土壤有效硫測(cè)試方法的探討

黎慶容+李漢濤+劉軍仿+浣祎+彭文勇

摘要：通過盆栽試驗(yàn)，研究植物全硫與土壤有效硫的相關(guān)性，對(duì)4種不同的浸提劑進(jìn)行優(yōu)選，在選定浸提劑的情況下對(duì)土壤有效硫的測(cè)試方法進(jìn)行改進(jìn)，最后通過準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)對(duì)改進(jìn)后的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。篩選了一種較理想的土壤有效硫評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)并予以統(tǒng)一，以指導(dǎo)合理施用硫肥。

關(guān)鍵詞：土壤測(cè)試；有效硫；浸提劑；精密度

中圖分類號(hào)：S151.9+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）10-2343-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.010

硫在作物體內(nèi)既是構(gòu)成氨基酸、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組分，又是許多酶與輔酶的活性物質(zhì)，參與細(xì)胞內(nèi)許多重要的代謝過程[1，2]。硫是所有植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的16種主要營養(yǎng)元素之一，被認(rèn)為是繼N、P、K之后排名第4位的主要營養(yǎng)成分，已引起國際植物營養(yǎng)界的高度重視[3]。近年來，我國缺硫土壤面積也逐漸增加[4]，在許多省份的土壤上出現(xiàn)缺硫現(xiàn)象，施用硫肥均具有不同程度的增產(chǎn)效果[5]。

土壤中各種形態(tài)的硫隨時(shí)間不斷變化，有些形態(tài)的硫?qū)χ参镏苯游沼行?，有些形態(tài)的硫?qū)χ参锷L(zhǎng)中期或長(zhǎng)期有效。土壤中大部分硫?yàn)橛袡C(jī)形態(tài)，需要轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)才能被作物吸收利用。所以，只有同時(shí)估計(jì)土壤中無機(jī)硫和部分有效的有機(jī)硫含量才能夠合理評(píng)價(jià)在作物生長(zhǎng)期間有效硫的供應(yīng)狀況。

評(píng)價(jià)土壤的供硫能力通常采用土壤測(cè)試和植株診斷。雖然植株診斷是判斷土壤硫素豐缺狀況的可靠手段，但依靠植株診斷出來為時(shí)已晚，不能及時(shí)防治作物缺硫狀況，從而造成作物減產(chǎn)[6]。因此，對(duì)土壤中有效硫的及時(shí)、有效測(cè)定是提前了解土壤硫素狀況、土壤供硫能力，進(jìn)而指導(dǎo)硫肥合理施用的最有效途徑。由于土壤中不同形態(tài)的硫?qū)χ参锏墓┬杷俾示哂忻黠@差異，合理評(píng)價(jià)有效硫狀況是研究者長(zhǎng)期以來一直關(guān)注的焦點(diǎn)，也是研究土壤對(duì)植物硫素供需狀況的重要指標(biāo)之一[7-9]。然而，土壤的有效硫難以用生物法直接測(cè)定，往往是借助某種化學(xué)浸提劑所提取的結(jié)果間接表征。因此，硫素的土壤診斷仍需要更多有關(guān)浸提劑、有效浸提方法及測(cè)定條件的研究，許多研究者提出了多種土壤有效硫的化學(xué)測(cè)定方法[10]。這些方法中使用的浸提劑主要包括氯鹽溶液（如0.01 mol/L CaCl2和0. 25 mol/L KCl，40 ℃）、磷酸鹽溶液[如0.01 mol/L Ca（H2PO4）2和0.016 mol/L KH2PO4]、堿性溶液[如NaHCO3和Kelowna試劑0.25 mol/L HOAc+0.015 mol/L NH4F]和 酸性溶液（如1 mol/L NH4Ac-HAc，pH 4.0+ 0.15% CaCl2即Morgan試劑）。除氯鹽溶液在40 ℃烘箱中以土液比1∶5（m∶V，g/mL，下同）的浸提3 h外，其他方法均采用1∶5的土液比在振蕩機(jī)上振蕩提取1 h。所提取的硫采用比濁法[11]、亞甲基藍(lán)比色法和電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測(cè)定。另外還有許多研究者考慮土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用采用硫有效性指數(shù)（SAL）和有效硫修正值（ASC）[8]作為供硫指標(biāo)。對(duì)這些方法進(jìn)行評(píng)價(jià)并篩選出適合中國國情的土壤有效硫測(cè)定方法和相應(yīng)的臨界值指標(biāo)是合理施用硫肥的關(guān)鍵，具有十分重要的研究意義。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)用土壤來自湖北、河北、遼寧3省的8個(gè)地區(qū)，土壤基本性質(zhì)見表1。選擇其中的S-1號(hào)、S-2號(hào)和S-3號(hào)土樣作為盆栽試驗(yàn)土壤。

