不同浸提條件對土壤速效鉀含量影響的研究

黎嘉雯

(廣州匯標檢測技術中心,廣東 廣州 510670)

土壤是人類賴以生存的土地環(huán)境,是植物生長的搖籃,所以土壤的屬性與元素分析是化學檢測的重要一環(huán)。土壤的有效養(yǎng)分是針對植物吸收而言的,土壤養(yǎng)分分為大量元素、中量元素和微量元素。在自然界中,養(yǎng)分主要來源于土壤礦物質、有機質,其次是大氣降水、滲水和地下水。耕作土壤中來源于施肥和灌溉。通常是指在一生長季里,土壤中可供植物吸收和利用的養(yǎng)分。而可供當季作物吸收的養(yǎng)分稱為速效養(yǎng)分;緩慢釋放的可供作物吸收的養(yǎng)分稱為緩效養(yǎng)分;這兩者都是有效的養(yǎng)分。其中速效養(yǎng)分含量較少僅占全量的1%不到。而土壤中各種形態(tài)的養(yǎng)分并無界限,也不是絕對的。各形態(tài)養(yǎng)分之間處在動態(tài)平衡中。土壤養(yǎng)分的有效性受以下因素影響。強度因素:土壤溶液中的養(yǎng)分濃度。是職務直接吸收的養(yǎng)分形態(tài),是決定植物吸收養(yǎng)分的難易程度。容量因素:是指固相上能夠轉移到土壤溶液中的有效養(yǎng)分量,也叫做數(shù)量因素,它決定了植物吸收養(yǎng)分量的多少。土壤有效養(yǎng)分的測定值是用一種浸提液將某種形態(tài)或某幾種形態(tài)的養(yǎng)分浸提出來的量,它的數(shù)值大小只能反映有效養(yǎng)分的多少和土壤費力的高低,是一個相對值而不是絕對值。不同浸提液測定相差有可能會比較大,無可比性。氮、磷、鉀是土壤的三大營養(yǎng)素,其中,鉀是植物生長發(fā)育過程中必不可少的營養(yǎng)元素,不僅能促進植物光合作用,還能增強植物的抗倒伏性。土壤速效鉀是植物可以直接吸收利用的元素形態(tài),通常被視作土壤鉀素給指示器之一[1]。土壤存在的化學形態(tài)包括水溶態(tài)、代換態(tài)、礦物態(tài)以及有機態(tài)養(yǎng)分。土壤鉀的形態(tài)分為水溶性鉀、交換性鉀、緩效鉀以及難溶性鉀,其中,速效鉀包括了交換性鉀和水溶性鉀。土壤鉀元素并不是越高越好,只有適量的鉀元素才能使植物高產(chǎn),當土壤中的鉀元素含量過高時,不僅會影響植物對其他營養(yǎng)元素的吸收,還會造成環(huán)境污染等[2]。因此土壤鉀的分析對于植物養(yǎng)分以及對于土壤成分分析來說,至關重要。其中速效鉀則是最直接的,能被植物所吸收的鉀的形態(tài),所以本文主要研究土壤速效鉀的測定。而現(xiàn)行有效的關于土壤速效鉀的分析方法有以下《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》(NY/T 889—2004)以及《森林土壤鉀的測定》(LY/T 1234—2015)。其中,《森林土壤鉀的測定》(LY/T 1234—2015)的分析步驟更適用于林地耕地、園地對土壤速效鉀的分析,故本文選擇此標準作為測定依據(jù)。

以標準《森林土壤鉀的測定》(LY/T 1234—2015)中的檢測過程為實驗研究基礎,標準以中性1 mol/L乙酸銨溶液為浸提劑,溶液中銨離子與土壤膠體表面的鉀離子進行交換,連同水溶性鉀離子一起進入溶液,浸提液中的鉀可直接用火焰光度計測定。

下文通過改變浸提條件,包括溫度條件,分別設定為20,25,30 ℃;時間條件,分別設定為15,30,45 min;轉速條件,分別設定為150,165,180 r/min。從而研究在不同浸提條件下土壤速效鉀的精密度與正確度情況。

