碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定土壤中的有效磷

沈志群，張 琪，劉琳娟，邱 燕

(南通市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南通 226006)

·監(jiān)測技術(shù)·

碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定土壤中的有效磷

沈志群，張 琪，劉琳娟，邱 燕

(南通市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南通 226006)

用0.50 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提中性和石灰性土壤中的有效磷。碳酸氫鈉可以抑制溶液中Ca2+的活度，使某些活性較大的磷酸鈣鹽被浸提出來，同時也可使活性磷酸鐵、鋁鹽水解而被浸出。浸提液與鉬銻抗顯色劑反應(yīng)生成磷鉬藍(lán)，在波長880 nm處測量吸光度。當(dāng)取樣量為2.50 g時，使用50 mL碳酸氫鈉溶液浸提，使用1 cm比色皿，檢出限為0.4 mg/kg，測定下限為1.6 mg/kg，滿足了土壤有效磷的監(jiān)測要求。

土壤;有效磷;碳酸氫鈉浸提;分光光度法

土壤有效磷并不是指土壤中某一特定形態(tài)的磷，也不具有真正“數(shù)量”的概念，應(yīng)用不同的測定方法在同一土壤樣品中可以得到不同的數(shù)量，因此土壤有效磷水平只是一個相對指標(biāo)。它可以相對地說明土壤的供磷水平，可以作為一個指標(biāo)判斷施用磷肥是否必要，亦可作為施肥(磷)的一個推薦方法［1］。近年來，由于連續(xù)大量施用磷肥導(dǎo)致磷礦資源的加速耗竭，農(nóng)田土壤磷素作為非點源污染源造成的地表水富營養(yǎng)化和地下水污染，環(huán)境保護(hù)工作也越來越重視科學(xué)、合理地施用磷肥，因而對于土壤有效磷的測定方法也提出了新的要求，不僅需要準(zhǔn)確測出土壤中的植物有效磷水平，而且應(yīng)能夠反映出土壤磷對環(huán)境的潛在影響程度［2］。筆者通過試驗，建立了碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定中性和石灰性土壤中有效磷的方法，該方法的檢出限、精密度、準(zhǔn)確度均較好，滿足了土壤有效磷測定的要求。

1 試驗

1.1 主要儀器和試劑

土壤樣品粉碎設(shè)備;分光光度計;恒溫往復(fù)振蕩器，頻率為50～500次/min;一般實驗室常用儀器和設(shè)備。

氫氧化鈉溶液:ω(NaOH)=10%;濃硫酸:ρ(H2SO4)=1.84 g/mL;濃硝酸:ρ(HNO3)=1.51 g/mL;碳酸氫鈉(NaHCO3);鉬酸銨［(NH4)6Mo7O24·4H2O］;抗壞血酸(C6H8O6):左旋，比旋光度+21°～ +22°;浸提劑:C(NaHCO3)=0.50 mol/L，pH=8.5;酒石酸氧銻鉀溶液:ρ(KSbOC4H4O6)=5 g/L;鉬銻貯備液;抗壞血酸溶液:ω(C6H8O6)=10%;磷標(biāo)準(zhǔn)使用液:ρ(P)=5mg/L，用浸提劑稀釋至刻度;指示劑:2，4-二硝基酚或2，6-二硝基酚，稱取0.2 g 2，4-二硝基酚或2，6-二硝基酚溶于100 mL水中。

1.2 采樣及樣品制備

按照文獻(xiàn)［3］中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行土壤樣品的采集和保存。

將采集好的樣品置于風(fēng)干盤中，攤成2～3 cm的薄層，適當(dāng)?shù)貕核?、翻動，揀出碎石、沙礫、植物殘體。用木棒研壓，然后去雜物，粉碎，充分混勻，通過1 mm土壤篩，裝入磨口瓶中備用，并進(jìn)行干物質(zhì)的測量。

1.3 實驗步驟

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別量取 0，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00 mL磷標(biāo)準(zhǔn)使用液于50 mL容量瓶中，用浸提劑補(bǔ)足至10 mL。分別加水至15～20 mL左右，再加入1滴2，4-二硝基酚指示劑，然后逐滴加入硫酸溶液調(diào)至溶液近無色，加入0.75 mL抗壞血酸溶液，混勻，30 s后加5 mL鉬銻貯備液，并用水定容至50 mL，混勻。此標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中磷質(zhì)量濃度依次為 0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6 mg/L。(注:上述操作過程中，會有CO2氣泡產(chǎn)生，應(yīng)緩慢搖動容量瓶，勿使氣泡溢出瓶口。)

將上述容量瓶置于室溫高于15℃處，放置30 min(若室溫低于15℃，可在20～30℃水浴顯色30 min)。用1 cm比色皿在880 nm波長處比色，以空白溶液為參比，分別測量吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，對應(yīng)的磷濃度為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

