土壤有機質批量化檢測質量控制及優化

王洪富，高進華，胡秀濤，張廣忠，徐勤政，陳永法

（1.蚯蚓測土實驗室（山東）有限公司，山東 臨沂 276700；2.史丹利農業集團股份有限公司 山東省綠色肥料技術創新中心，山東 臨沂 276700）

土壤有機質含量往往作為評價土壤優劣的重要指標。目前土壤有機質的檢測方法很多，主要有化學氧化法、CO2檢測法、灼燒法、土壤光譜法等。大多數關于土壤有機質測定的研究局限在消煮時的加熱方式，如楊樂蘇嘗試用烘箱加熱法和消化爐加熱取代傳統油浴法［1］，張明怡等分別采用恒溫電加熱、烘箱加熱和油浴加熱3種方法進行對比研究［2］，夏鶯對油浴法和烘箱法進行對比分析［3］，未對批量化檢測時空白試劑處理、稱樣量，消煮溫度及每次消解樣品量進行確認。

化學氧化法測定土壤有機質：稱取樣品0.05～0.50 g置于硬質試管中（規格25 mm×200 mm），準確加入10.00 mL 0.4 mol/L 重鉻酸鉀-硫酸溶液，于170～180 ℃微沸（5.0 ± 0.5） min，冷卻后轉移至250 mL三角瓶中，加水至70 mL左右，加入3滴鄰菲啰啉指示劑，使用硫酸亞鐵溶液滴定未反應重鉻酸鉀，溶液由黃色變成藍色、最終變成紅褐色。每批樣品同時做2個空白實驗，即稱取大約0.2 g灼燒浮石粉代替土壤，一般實驗室中采用石英砂代替灼燒浮石粉。

筆者重點從空白試劑石英砂不同處理、石英砂稱樣量、消煮溫度和土壤稱樣量4個方面介紹采用NY/T 1121.6—2006 化學氧化法批量化測定土壤有機質時的質量控制及影響因素。

蚯蚓測土實驗對土壤有機質檢測內部質量控制措施為每個批次設置2 個空白實驗、2 個質控樣品（有明確含量標明值的樣品）、2個平行樣品，每增加10 個樣品增加1 個空白實驗、1 個質控樣品、1個平行樣品。

1 實驗所用儀器及藥品

萬分之一天平，梅特勒托利多國際有限公司；油浴鍋，HH-S，滄州億軒試驗儀器有限公司；烘箱，GWD-072A，紹興越環實驗設備有限公司；馬弗爐，KS.XS-18-17A，洛陽艾科森儀器設備有限公司；自動調零滴定管，10 mL；滴定管，50 mL；硬質試管，20 mm×200 mm；鐵絲籠，20孔；數據處理軟件，SPSS19。石英砂（二氧化硅），天津市鼎盛鑫化工有限公司。

2 實驗

2.1 英砂處理方法確定

石英砂質量直接影響空白實驗滴定結果準確度。合格石英砂應為乳白色、無色透明結晶或無定形粉末，主要成分是二氧化硅［4］。作為空白試劑，石英砂在整個消煮滴定過程中應不消耗重鉻酸鉀溶液。為驗證石英砂質量對空白的影響，設計如下實驗方案：對比方案，不加石英砂；方案1，石英砂不做任何處理；方案2，石英砂粉碎通過0.250 mm（60 目）篩；方案3，石英砂粉碎通過0.250 mm 篩后，預先在360 ℃馬弗爐中烘烤2 h 除盡水分和有機物，冷卻后備用。每個處理設置5 個平行實驗，重復進行2次，稱取石英砂約0.2 g，油浴鍋溫度設置為183 ℃，加入石英砂后油浴鍋溫度下降至174 ℃，然后在174～176 ℃徘徊，煮沸后消煮5 min，其中對比方案無煮沸步驟。

石英砂不同處理消耗硫酸亞鐵溶液體積正態分布見圖1。由圖1 可知，除對比方案外，方案1 至方案3 處理均呈現正態分布；方案3 與方案2 相比，正態分布圖最大概率密度向左偏移；方案2與方案1 相比，正態分布圖最大概率密度向左偏移。說明與經過粉碎灼燒處理的石英砂相比，未經粉碎或經粉碎未經360 ℃灼燒的處理消耗了重鉻酸鉀溶液，會導致土壤樣品中有機質含量偏低。因此，選擇經粉碎灼燒處理的石英砂做空白實驗。