1.2 供試植物

供試植物樣品為來自中國煙草公司的中煙100。

1.3 盆栽試驗(yàn)

分別選取S-1號(hào)（酸性土）、S-2號(hào)（石灰性土）、S-3號(hào)（黃棕壤），將不含Cl的復(fù)合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）和以上3種土壤混勻后裝入直徑35 cm，高50 cm的瓷盆。取在同樣營養(yǎng)條件下培養(yǎng)良好的8片葉齡煙苗，放入穴中進(jìn)行培養(yǎng)。兩種作物對(duì)應(yīng)3種類型的土壤分別作3次重復(fù)處理。然后分別在煙草各處理的盆栽前、煙草團(tuán)棵期、現(xiàn)蕾期、成熟期對(duì)土壤有效硫用不同的浸提劑進(jìn)行測(cè)定，并同時(shí)測(cè)定植株的全硫。試驗(yàn)中3種土各14缽，共42缽，施肥量與土壤質(zhì)量呈比例。

1.4 土壤有效硫與植物全硫的提取與測(cè)定

土壤有效硫的測(cè)定采用4種浸提液，配制方法如下：

A：以2 mol/L乙酸為介質(zhì)的0.01mol/L 磷酸二氫鈣（pH 4.00）：稱取12.6 g Ca（H2PO4）2·H2O（分析純）于少量去離子水中溶解，再加入572 mL乙酸，用去離子水定容至5 L。

B：0.15%氯化鈣：稱取1.5 g CaCl2（化學(xué)純）溶于1 L去離子水中。

C：Morgan試劑（1 mol/L NH4Ac-HAc，pH 4.00）+0.15% CaCl2：稱取77.08 g NH4Ac溶于790 mL去離子水中，再加入210 mL乙酸，混勻。最后與1 L 0.15% CaCl2混勻。

D：0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.50）：稱取42.0 g NaHCO3溶于約950 mL去離子水中，用10% NaOH溶液調(diào)至pH 8.59（用酸度計(jì)測(cè)定）再用去離子水稀釋至1 L。

土壤有效硫的測(cè)定采用H2O2氧化-BaSO4比濁法[12]；煙草全硫的測(cè)定采用Mg（NO3）2氧化-BaSO4比濁法[13]。

1.5 土壤有效硫測(cè)試方法的改進(jìn)試驗(yàn)

1.5.1 比濁法試驗(yàn)條件的改進(jìn) 根據(jù)浸提劑測(cè)定結(jié)果，用浸提劑對(duì)所有的供試土壤，設(shè)置活性炭和過氧化氫（H2O2）除有機(jī)質(zhì)的比較試驗(yàn)。對(duì)兩種常用的除有機(jī)質(zhì)方法進(jìn)行比較，其一是活性炭法：用活性炭消除濾液顏色，達(dá)到除有機(jī)質(zhì)的效果，其用量根據(jù)濾液顏色深淺而定。其二是H2O2 除有機(jī)質(zhì)法：吸取濾液于三角瓶中在電熱板上加熱，加H2O2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%）2～3滴，氧化有機(jī)物。待有機(jī)物氧化完全后繼續(xù)煮沸除去過量的H2O2。endprint

