海能K9860全自動凱氏定氮儀測定土壤全氮方法研究

摘 要：為了研究海能K9860全自動凱氏定氮儀測定土壤全氮的方法，選取湛江市轄區內未明確養分含量的耕層土壤，與標準土壤進行對照，分別采用半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法進行土壤全氮的測定。結果表明：2種方法測定的土壤全氮結果之間有顯著性關系，且海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定的精密度和準確度明顯高于半微量開氏法。研究結果可為海能K9860全自動凱氏定氮儀測定土壤全氮提供理論依據。

關鍵詞：土壤全氮；全自動凱氏定氮儀；半微量開氏法；精密度；準確度

中圖分類號：S153.6 文獻標志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）16-135-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.16.030

0 引言

氮是農作物生長的必要營養元素之一，全氮含量是評價土壤供氮能力的一個重要指標。因此，如何簡單、快速、準確地測定出土壤全氮含量，對了解土壤肥力和指導施肥具有重要意義［1-2］。半微量開氏法雖簡便、經濟，但耗時、易受人為因素影響。相比之下，全自動定氮儀更高效、精準，能減少人為因素干擾影響，提高全氮測定效率。采用半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法對樣品和對照土壤分別進行全氮測定，根據全氮含量測定結果，分析海能K9860全自動凱氏定氮儀在土壤全氮測定中應用的可行性。

1 材料與方法

1.1 供試土壤樣品

在湛江市轄區內選取10個未明確養分含量的耕層土壤樣品（于土層 0～20 cm處采集）。將采集的土壤樣品處理干凈后，平鋪在樣品盤中，置于室溫下自然風干。風干后，用木棍將其碾壓磨成粉，過0.25 mm篩備用［3］。

取3份農用地土壤為試驗用標準土壤（廣州廣電計量檢測股份有限公司研制），分別編號為SAS-1、SAS-2、SAS-3。

1.2 樣品消煮

稱取已過0.25 mm篩的耕層土壤樣品1.0 g于消化管中，通過儀器自帶的加液系統加入2.0 g催化劑（K2SO4、CuSO4、Se質量比為100∶10∶1，混合均勻，磨細過0.25 mm篩）及5 mL濃硫酸，搖勻后置于石墨爐，打開冷凝水，調節石墨爐溫度為150～250 ℃，碳化30 min，再將溫度升至300 ℃左右，消化30 min，最后將溫度升至420 ℃左右，消化1 h，直至消煮液澄清，冷卻備用。同時，做空白試驗，取20 mL蒸餾水，設置相應的空白試驗參數，重復進行3次，空白值相差lt;0.05 mL時，即可作為測定樣品備用。

1.3 試驗方法

1.3.1 半微量開氏法測定

1.3.1.1 儀器和試劑

儀器設備包括半微量定氮蒸餾裝置、半微量滴定管、150 mL錐形瓶等。試劑主要有硼酸溶液、氫氧化鈉溶液、硼酸指示劑、0.02 mol/L硫酸標準液及甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑等，嚴格按照試驗要求配制試劑。試劑均為分析純，試驗用水為去離子水。

1.3.1.2 操作過程

首先，在150 mL錐形瓶中加入5 mL 硼酸指示劑，將其套在半微量定氮蒸餾裝置的冷凝管下端，管口不宜插入硼酸溶液中，應置于其面上3～4 cm 處，防止倒吸。然后，將消煮液與30 mL去離子水一同轉移至蒸餾器中，打開冷凝水，經三通管加入20 mL 氫氧化鈉溶液進行蒸餾，用硼酸溶液吸收蒸餾出的氨液，在冷凝管口用pH試紙檢驗蒸餾液，直到試紙未發生堿性反應停止蒸餾。最后，采用0.02 mol/L硫酸標準液進行滴定，根據甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑反應確定滴定時間，當指示劑反應出現桃紅色，即可完成滴定。

1.3.2 全自動定氮儀法測定

1.3.2.1 儀器和試劑

儀器設備為海能K9860型全自動凱氏定氮儀，配置K9860型號自動滴定儀、酸滴定儀等。試劑主要有40%氫氧化鈉溶液、硼酸指示劑、0.02 mol/L硫酸標準液等，嚴格按照試驗要求配制試劑。試劑均為分析純，試驗用水為蒸餾水。

1.3.2.2 操作過程

首先，進入調試界面進行儀器調試。其次，進入清洗界面對硼酸管路、接收杯、堿管路、滴定管路及滴定酸管路進行清洗。再次，打開自動滴定儀和酸滴定儀，接好冷凝進水管和40%氫氧化鈉溶液進水管，將消煮冷卻后的消煮液引入自動滴定儀。最后，系統會自動蒸餾5 min，將生成的硫酸銨轉化為氨，并通過冷凝管進入預加有硼酸指示劑的接收瓶中［4］，通過儀器自帶的加液系統向接收瓶中加入0.02 mol/L硫酸標準液進行滴定，當指示劑顏色發生變化時即可停止滴定。

1.4 統計分析

在2種測定方法中，對每個供試土壤樣品均重復測定3次，根據滴定所消耗硫酸標準液的體積計算樣品的總氮含量，以質量分數（%）表示全氮含量。每種方法重復測定3次，將3次測定的算術平均值作為最終測定結果［5］，算術平均值采用Excel軟件中AVERAGE函數進行計算。根據測定結果，繪制線性回歸圖，對測定結果進行相關性分析。采用Excel軟件中STDEV函數計算標準偏差，通過標準偏差和算術平均值的比值來確定RSD值。

