土壤中有效磷快速測(cè)定方法的研究

張雪梅，汪徐春，許晨晨，李 飛，密永娟

(安徽科技學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 鳳陽(yáng) 233100）

土壤有效磷含量是決定繼續(xù)施用磷肥有無效用以及效用大小的主要因素，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一般采用土壤有效磷的指標(biāo)來指導(dǎo)施用磷肥[1－5]。浸提劑浸提土壤后通常用磷鉬藍(lán)光度法進(jìn)行磷含量的測(cè)定，其作用機(jī)理為磷酸根與鉬酸銨作用生成磷鉬雜多酸，加入還原劑將其還原成磷鉬雜多藍(lán)后可用分光光度法測(cè)定其含量[6－9]。磷鉬藍(lán)法常用的還原劑有氯化亞錫、亞硫酸氫鈉、1，2，4－胺基萘酚磺酸、硫酸聯(lián)氨、抗壞血酸等[10]。土壤有效磷的速測(cè)方法多用氯化亞錫作還原劑，氯化亞錫的靈敏度高，顯色快，但顏色不穩(wěn)定?？箟难崾墙瓯粡V泛應(yīng)用的另一種還原劑，它的主要優(yōu)點(diǎn)是生成的顏色穩(wěn)定，干擾離子的影響較小，適用范圍較廣，但顯色慢，需要加溫。如果溶液中有一定的三價(jià)銻存在時(shí)，則可以大大加快抗壞血酸的還原反應(yīng)，在室溫下也能顯色，即鉬銻抗法[2，7，11－12]。何好啟等人對(duì)試紙法快速測(cè)定鍋爐水中磷酸鹽含量進(jìn)行研究提出了試紙法測(cè)定磷含量[9]，本試驗(yàn)期望將試紙法應(yīng)用于土壤中有效磷的測(cè)定，并利用鉬藍(lán)顯色反應(yīng)和光電轉(zhuǎn)換原理，組裝小型的便于田間攜帶和操作的磷酸根測(cè)定儀以期能夠快速、簡(jiǎn)便測(cè)定土壤中有效磷含量。

1 材料與方法

1.1 供試材料

土樣1(采于安徽科技學(xué)院男生六棟宿舍樓前的草地，pH為8.2)，土樣2(采于安徽科技學(xué)院后山的農(nóng)田，pH為8.1)，濃H2SO4，碳酸氫鈉，氫氧化鈉，鉬酸銨，酒石酸銻鉀，抗壞血酸，磷酸二氫鉀，酒石酸鈉等常規(guī)試劑均為分析純，購(gòu)至國(guó)藥化學(xué)試劑公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 浸提劑的選取及土壤中有效磷的浸提 準(zhǔn)確稱取兩種土樣2.5 g左右于250 mL錐形瓶中，由于本試驗(yàn)土樣呈弱堿性，加入50 mL 0.5 mol/L NaHCO3提取劑，蓋嚴(yán)后于往復(fù)震蕩機(jī)上振蕩，振蕩30 min后過濾入錐形瓶中[6]。

1.2.2 鉬銻抗試紙法測(cè)定土壤中有效磷含量 分別移取2μg/mL的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液1，2.5，4 mL入10 mL容量瓶中，加入一定量的混合顯色劑后定容，用玻璃棒分別蘸取顯色后的少量溶液點(diǎn)于定量濾紙上。比較三種濃度的磷溶液顯色結(jié)果，從而確定混合顯色劑中鉬酸銨、酒石酸鈉、抗壞血酸和硫酸最佳加入量。

1.3 組裝磷酸根測(cè)定儀測(cè)定土壤中有效磷

將舊的722S可見分光光度計(jì)拆開，紅色激光筆(λ650±10 nm)代替舊儀器的光源和單色器部分，測(cè)定土壤中有效磷含量，這既可以降低價(jià)格，又便于田間攜帶和操作。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合顯色劑中鉬酸銨濃度對(duì)顯色結(jié)果的影響

磷標(biāo)準(zhǔn)溶液中依次加入酒石酸銻鉀、硫酸、酒石酸鈉、鉬酸銨、抗壞血酸，鉬酸銨濃度分別為4 mg/mL、5 mg/mL和6 mg/mL時(shí)磷溶液的顯色結(jié)果見表1。