懸浮劑穩(wěn)定性試驗(yàn)，通常所用的懸浮劑有阿拉伯膠、聚乙烯醇（PVA）等。阿拉伯膠操作繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)。為此參考文獻(xiàn)[14]，探討聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑用于比濁分析。選用這兩種懸浮劑通過試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選。

比濁溫度對(duì)土壤有效硫測(cè)試的影響。

設(shè)置懸浮劑的穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行不同的比對(duì)試驗(yàn)，得出最佳的分析測(cè)試時(shí)間。

1.5.2 測(cè)定方法的準(zhǔn)確度試驗(yàn)和精密度試驗(yàn) 測(cè)定方法的準(zhǔn)確度試驗(yàn)。用加標(biāo)回收試驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)定方法的準(zhǔn)確度，即在供試土壤樣品有效硫的待測(cè)液中加入一定量的硫標(biāo)準(zhǔn)溶液，用與測(cè)定樣品同樣的方法進(jìn)行處理并進(jìn)行測(cè)定。將測(cè)得結(jié)果減去土樣中的有效硫含量除以所加入的硫含量計(jì)算出回收率。

測(cè)定方法的精密度試驗(yàn)。為了驗(yàn)證方法的精密度，體現(xiàn)測(cè)定結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性，供試土壤樣品有效硫的待測(cè)液同時(shí)用比濁法按每個(gè)樣品進(jìn)行6次平行測(cè)定，對(duì)測(cè)得的結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)檢驗(yàn)，以確定方法是否符合一般微量分析的要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸提劑種類對(duì)土壤有效硫的影響

選用“1.4”中的4種浸提劑提取土壤中的有效硫含量，植物樣品用Mg（NO3）2氧化-BaSO4比濁法測(cè)試硫含量。土壤植株中硫的含量如表2所示。

由表2可知，不同浸提劑提取的土壤有效硫有很大的差異，土壤的酸堿性對(duì)土壤有效硫的浸提也有很大的影響。總的來說，0.5 mol/L NaHCO3 （pH 8.50）提取的有效硫含量較大，0.15% CaCl2浸提得到的有效硫含量最低，0.01 mol/L Ca（H2PO4）2（pH 4.00）和Morgan試劑浸提得到的有效硫居中。

2.1.2 土壤有效硫與煙草全硫的相關(guān)性 由不同浸提劑提取堿性土壤有效硫與煙葉全硫的相關(guān)性如圖1所示，由圖1可知，D浸提劑提取有效硫與煙葉全硫含量的相關(guān)性最好，R2=0.986 1，B、C浸提劑次之，A浸提劑相關(guān)性最差。由不同浸提劑提取的酸性土壤有效硫與煙葉全硫的相關(guān)性如圖2所示，由圖2可知，對(duì)于酸性土來說，浸提劑提取有效硫與煙葉全硫含量的相關(guān)性表現(xiàn)為A>B>D>C。由不同浸提劑提取的中性土土壤有效硫與煙葉全硫的相關(guān)性如圖3所示，由圖3可知，A浸提劑提取有效硫與煙葉全硫含量的相關(guān)性最好，C浸提劑最差。

綜上所述，A浸提劑提取的中性土和酸性土有效硫與煙葉全硫的相關(guān)性較好，而用于堿性土相關(guān)性較差。C浸提劑提取的土壤有效硫與煙葉全硫的相關(guān)性不穩(wěn)定，B浸提劑用于中性土和堿性土的相關(guān)性較差，對(duì)于酸性土有較好的相關(guān)性，D浸提劑提取的堿性土和中性土有效硫與植物全硫均有較好的相關(guān)性，用于堿性土的相關(guān)性較其他幾種浸提劑好，而對(duì)于中性土，A浸提劑提取的有效硫與植物全硫的相關(guān)性更好。