1.3.2 試樣預(yù)處理

稱取通過1 mm孔徑篩的風(fēng)干土樣2.50 g，置于干燥的150 mL錐形瓶中，加入50.0 mL浸提劑，用橡皮塞塞緊，置于恒溫往復(fù)振蕩機(jī)上，在(25±1)℃下以170 r/min的振蕩頻率振蕩(30±1)min，立即用無磷濾紙過濾入干燥的150 mL錐形瓶中。濾液必須當(dāng)天分析。1.3.3 試樣的測定

量取10.0 mL經(jīng)過預(yù)處理的樣品于干燥的50 mL容量瓶中，然后按照與校準(zhǔn)曲線相同的操作步驟進(jìn)行顯色和測量。不加土壤樣品，按上述步驟測定全過程空白，以下操作同標(biāo)準(zhǔn)曲線。校準(zhǔn)曲線測定數(shù)據(jù)見表1。

表1 校準(zhǔn)曲線測定數(shù)據(jù)

2 結(jié)果與討論

2.1 浸提劑pH值的控制

NaHCO3的pH往往隨放置時間的延長而上升［4，5］，將配置好的浸提劑放置3，5，8 和 12 d 后分別進(jìn)行pH值測定，其結(jié)果見表2。

表2 浸提劑pH值的變化

從表2可知，0.5 mol/L NaHCO3存放3 d，pH值上升0.3，存放12 d，pH上升0.7。而有效磷的測定值會隨浸提劑pH的上升而增大，增大幅度取決于土壤類型，因此，浸提劑pH的變化是不可忽視的。NaHCO3應(yīng)臨用現(xiàn)配，浸提前一定要將浸提劑的pH值調(diào)至8.5。

2.2 振蕩時間的選擇

對同一個土壤樣品進(jìn)行不同時間的浸提，結(jié)果見表3。

表3 不同浸提時間對同一土壤有效磷含量的影響

固相磷的溶解作用和交換作用都與作用時間有關(guān)，振蕩時間愈長，浸提出來的養(yǎng)分愈多。因此，參照文獻(xiàn)［4］和［5］中的規(guī)定，把振蕩時間30 min改為25～30 min更加容易控制。

2.3 振蕩頻率的選擇

對(13.8±2.3)mg/kg土壤有證樣品，分別使用100，130，150，170，200，250 r/min 的振蕩頻率進(jìn)行處理，結(jié)果見表4。

表4 不同振蕩頻率對同一土壤有效磷含量的影響

由表4可知，振蕩頻率越快，浸提效率越高。但是，頻率過快會導(dǎo)致液體濺出，設(shè)備損壞，也超出了土壤樣品標(biāo)準(zhǔn)值。因此，振蕩頻率選擇170 r/min為宜。

2.4 浸提液適宜土壤的選擇

(1)1945年，BRAY和KURTZ提出用0.025 mol/L HCl+0.03 mol/L NH4F浸提土壤，可以方便地測定酸溶性磷和吸附磷，包括大部分磷酸鈣和一部分磷酸鋁和磷酸鐵，此方法為目前國際通用的測定酸性土壤有效磷的方法［6］。1954年，OLSEN等人提出用0.5 mol/L NaHCO3(pH=8.5)浸提，測定石灰性土壤和中性土壤中的有效磷［7］。

用本方法分別測定酸性土壤和堿性土壤有效磷含量，結(jié)果如表5所示。

表5 浸提液對不同性質(zhì)的土壤有效磷含量的影響

由表5可知，用該浸提方式測定酸性土壤中的有效磷，結(jié)果偏低，這是因為碳酸氫鈉溶液與土壤中的酸中和，導(dǎo)致浸提劑pH值降低而使結(jié)果偏低，因此，本方法適宜中性和石灰性土壤。

2.5 溫度的選擇

2.5.1 浸提溫度

OLSEN曾指出:在20～30℃提取溫度范圍內(nèi)，以(25±1)℃為標(biāo)準(zhǔn)，溫度每升高1℃，土壤速效磷含量增加0.43 mg/kg［7］。筆者在實驗中發(fā)現(xiàn)，振蕩溫度在25℃時較為合理。溫度低于25℃，PO34－提取緩慢;溫度超過25℃，實際操作中比較困難，而且還將會增加非有效磷的溶解。因此，本方法采用《森林土壤有效磷的測定》(LY/T 1233—1999)中的浸提溫度。具體控制時，可采用恒溫振蕩器，保證浸提溫度為25℃。

2.5.2 顯色溫度

參照《森林土壤有效磷的測定》(LY/T 1233—1999)和《土壤質(zhì)量 磷的測定 光譜法測定碳酸氫鈉溶液中可溶磷》(ISO 11263—1994)中的顯色溫度。溫度為15～25℃。實際樣品分析時，在恒溫振蕩機(jī)上進(jìn)行提取，顯色溫度較易控制。

2.6 顯色劑的酸度的選擇

鉬藍(lán)顯色是在適宜的試劑濃度下進(jìn)行的，磷鉬雜多酸需在一定酸度條件下生成，過酸與不足均會影響結(jié)果。因此，在磷的鉬藍(lán)比色測定中，酸度的控制最為重要。使用不同酸度的顯色劑對磷的曲線和土壤的浸提液進(jìn)行比色測定，其結(jié)果見表6。

