振搖條件對土壤有效硅測定結果的影響★

王海燕，武正惠，洪霞*，何海寧，李嬌龍，安小蘋

（1.甘肅中商食品質量檢驗檢測有限公司，甘肅 蘭州 730010；2.甘肅省商業科技研究所有限公司，甘肅 蘭州 730010）

引言

對農作物生長發育而言，硅有著至關重要的促進作用，能夠直接被植物根系吸收利用，尤其是在農作物抗逆性、提高根系活力、改善作物品質、抗病蟲害等方面，有著十分顯著的效果[1]。同時，硅還可以最大限度降低土壤中磷的固定，對土壤中磷起到了活化作用，有效改善高磷肥的利用效果。因此，做好農業土壤中硅含量的測定，對清楚了解當前農業土壤中硅素肥力的狀態有著非常重要的意義。

土壤有效硅是反映土壤硅素肥力的重要指標，李清芳等[2]試驗結果表明，某一土壤在一定有效硅含量范圍內，隨著土壤內有效硅含量的增加，黃瓜種子在其萌發過程中蛋白酶和脂肪酶活性升高，呼吸速率加快，活力增強，萌芽速率加快。目前，土壤有效硅測定方法主要有：醋酸-醋酸鈉緩沖液法[3]、酸浸法[4]、水浸法[5]等，濾液中有效硅含量檢測可采用沉淀-重量法、分光光度計法、ICP 法等。浸提劑作用機理是通過溶解、分離或交換土壤中的活性硅，使有效硅充分轉移至待測濾液中。浸提劑的濃度及浸提時間也會很大程度影響土壤中有效硅的析出率，從而影響檢測效率和檢測質量及效率。浸提液對有效硅的浸提能力與浸提液的性質有關，土壤中硅的浸出過程伴有多種化學反應，浸提液中陰陽離子的組成不同、化學反應不同，所以不同浸提液酸度對含硅化合物的溶解能力、破壞土壤礦物硅氧鍵的能力和提取有效硅的能力均有差異。本實驗選用兩種浸提劑及分析方法對土壤有效硅含量進行了測定，主要探索了振搖條件對土壤有效硅含量測定的影響，通過對振搖溫度、振搖轉速、振搖時間的優化來提高有效硅測定結果的精密度和準確度。

1 材料與方法

1.1 試劑

硫酸，優級純，純度98.0%，西隴科學股份有限公司；鉬酸銨，分析純，純度99.0%，上海中秦化學試劑有限公司；草酸，優級純，純度99.8%，天津市凱信化學工業有限公司；抗壞血酸，分析純，純度99.7%，國藥集團化學試劑有限公司；檸檬酸，分析純，純度99.5%，煙臺市雙雙化工有限公司；無水碳酸鈉，分析純，純度99.8%，煙臺市雙雙化工有限公司；硅標準溶液，國家標準樣品編號GSB 04-1752—2004（a），含量1 000 μg/kg，相對擴展不確定度為0.7（k=2），國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 儀器與耗材

電子天平，型號JJ500，杭州雙杰科技股份有限公司；落地式高速冷凍離心機，型號CF16RN，日立股份有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，型號DHG，上海新苗醫療器械制造有限公司；恒溫培養搖床，型號KYC-100B，上海新苗醫療器械制造有限公司。