2 結果與分析

2.1 2種方法測定土壤全氮含量結果

2.1.1 2種方法測定耕層土壤全氮含量

采用Excel軟件統計半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法3次重復測定的耕層土壤樣品全氮含量，并計算3次測定結果的算術平均值，將其作為測定結果，結果見表1。

根據表1測定結果，半微量開氏法測定10個耕層土壤樣品全氮含量范圍為0.053%～0.382%；海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定10個耕層土壤樣品全氮含量范圍為0.052%～0.377%。

2.1.2 2種方法測定標準土壤全氮含量

采用Excel軟件統計半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法分別3次重復測定標準土壤樣品全氮含量，并計算3次測定結果的算術平均值，將其作為測定結果，結果見表2。

根據表2測定結果，半微量開氏法測定3個標準土壤樣品全氮含量分別為0.052%、0.156%、0.095%，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定3個標準土壤樣品全氮含量分別為0.052%、0.155%、0.092%。

2.2 2種方法測定土壤全氮含量相關性分析

2.2.1 2種方法測定耕層土壤全氮含量相關性

根據表1中10個耕層土壤樣品的全氮含量測定結果，將半微量開氏法測定結果作為橫坐標、海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定結果作為縱坐標進行線性回歸，結果如圖1所示。

根據圖1線性回歸圖，可以得出2種方法測定耕層土壤全氮含量的線性回歸方程為y=0.989 6x+0.001 1，相關系數R2為0.999 5。由此可見，2種方法測定土壤全氮含量結果之間有顯著性關系。

2.2.2 2種方法測定標準土壤全氮含量相關性

根據表2中3個標準土壤樣品的全氮含量測定結果，將半微量開氏法測定結果作為橫坐標，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定結果作為縱坐標進行線性回歸，結果如圖2所示。

根據圖2線性回歸圖，可以得出2種方法測定標準土壤樣品全氮含量的線性回歸方程y=0.993 2x+0.000 6，相關系數R2為0.999 2。由此可見，2種方法測定標準土壤全氮含量結果之間有顯著性關系。

2.3 精密度分析

根據表1中10個耕層土壤樣品的全氮含量測定結果，采用Excel軟件中STDEV函數計算3次重復測定結果的標準偏差，并通過標準偏差和算術平均值的比值確定RSD值，結果見表3。

由表3計算結果可知，半微量開氏法測定耕層土壤樣品全氮含量的RSD值在0.65%～3.21%，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定耕層土壤樣品全氮含量的RSD值在0.56%～2.31%，均小于5%，說明2種方法測定全氮含量的精密度較高。在2種土壤全氮測定土壤方法中，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定的RSD波動幅度明顯小于半微量開氏法。通過分析可知，在土壤全氮測定中，海能K9860全自動凱氏定氮儀法的精密度高于半微量開氏法，更具有穩定性。

2.4 準確度分析

根據表2中3個標準土壤樣品的全氮含量測定結果，采用Excel軟件中STDEV函數計算3次重復測定結果的標準偏差，并通過標準偏差和算術平均值的比值確定RSD值，結果見表4。

由表4計算結果可知，半微量開氏法測定標準土壤樣品全氮含量的RSD值在0.96%～2.42%，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定土壤耕層土壤樣品全氮含量的RSD值在0.65%～1.92%，均小于5%，說明2種方法測定土壤全氮含量的準確度較高。在2種土壤全氮測定方法中，海能K9860全自動凱氏定氮儀法的RSD值波動幅度略小于半微量開氏法，均值也更接近參比物質量值。通過分析可知，在土壤全氮含量測定中，海能K9860全自動定氮儀法的準確度高于半微量開氏法。

3 結論

通過上述試驗比較分析，2種方法在土壤全氮含量測定中有顯著性關系，且表現出相近的精密度和準確度。但通過試驗對比，發現海能K9860全自動定氮儀法在測定土壤全氮含量的精密度和準確度方面，都要優于半微量開氏法測定。

這可能是因為海能K9860全自動定氮儀法采用的是封閉式蒸餾法，實現了全自動化，操作更簡單，減少了人為操作誤差，受溫度、壓力等因素影響較小；而半微量開氏法測定過程復雜，存在人為誤差。

此試驗結果表明，2種方法測定土壤全氮含量結果之間有顯著性關系。RSD值計算結果均小于5%，表明2種方法測定土壤全氮均具有良好的精密度和準確度。但從RSD值的波動幅度、參比物質量值結果可以看出，海能K9860全自動定氮儀法測定的精密度和準確度更高。

由上述分析可知，在土壤全氮含量測定中，海能K9860全自動定氮儀法比半微量開氏法更具優勢。

參考文獻：

［1］宋書會，張金堯，汪洪.連續流動分析儀與自動凱氏定氮儀測定土壤全氮含量比較［J］.中國土壤與肥料，2019（5）：207-212.

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［3］雷五歧.淺談土壤樣品制備及質量控制［J］.科學技術創新，2019（10）：7-8.

［4］鄭福麗，譚德水，馬征，等.自動定氮儀堿解蒸餾電位滴定法測定土壤中水解性氮含量［J］.山東化工，2019，48（9）：120-121.

［5］高飛，陳素賢，杜曉玉，等.FOSS Kjeltec 8400全自動凱式定氮儀測定土壤全氮方法探討［J］.天津農業科學，2022，28（9）：76-80.