上述結(jié)果表明，A浸提劑適用于中性土和酸性土中有效硫的提??；C浸提劑提取的土壤有效硫不能廣泛使用；A浸提劑雖然對(duì)酸性土有較好的相關(guān)性，但其測(cè)試值偏低，不能提取土壤中某些吸附態(tài)硫酸鹽，因而不能較好地反映土壤有效硫的真實(shí)值；D浸提液受土壤pH影響較大，但能很好地反映堿性土中土壤有效硫的含量。

A浸提劑在中性和酸性條件下的解吸能力較強(qiáng)，除能提取土壤中水溶性硫酸鹽外，還可提取土壤中大量吸附態(tài)硫酸鹽，因此這種方法能較好地反映中性和酸性土壤中可浸提態(tài)硫的狀況，適用于中性土和酸性土的浸提；D浸提液適用于堿性土有效硫的提取。

2.2 試驗(yàn)條件對(duì)土壤有效硫測(cè)定的影響

2.2.1 有機(jī)質(zhì)的影響 有機(jī)質(zhì)對(duì)比濁法測(cè)土壤有效硫有很大的影響，土壤浸提液中的有機(jī)膠體會(huì)干擾硫酸鋇沉淀的生成，在低硫濃度下，有機(jī)膠體抑制SO42-生成沉淀，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低，而在高硫濃度下，有機(jī)膠體又會(huì)與硫酸鋇形成共沉淀，使測(cè)定結(jié)果偏高。

對(duì)供試的8種土壤分別用活性炭法和過氧化氫法去除有機(jī)質(zhì)（表3），設(shè)4次重復(fù)，并對(duì)其求平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明，活性炭法除有機(jī)質(zhì)的結(jié)果多數(shù)比過氧化氫法測(cè)得的結(jié)果高，只有當(dāng)土壤有效硫含量較低時(shí)（如S-6號(hào)土，蘄春的黃棕壤），測(cè)試結(jié)果活性炭法較過氧化氫法低。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意過氧化氫氧化有機(jī)物后需繼續(xù)煮沸幾分鐘，除盡過量的過氧化氫，因?yàn)檫^量的過氧化氫除氧化有機(jī)質(zhì)外，還會(huì)將還原性高的土壤中的低價(jià)鐵氧化，有黃色沉淀出現(xiàn)，干擾比濁。通過活性炭法除有機(jī)質(zhì)與過氧化氫法除有機(jī)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的比較可以看出，活性炭法除有機(jī)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差多數(shù)較過氧化氫法高，由此可以判斷過氧化氫法除有機(jī)質(zhì)的效果比活性炭法好。

2.2.2 懸浮劑的影響 為了使硫酸鋇沉淀能均勻地分散在溶液體系中，通常添加懸浮劑，使比濁時(shí)的濁度穩(wěn)定。在所做的30次標(biāo)準(zhǔn)曲線中發(fā)現(xiàn)用0.25%阿拉伯膠為懸浮劑時(shí)標(biāo)準(zhǔn)曲線系列的相關(guān)系數(shù)R2為0.989 3～0.994 2，而用0.5%聚乙烯醇（PVA）混合液為懸浮劑，標(biāo)準(zhǔn)曲線系列的相關(guān)系數(shù)R2為0.993 2～0.999 4。表明選用0.5%PVA作為懸浮劑比用阿拉伯膠穩(wěn)定。自6月20日開始每隔3 d選取，其中6組做標(biāo)準(zhǔn)曲線，從中可以看出，選用0.5%PVA作懸浮劑比用阿拉伯膠作懸浮劑穩(wěn)定，且該方法操作簡(jiǎn)便快速（表4和表5）。