表6 不同方法的顯色劑對磷的曲線和土壤有效磷的影響

從表6可知，不同方法測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線的吸光度沒有顯著差異。但是，對于浸提出來的土壤樣品，用不同方法的顯色劑，其吸光度差異很大，這主要與土壤本身的酸度有關(guān)。因此，在加入顯色劑前，需調(diào)節(jié)浸提液的pH值，即加1滴2，4-二硝基酚指示劑，用硫酸溶液調(diào)節(jié)pH至溶液呈現(xiàn)微黃色。

2.7 檢出限的測定

按照樣品分析的全部步驟，重復(fù)n(n≥7)次空白試驗，將各測定結(jié)果換算為樣品中的濃度，計算n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按下列公式計算方法檢出限［8］:

式中:n——樣品的平行測定次數(shù);t——自由度為n－1，置信度為0.99時的t分布(單側(cè))，當(dāng)n=7時，t=3.143;S——n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。以4倍檢出限作為方法測定下限，檢出限為0.4 mg/kg，檢出下限為1.6 mg/kg。

2.8 精密度的測定

實驗室采用高［含量為(23.3±1.4)mg/kg的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品］、中［含量為(13.8±2.3)mg/kg的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品］、低(含量為4.59 mg/kg的實際土壤)3種不同含量水平的土壤樣品，每個樣品平行測定6次，分別計算不同含量樣品的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差等各項參數(shù)(表7)。

2.9 準(zhǔn)確度的確定

使用2個不同含量水平的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定。有證物質(zhì)1的編號為GBW 07414，濃度為13.8 mg/kg;有證物質(zhì)2的編號為ASA-2a，濃度為23.3 mg/kg。每個有證標(biāo)準(zhǔn)樣品平行測定6次，分別計算不同含量水平有證標(biāo)準(zhǔn)樣品的平均值、相對誤差等各項參數(shù)，結(jié)果見表8。

表8 有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品測試數(shù)據(jù)

2.10 其他影響因素

所有的采樣儀器和設(shè)備、分析儀器和設(shè)備經(jīng)處理后都不應(yīng)含磷。試驗中使用的玻璃器皿可用(1+5)鹽酸溶液(鹽酸與蒸餾水體積比為1∶5)浸泡2 h，或用不含磷的洗滌劑清洗。比色皿用后應(yīng)以稀硝酸或鉻酸洗液浸泡片刻，以除去吸附的鉬藍(lán)有色物質(zhì)。

由于浸提出來的養(yǎng)分受浸提液濃度、水土比例、振蕩時間、溫度等影響，因此要嚴(yán)格控制好實驗室的溫度。浸提溫度和顯色溫度要嚴(yán)格控制在(25±1)℃，否則試驗誤差較大。

3 結(jié)語

采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定中性及石灰性土壤中有效磷，該方法干擾少，顯色范圍寬，實際土壤樣品測定RSD為1.92% ～5.04%，標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品相對誤差分別為1.7%和7.9%，精密度和準(zhǔn)確度均滿足要求。

［1］ 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999:179-181.

［2］ 卜玉山，楊鳳仙，韓明正.土壤生物有效磷測定方法的發(fā)展及其在美國的研究動態(tài)［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，21(2):184-187.

［3］ HJ/T 166 土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ LY/T 1233—1999 森林土壤有效磷的測定［S］.

［5］ ISO 11263:1994 土壤質(zhì)量 磷的測定 光譜法測定碳酸氫鈉溶液中可溶磷［S］.

［6］ BRAY R H，KURTZ L T.Determination of total，organic and available forms of phosphorus in soils［J］.Soil Science，1945，59:39-45.

［7］ OLSEN S R，COLE C V，WATANABE F S，et al.Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate［R］.1954.

［8］ HJ 168—2010 環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則［S］.

Determination of Available Phosphorus in Soil by Sodium Bicarbonate Extraction Mo-Sb Anti-spectrophotometry Method

SHEN Zhi-qun，ZHANG Qi，LIU Lin-juan，QIU Yan
(Nantong Environmental Monitoring Central Station，Nantong ，Jiangsu 226006，China)

Theavailable phosphorus was extracted by 0.50 mol/L sodium bicarbonate solutionin neutral and calcareous soil.Sodium bicarbonate solution can inhibit the activity of Ca2+，so that the calcium phosphate of large activity were extracted;meanwhile active iron phosphate and aluminum salt was leached by hydrolysis.Molybdenum Blue reaction occurred by mixing elution and Mo-Sb anti-chromogenic reagent and the absorbance was measured at a wavelength of 880 nm.In this study，the method of measuring concentrations of available phosphorus in soil was developed.The sample volume was 2.50 g and sodium bicarbonate solution was 50 mL.The detection limit of this method was 0.4 mg/kg and lower limit was 1.6 mg/kg when 1 cm cuvette was used.

soil;available phosphorus;sodium bicarbonate extraction;spectrophotometery

X833

B

1674-6732(2011)-05-0012-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2011.05.004

2011-06-09;

2011-07-13

2008年度環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目(1013)。

沈志群(1963—)，女，高級工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測與管理工作。