1.3 實驗方法

通過查閱我國對于測定森林土壤或酸性、中性、微堿性土壤中有效硅的標準方法及分析技術規范，選用應用最為廣泛的以下兩種浸提劑及分析方法進行有效硅的測定：

1）稱取土樣于塑料瓶中，加入pH=4.0 的乙酸-乙酸鈉緩沖液并塞好瓶塞后搖勻，置于預先調節至40 ℃±1 ℃的恒溫箱中保溫5 h，每隔1 h 搖動一次[6]。

2）稱取土樣于塑料瓶中，加入0.025 mol/L 檸檬酸溶液并塞好瓶塞后搖勻，置于預先調節至30 ℃的恒溫箱中保溫平衡5 h，每隔1 h 搖動一次[7]。

以上兩種方法必須嚴格控制固液比[m（土樣）∶V（浸提液）]為1∶10，當其他條件一致時，單位浸提液中土樣越少，可能由于土樣與浸提液的接觸面積增大，導致單位土樣與浸提劑參與化學反應的陰陽離子增多，浸提出的有效硅含量越大。提取完畢后均迅速干過濾（放置時間太長，尤其放置過夜后再過濾，會有部分白色沉淀析出在容器底部及內壁上，對有效硅的測定結果也有一定影響），棄去初濾液，吸取濾液1mL～5mL（保證吸取濾液中含硅量為25μg～250μg）于50 mL 容量瓶內，加水至20 mL 左右，加入0.6 mol/L H2SO45 mL 后于30 ℃～35 ℃烘箱內放置15 min，加50 g/L 鉬酸銨5 mL，搖勻后放置10 min，再依次加入50 g/L 草酸液5 mL、50 g/L 硫酸亞鐵銨（或15 g/L 抗壞血酸）5 mL，用水定容。放置20 min 后，在分光光度計上用700 nm 波長和1 cm 比色皿比色。標準溶液系列測定步驟同樣品。

對同一土樣分別用以上兩種浸提液進行提取時，對于恒溫箱中每1 h 間隔時的振搖，一種采用手動振搖，一種置于搖床內于25 ℃±2 ℃、180 r/min±20 r/min進行振搖。

2 結果與分析

2.1 搖床振搖溫度的探究

由于標準中簡單要求振搖，一般默認為手動振搖，則溫度按照常溫設置，即在提取過程中的間隔振搖時用搖床振搖的溫度直接默認為25 ℃±2 ℃，但是振搖溫度越高，浸提出的有效硅含量越大。

2.2 搖床振搖速率的影響

選取酸堿程度不同的3 個土樣（樣1、樣2、樣3的pH 值分別為6.08、8.25、8.29），分別用上述兩種浸提方法在提取過程中的間隔振搖時用搖床于25 ℃±2 ℃時振搖7 min，振搖速率分別為160、180、200 r/min，結果如表1。從表1 結果可以得出，搖床轉速在160 r/min～200 r/min 時，這兩種浸方法測定有效硅的準確度都比較高，但整體轉速越大，提取效果越好，所以可以選擇搖床振搖速率為180 r/min±20 r/min。其中，乙酸-乙酸鈉浸提法標準曲線為y=0.349 5x+0.002 5，線性R2=0.999 6；檸檬酸浸提法標準曲線為y=0.350 2x+0.002 9，線性R2=0.999 7。

表1 不同振搖速度準確度對照結果

2.3 搖床振搖時間的影響

選取酸堿程度不同的3 個土樣（樣1、樣2、樣3的pH 值分別為6.08、8.25、8.29），分別用上述兩種方法在提取過程中的間隔振搖時用搖床于25 ℃±2 ℃、振搖速率為180 r/min 時振搖1、2、3、4、5、6、7、8 min，結果如表2。從表2 可以得出，搖床轉速和溫度一定時，振搖時間越長，提取效果越好，但是振搖時間為7 min時準確度最高。其中乙酸-乙酸鈉浸提法標準曲線為y=0.351 3x+0.000 6，線性R2=0.999 7；檸檬酸浸提法標準曲線為y=0.348 9x+0.002 0，線性R2=0.999 8。

表2 不同振搖時間準確度對照結果

2.4 準確度、精密度

選取酸堿程度不同的3 個土樣（樣1、樣2、樣3的pH 值分別為6.08、8.25、8.29），分別用上述兩種浸提方法在提取過程中的間隔振搖時采用手動和搖床振搖，有效硅含量的測定結果如表3。

表3 不同振搖條件準確度及精密度對照結果

3 結論

本試驗選用了兩種浸提劑浸提土壤中有效硅，探索振搖條件對土壤中有效硅含量測定的影響。實驗結果表明，選用兩種浸提劑或方法，改變振搖速率和時間標準曲線的線性都很好，所以用分光光度法測定有效硅的標準曲線線性很穩定，并不隨浸提劑種類、顯色時試劑的差異（抗壞血酸和硫酸亞鐵銨）及顯色溫度和時間的變化有較大差異。在恒溫箱中保溫平衡間隔時的振搖，手動振搖準確性和重復性均很差，可能由于手動振搖時的幅度和頻率均無法準確控制，而用搖床振搖的準確度和精密度都要比手動振搖更高。通過實驗條件優化表明，當振搖溫度為25 ℃±2 ℃、轉速為180 r/min±20 r/min、振搖時間為7 min 時，土壤有效硅的測定結果最為準確和可靠。且最優條件也同時適用于pH=4.0 的乙酸-乙酸鈉和檸檬酸浸提法，該方法有望應用于土壤中其它有效成分的測定。