2.2.3 比濁時(shí)間的影響 比濁法中時(shí)間控制對(duì)測(cè)定結(jié)果有重要的影響，這與混濁體系的穩(wěn)定性有關(guān)。表5為用0.5%的聚乙烯醇（PVA）做懸浮劑，標(biāo)準(zhǔn)曲線系列在不同時(shí)間段內(nèi)的吸光度。由表5可知，隨著測(cè)定間隔時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度有變大的趨勢(shì)，當(dāng)比濁時(shí)間大于60 min時(shí)，讀數(shù)變得不理想，穩(wěn)定性變差，但在60 min以內(nèi)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)系列的吸光度變化不大。故用比濁法測(cè)土壤有效硫含量用0.5%的聚乙烯醇（PVA）做懸浮劑時(shí)，比濁時(shí)間應(yīng)控制在60 min以內(nèi)。

2.3 測(cè)定方法的準(zhǔn)確度和精密度

2.3.1 測(cè)定方法的準(zhǔn)確度 稱取土樣10.00 g，按土液比1∶5浸提，測(cè)定25 mL浸提液中硫的含量，每次測(cè)定設(shè)4次重復(fù)。測(cè)定結(jié)果見表7。由表7可知，其回收率為94.3%～104.1%，對(duì)于常量分析，其回收率能滿足要求，說明采用0.01 mol/L Ca（H2PO4）2，pH 4.00[堿性土用0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.5）]浸提硫酸鋇比濁法測(cè)定土壤中有效硫的含量，具有較高的準(zhǔn)確度。endprint

2.3.2 測(cè)定方法的精密度 精密度通常用標(biāo)準(zhǔn)偏差（S）和變異系數(shù)（CV）表示，精密度因待測(cè)樣品的濃度不同而不同。因此，在濃度不確定的情況下，選擇分析重復(fù)是必要的。本試驗(yàn)對(duì)8種土壤進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)定，其結(jié)果見表8。由表8可知，土壤有效硫含量低，其變異系數(shù)則較高，反之，其變異系數(shù)則較低。土樣有效硫測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.26～1.09，變異系數(shù)為0.57%～2.37%。表明該方法的精密度較好，可滿足化學(xué)分析方法的要求。

3 小結(jié)與討論

迄今，許多研究者提出了各種土壤有效硫的化學(xué)測(cè)定方法，因?yàn)橥寥烙行Я蚺R界值的確定決定于所用的浸提劑和測(cè)定方法以及所用的指標(biāo)。所以，有必要篩選一種較為理想的土壤有效硫評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)加以統(tǒng)一，以指導(dǎo)我國合理施用硫肥。

本試驗(yàn)首先通過盆栽試驗(yàn)，研究植物全硫與土壤有效硫的相關(guān)性，對(duì)4種浸提劑進(jìn)行優(yōu)選，然后在選定浸提劑的情況下，對(duì)土壤有效硫的測(cè)試方法進(jìn)行改進(jìn)，如除有機(jī)質(zhì)的最佳方法、懸浮劑的選擇、顯色時(shí)間和溫度的控制等。最后通過準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)對(duì)改進(jìn)后的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

A浸提液對(duì)酸性土壤和中性土壤浸提的有效硫與植物全硫相關(guān)性較好，D浸提液對(duì)石灰性土壤浸提的有效硫與植物全硫相關(guān)性較好。過氧化氫除有機(jī)質(zhì)效果比用活性炭好。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑比用0.25%阿拉伯膠作懸浮劑的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)要好。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑時(shí)，比濁溫度對(duì)土壤有效硫的測(cè)定影響不大，可以在室溫下進(jìn)行。用0.5%聚乙烯醇（PVA）作懸浮劑比濁的穩(wěn)定時(shí)間可達(dá)到1 h。改進(jìn)后的土壤有效硫測(cè)試方法比原方法的精密度和準(zhǔn)確度要好。

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