表1 鉬酸銨濃度對(duì)顯色結(jié)果的影響Table 1 The effect of concentration of Ammonium molybdate on the result of color

從表1可以看出，顯色結(jié)果與混合顯色劑中鉬酸銨的濃度有較大的關(guān)系，鉬酸銨的濃度越大，顯色越深?；旌巷@色劑中鉬酸銨濃度為5 mg/mL時(shí)，顯色結(jié)果最易分辨。

2.2 混合顯色劑中酒石酸鈉濃度對(duì)顯色結(jié)果的影響

同2.1相似，保持其他條件不變，改變酒石酸鈉濃度，當(dāng)其濃度分別為2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL和5 mg/mL時(shí)磷溶液的顯色結(jié)果見表2。

表2 酒石酸鈉濃度對(duì)顯色結(jié)果的影響Table 2 The effect of concentration of Tartaric acid sodium on the result of color

由表2可以看出，顯色結(jié)果與混合顯色劑中酒石酸鈉的濃度之間存在一定關(guān)系。酒石酸鈉的濃度越大，顯色越淺。當(dāng)混合顯色劑中酒石酸鈉的濃度為3 mg/mL時(shí)，顯色結(jié)果最易分辨。

2.3 混合顯色劑中抗壞血酸濃度的確定

同2.1相似，保持其他條件不變，改變抗壞血酸濃度，當(dāng)其濃度分別為2 mg/mL、2.5 mg/mL、3 mg/mL及4 mg/mL的磷溶液的顯色結(jié)果見表3。

表3 抗壞血酸濃度對(duì)顯色結(jié)果的影響Table 3 The effect of concentration of Ascorbic acid on the result of color

結(jié)果顯示:混合顯色劑中抗壞血酸的濃度從1 mg/mL變化到2.5 mg/mL，顯色結(jié)果一致。說明在一定范圍內(nèi)顯色結(jié)果與混合顯色劑中抗壞血酸的濃度沒有關(guān)系。由于抗壞血酸是顯色過程的還原劑，而且可以與多種離子配合以消除雜質(zhì)離子對(duì)測(cè)定結(jié)果的干擾。所以本試驗(yàn)中加入稍過量的抗壞血酸，可選取混合顯色劑中抗壞血酸的濃度為2 mg/mL。

2.4 試紙介質(zhì)的確定

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，配制混合顯色劑，將其用于三種濃度的磷溶液的顯色試驗(yàn)，試驗(yàn)中分別采用中速定性濾紙、中速定量濾紙、快速定量濾紙，顯色結(jié)果如圖所示。

結(jié)果分析:以三種濾紙作為介質(zhì)顯色的結(jié)果都能將三種濃度的磷溶液分辨開來，定性濾紙結(jié)果擴(kuò)散較大，顏色集中在點(diǎn)的外圍圈上，快速定量濾紙與中速定量濾紙的顯色結(jié)果很相近，中速定量濾紙的顯色結(jié)果較均勻，最后選取中速定量濾紙作為顯色介質(zhì)。

2.5 最佳顯色溫度的確定

將三種濃度的磷溶液分別在50℃、60℃、70℃顯色10分鐘。顯色結(jié)果如下:

表4 溫度對(duì)顯色結(jié)果的影響Table 4 The effect of temperature on the result of color

結(jié)果分析:由不同溫度下的顯色結(jié)果可知，溫度稍高有利于顯色。但溫度為70℃時(shí)顏色較深，不利于觀察分辨，故試驗(yàn)顯色的最佳溫度為60℃。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)比色卡的制備

以磷濃度為 0.1 μg/mL、0.2μg/mL、0.3μg/mL、0.5μg/mL、0.8μg/mL、1.2μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液與混合顯色劑的顯色結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)制作標(biāo)準(zhǔn)比色卡。結(jié)果如圖:

2.7 樣品酸度校正

在四個(gè)10 mL的容量瓶中分別加入浸提劑5.5mL，分別加入以浸提劑為溶劑配制的1μg/mL磷標(biāo)準(zhǔn)溶液2.00mL，分別加入2滴、3滴、4滴、5滴濃硫酸，最后加入混合顯色劑定容，在60℃的水浴中顯色10分鐘。然后用玻璃棒蘸取少量溶液點(diǎn)于中速定量濾紙上。

