解氮含量（不加還原劑）+含量”，可有效解決還原劑在堿解氮測定過程中對還原不完全的難題。