圖1 石英砂不同處理消耗硫酸亞鐵體積正態分布

2.2 石英砂稱樣量確定

使用方案3處理后的石英砂，設置不同的質量處理，每個處理設置10 個重復，石英砂不同稱樣量下消耗硫酸亞鐵溶液體積見圖2。

圖2 不同石英砂稱樣量處理消耗硫酸亞鐵溶液體積

從圖2可知，不同石英砂稱樣量消耗硫酸亞鐵溶液的平均體積基本相同，相差最大為0.12 mL，約等于50 mL 滴定管的2.5 滴，在滴定終點判定的范圍內。

當石英砂稱樣量為0.4～0.5 g 時，使用硫酸亞鐵溶液滴定時，滴定終點與石英砂稱樣量為0.2～0.3 g時相比溶液顏色變化不明顯。綜合考慮建議石英砂稱樣量為0.2～0.3 g。

2.3 檢測樣品稱樣量對檢定結果的影響

標準中要求檢測樣品消耗硫酸亞鐵溶液的體積不足石英砂消耗硫酸亞鐵溶液的1/3 時，需要減少稱樣量，重新進行檢測，維持反應結束時重鉻酸鉀-硫酸的濃度在0.1 mol/L（1/6 K2Cr2O7）以上。因此需驗證不同稱樣量對同一樣品檢測結果的差異性。

選取w（有機質）約34 g/kg 的樣品，分別稱量0.25、0.35、0.45 g，各處理各10 個重復，稱樣量對樣品有機質含量測定結果的影響見表1。

表1 樣品稱樣量對樣品有機質含量測定結果的影響

由表1可知組內最大值與最小值差值均在允許差1.0 g/kg 范圍內，對3 組數據進行方差分析，組間均無顯著性差異，因此，批量化檢測土壤有機質在滿足樣品消耗硫酸亞鐵溶液體積大于空白1/3時，不同稱樣量測定結果無顯著性差異。

2.4 消煮溫度對測定結果的影響

土壤有機質消煮溫度低于175 ℃時土壤有機質氧化不完全，高于180 ℃時重鉻酸鉀-硫酸溶液會分解，因此應嚴格控制消煮溫度。標準中要求加入重鉻酸鉀-硫酸溶液后的硬質試管沉入已在電爐上加熱至185～190 ℃的油浴鍋內，并且放入后油浴溫度下降至170～180 ℃，控制電爐溫度，不使溶液劇烈沸騰。因不同消煮數量會影響油浴溫度的下降，綜合考慮檢測過程質量控制設置和檢測數量，每次消解的數量設置為15個，即石英砂2個（使用粉碎后在360 ℃下灼燒2 h 處理的石英砂，稱樣量為0.2 g），質控樣品2 個，10 個樣品和1 個樣品平行（為方便計算結果，10個樣品和1個樣品平行均使用一個土壤樣品，已知w（有機質）約34 g/kg，稱樣量為0.45 g）。考慮放入硬質試管后油浴溫度無法精確控制，但相同物質吸收熱量基本相同，油浴溫度下降也基本相同。因此設置為控制加入消解管前油浴溫度，分別為185、190、195 ℃。沸騰時開始計時，時間5 min（因溫度為195 ℃時加入待消解液油浴溫度降低后仍高于180 ℃，為使條件一致，各加入100 mL 甘油，使溫度保持在170～180 ℃）。不同油浴溫度對樣品有機質含量測定結果的影響見表2。由表2可知，不同消煮溫度w（有機質）均無顯著性差異。

表2 不同油浴溫度對樣品w（有機質）測定結果影響

3 結論

經粉碎過0.250 mm篩后360 ℃灼燒2 h處理的石英砂作空白試劑更穩定，稱樣量建議0.2～0.3 g；土壤樣品消耗硫酸亞鐵溶液體積大于石英砂消耗體積的1/3 時，實驗范圍內土壤樣品稱樣量及消煮溫度對土壤樣品有機質含量測定結果的影響均無顯著性差異。