當單一條件變動時,另外兩個條件按照標準條件范圍設置不作變動以達到改變一個因素,研究該因素對土壤速效鉀測定結果的精密度和正確度的影響,為使用本方法進行檢測分析的實驗室人員提供浸提條件選擇的參考依據(jù)。

1 實驗過程

1.1 試劑及標準物質

1.1.1 浸提劑

稱取77.1 g分析純乙酸銨,溶于800 mL的純水中,如pH值不為7.0,則應使用體積比1∶1氨水調節(jié)至pH值為7.0,最后用純水定容至1 L。

1.1.2 空白試劑水

通過純水機制備的水,使用前應進行純水驗收,確保實驗室空白無待測物。

1.1.3 體積比1∶1氨水

取50 mL分析純氨水,至100 mL容量瓶中,用純水稀釋至刻度線。

1.1.4 標準物質

3個不同濃度的土壤標準樣品ASA-6b-CZ,生產(chǎn)廠家為中國地質科學院物化所、ASA-5b-CZ生產(chǎn)廠家為中國地質科學院物化所、GBW07495生產(chǎn)廠家為陜西省地質礦產(chǎn)實驗研究所有限公司。

標準物質濃度如下:ASA-6b-CZ含量為(100±20) mg/kg,ASA-5b-CZ含量為(220±20) mg/kg,GBW07495含量為(623±18) mg/kg。

1.2 儀器設備

百分之一電子天平、萬分之一電子天平、往復式恒溫振蕩器、火焰光度計。

1.3 樣品的采集

根據(jù)所采集森林土壤的地形情況,確定樣品采集方案,一般采用梅花法、棋盤法或蛇形法等多點混合的方法采樣。將所有混樣點采集的土壤樣品堆放于聚乙烯塑料布上面,去除明顯根系后,充分混勻,然后采用“四分法”去除多余樣品,留取以風干重計的樣品。使用塑料布混樣后,需及時將其清理干凈,避免下次使用時造成樣品間交叉污染。

1.4 樣品的制備

按照HJ/T 166的相關規(guī)定進行樣品制備。

在風干室將土壤樣品放置于風干盤中,攤成薄層,適當?shù)臅r候進行壓碎、翻動、挑出碎石、砂礫以及植物殘體。

將風干后的樣品倒入有機玻璃板上,用木錘敲打,用木滾、木棒、有機玻璃棒再次壓碎,挑出雜質,混勻,并用四分法取壓碎樣,過孔徑2 mm尼龍篩。過篩后樣品全置于無色聚乙烯薄膜上,充分混勻,再用四分法取其中兩份,一份用于細磨,另一份用于留存。

1.5 浸提液的制備

稱取過孔徑2 mm篩的風干土樣5.0 g(精確至0.01 g)于150 mL具塞三角瓶中,加50.0 mL 1 mol/L乙酸銨溶液,蓋緊瓶塞,搖勻,在20～25 ℃下,150～180 r/min振蕩15～45 min,干過濾,濾液直接在火焰光度計上測定。

1.6 校準曲線的配置

以1 000 mg/L鉀標準溶液用1 mol/L乙酸銨溶液定容,獲得0.00～30.00 mg/L鉀標準系列溶液。用0.0 μg/mL的鉀溶液調節(jié)儀器零點,然后由低到高依序測定鉀標準系列溶液。

以樣品濃度為橫坐標,樣品吸收值之比為縱坐標,建立校準曲線,實測標準曲線為:y= 0.020 2x-1.836 5,r值為0.999 7。

1.7 樣品空白

除不加土樣外,其他步驟與樣品處理一致。樣品空白均為未檢出。

1.8 結果計算

結果計算與表示

式中:W——速效鉀含量,單位為mg/kg;

C——待測液的鉀的濃度數(shù)值,單位為mg/L;

C0——空白樣品鉀的濃度數(shù)值,單位為mg/L;

V——浸提劑體積,單位為mL;

m——風干土樣的質量,單位為g;

k——風干土樣換成烘干土樣的換算系數(shù);