硫酸加入量為3滴時(shí)，顯色結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)比色卡上0.2μg/mL的相同，硫酸加入量為2滴時(shí)顏色較3滴時(shí)深，硫酸加入量為4滴和5滴時(shí)較3滴時(shí)淺。最后確定樣品調(diào)節(jié)酸度時(shí)的硫酸加入量為3滴。

2.8 鉬銻抗試紙法測(cè)定提取液中磷含量

分別取土壤樣品1的提取液7.50 mL加入兩個(gè)10 mL容量瓶中，分別加入3滴硫酸，最后加入混合顯色劑定容，在60℃水浴中顯色10分鐘。然后，用玻璃棒蘸取少量溶液點(diǎn)于中速定量濾紙上，將顯色結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)比色卡比較，即得樣品中磷的含量。

2.9 組裝磷酸根測(cè)定儀測(cè)定土壤中有效磷含量

2.9.1 儀器的組裝 將舊的722S型可見分光光度計(jì)拆開，觀察儀器光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器、信號(hào)輸出裝置的位置，掌握各部件的相互關(guān)系和作用原理。拆除舊的722S型可見分光光度計(jì)的單色器和光源部分，用鋁片和膠帶將市售紅色激光筆固定好，然后用膠帶將雙層白色薄膜固定，使光源發(fā)出的激光通過雙層膜打在檢測(cè)器上，以減弱其發(fā)光強(qiáng)度;這既保證其準(zhǔn)確度，又降低價(jià)格和便于田間攜帶操作。

結(jié)果分析:用組裝的儀器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，若輸出的信號(hào)不穩(wěn)定，很可能與光源的位置和光強(qiáng)有關(guān)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸出穩(wěn)定的前提是:在絕對(duì)暗室中，光源發(fā)出的激光光線要正好打在檢測(cè)器中心上且光的強(qiáng)度適當(dāng)。

2.9.2 組裝儀器的調(diào)試 土壤中有效磷含量豐缺指標(biāo)(單位mg/kg)一般為:小于10為低含量，10～15為中含量，大于15為高含量。

用測(cè)定磷標(biāo)準(zhǔn)曲線的實(shí)驗(yàn)方法，在組裝好的磷酸根測(cè)定儀上測(cè)定磷標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中磷的濃度依次為 0，0.5，0.75，1.0μg/mL。測(cè)得的結(jié)果見表 5。

表5 磷標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度Table 5 The absorbency of phosphorus standard solution

結(jié)果分析:在組裝好的磷酸根測(cè)定儀上測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系很好，R2=0.9995，所以可用該方法快速定量測(cè)定浸提液中磷濃度，進(jìn)而求得土壤中有效磷含量。

以溶劑空白作參比，將樣品顯色后測(cè)得的吸光度與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度作比較，即可求得樣品中磷所處的濃度范圍。若樣品浸提液顯色后的吸光度小于0.094，則樣品的濃度小于0.5μg/mL，土樣中有效磷含量小于10 mg/kg，為低含量;同理若樣品浸提液顯色后的吸光度大于0.154，土樣中有效磷含量高于15 mg/kg，為高含量;若在0.094與0.154之間，土樣中有效磷含量為中含量。

2.9.3 組裝磷酸根測(cè)定儀測(cè)定樣品中有效磷含量 兩種土樣浸提、顯色后，用磷酸根測(cè)定儀測(cè)定顯色后溶液吸光度。將試驗(yàn)結(jié)果與鉬銻抗分光光度法測(cè)定結(jié)果對(duì)照:樣一相對(duì)相差為W=|5.5－5.4|÷5.4×100%=2%;樣二相對(duì)相差為:W=|4.1－4.1|÷4.1×100%=0%。結(jié)果分析:兩種方法的相關(guān)性很高，即用磷酸根測(cè)定儀可以得到準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。

3 結(jié)論

用鉬銻抗試紙法測(cè)定土壤中有效磷含量快速簡(jiǎn)便，當(dāng)樣品浸提液中磷濃度在0.1～1.2μg/mL時(shí)，測(cè)定結(jié)果較為準(zhǔn)確。組裝的便攜式磷酸根測(cè)定儀測(cè)得的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系較好，在溶液中磷含量小于1.0 μg/mL時(shí)，可快速準(zhǔn)確的測(cè)定和判斷。

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