取平行測定結果的算數(shù)平均值為測定結果,結果取整數(shù)。

2 浸提條件與結果

2.1 浸提溫度

通過改變浸提溫度,研究土壤速效鉀在20,25 ℃以及30 ℃的條件下的不同濃度標樣的精密度與正確度情況。

取3個不同濃度的土壤標準樣品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每個樣品測試六次,得出不同浸提溫度下的速效鉀含量與相對標準偏差(RSD),結果見下表1。

在浸提溫度為20 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為4.1%～7.2%;在浸提溫度為25 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為2.6%～6.6%;在浸提溫度為30 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為3.8%～5.6%。各不同浸提溫度下的相對標準偏差范圍接近,無大差異。得出不同浸提溫度下的速效鉀含量與相對誤差(RE),結果見下表2。

表2 不同溫度下土壤速效鉀正確度度測定結果

在浸提溫度為20 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-3.2%～10.0%;在浸提溫度為25 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-2.0%～1.8%;在浸提溫度為30 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-4.0%～5.0%。結果表明,浸提溫度在25 ℃時,土壤速效鉀含量相對誤差范圍較其他溫度下的相對誤差要小,故溫度設定為25 ℃時,浸提效果較佳。

2.2 浸提時間

通過改變浸提時間,研究土壤速效鉀在15 min、30 min以及45 min的條件下的不同濃度標樣的精密度與正確度情況。

取3個不同濃度的土壤標準樣品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每個樣品測試六次,得出不同浸提時間下的速效鉀含量與相對標準偏差(RSD),結果見下表3。

表3 不同時間下土壤速效鉀精密度測定結果

在浸提時間為15 min條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為2.2%～4.6%;在浸提時間為30 min條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為3.3%～4.5%;在浸提時間為45 min條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為3.1%～4.9%。各不同浸提時間下的相對標準偏差范圍接近,無大差異。

得出不同浸提時間下的速效鉀含量與相對誤差(RE),結果見下表4。

表4 不同時間下土壤速效鉀精密度測定結果

在浸提時間為15 min條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-13.2～-2.0%;在浸提時間為30 min條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-2.1%～5.0%;在浸提時間為45 min條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差為-1.0%～1.0%。結果表明,浸提時間在45min時,土壤速效鉀含量相對誤差范圍較其他時間下的相對誤差要小,故時間設定為45 min時,浸提效果較佳。

2.3 浸提轉速

通過改變浸提轉速,研究土壤速效鉀在150,165 r/min以及180 r/min的條件下的不同濃度標樣的精密度與正確度情況。

取3個不同濃度的土壤標準樣品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每個樣品測試六次,得出不同浸提轉速下的速效鉀含量與相對標準偏差(RSD),結果見下表5。

表5 不同轉速下土壤速效鉀精密度測定結果

在浸提轉速為150 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為4.1%～7.2%;在浸提轉速為165 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為2.6%～6.6%;在浸提轉速為180 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對標準偏差范圍為3.8%～5.6%。各不同浸提轉速下的相對標準偏差范圍接近,無大差異。

得出不同浸提時間下的速效鉀含量與相對誤差(RE),結果見下表6。

表6 不同轉速下土壤速效鉀精密度測定結果

在浸提轉速為150 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-5.5%～3.0%;在浸提轉速為165 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-4.1%～1.0%;在浸提轉速為180 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對誤差范圍為-0.2%～0.9%。結果表明,浸提轉速在180 r/min時,土壤速效鉀含量相對誤差范圍較其他轉速下的相對誤差要小,故轉速設定為180 r/min時,浸提效果較佳。

3 結論

由上述研究結果表明,使用標準要求范圍內的浸提條件對土壤速效鉀含量的精密度影響不顯著;而對土壤速效鉀含量的正確度影響較大。

當浸提溫度為25 ℃時,土壤速效鉀相對誤差范圍為-2.0%～1.8%;當浸提時間為45 min時,土壤速效鉀相對誤差范圍為-1.0%～1.0%;當浸提轉速為180 r/min時,土壤速效鉀相對誤差范圍為-0.2%～0.9%。

當土壤速效鉀的浸提溫度為25 ℃、浸提時間為15 min、浸提轉速為180 r/min時,正確度相對誤差最小,浸提效果最佳。此條件可作為土壤速效鉀檢測時的選擇條件。