質(zhì)檢中心對土壤有機(jī)質(zhì)測定的質(zhì)量控制分析

栗艷芳 李秀萍 李寶賀

摘 要：土壤有機(jī)質(zhì)可改善土壤的物理、化學(xué)及生物特性，是評價(jià)土壤養(yǎng)分的重要指標(biāo)。部級質(zhì)檢中心采用重鉻酸鉀氧化容量法——油浴法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量，其檢測能力提高對檢測單位質(zhì)量管理有重要意義。本文以連續(xù)重復(fù)測定土壤樣品3次為例，分析測定過程中待測土壤目數(shù)、氧化劑添加量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。土壤目數(shù)0.15mm與方法中指定0.25mm的樣品測定結(jié)果相同，氧化劑重鉻酸鉀的用量直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，以準(zhǔn)確吸取5.00mL獲得準(zhǔn)確結(jié)果，減少其用量將導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)測定值偏高，同時(shí)結(jié)合多年土壤有機(jī)質(zhì)測定實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了油浴法測定有機(jī)質(zhì)過程中影響結(jié)果準(zhǔn)確性的因素和注意事項(xiàng)，為部級檢測中心進(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)檢測能力提升提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：土壤有機(jī)質(zhì);質(zhì)檢中心;質(zhì)量控制

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530004

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的質(zhì)檢機(jī)構(gòu)能力認(rèn)證范圍一般包含土壤有機(jī)質(zhì)檢測，檢測能力的提高除能夠準(zhǔn)確出具檢定報(bào)告外，還可在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測機(jī)構(gòu)能力考核中取得滿意結(jié)果，質(zhì)檢中心為有機(jī)質(zhì)測定取得準(zhǔn)確結(jié)果而進(jìn)行質(zhì)量控制有重要意義。

土壤有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥力高低的重要指標(biāo)，土壤有機(jī)質(zhì)包括各種動植物殘?bào)w以及微生物及其生命活動的各種有機(jī)產(chǎn)物，可改善土壤物理性狀使土壤疏松、形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。同時(shí)其也是土壤中氮、磷等光養(yǎng)分的重要來源，因此，測定土壤中的有機(jī)質(zhì)含量具有非常重要的意義。有機(jī)質(zhì)的測定方法有重鉻酸鹽容量法、干燒法、灼燒法，方法各有優(yōu)缺點(diǎn)[1-7]。目前，質(zhì)檢中心測定土壤有機(jī)質(zhì)的國家標(biāo)準(zhǔn)方法是重鉻酸鉀氧化容量法中的油浴法[8-11]，基本原理是以重鉻酸鉀氧化劑將有機(jī)碳氧化，剩余的氧化劑用標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵回滴，根據(jù)消耗的氧化劑來計(jì)算有機(jī)碳量。該測定方法雖費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確，并且檢測頻率高。同時(shí)，需要注意的事項(xiàng)也較多，其中有機(jī)質(zhì)氧化溫度、氧化時(shí)間控制、指示劑配置及土壤細(xì)度等均對有機(jī)質(zhì)含量測定有一定影響。因此，筆者參考常用重鉻酸鉀氧化容量方法，結(jié)合多年土壤有機(jī)質(zhì)檢測質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)，對方法中土壤樣品目數(shù)、氧化劑重鉻酸鉀加入量進(jìn)行試分析，并對試驗(yàn)中各類需要注意的問題進(jìn)行總結(jié)，有助于檢測人員建立準(zhǔn)確、嚴(yán)格檢測思想意識，以期為有機(jī)質(zhì)測定取得準(zhǔn)確結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 儀器設(shè)備和試劑

試驗(yàn)中使用數(shù)顯恒溫油浴鍋（常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠）、萬分之一天平（梅特勒AL-204）、堿式滴定管（25mL）等實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備。

試劑除重鉻酸鉀（K2Cr2O7）標(biāo)準(zhǔn)溶液使用優(yōu)級純外，硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）、硫酸（H2SO4）、鄰菲羅啉（C12H8N2）指示劑等均為分析純（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。試驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用以對有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)準(zhǔn)確性進(jìn)行質(zhì)量控制，本試驗(yàn)以土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為質(zhì)量控制樣品，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)選取土壤類型為遼寧棕壤（ASA-1a），標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)號為GBW07412，簡稱“質(zhì)控”，有機(jī)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值10.0±0.5g/kg。

1.2 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)樣品選取送檢到農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室土壤樣品，按方法要求進(jìn)行制備，樣品編號ZW-180403，簡稱“樣品”。

準(zhǔn)確稱取通過0.25mm孔徑篩風(fēng)干試樣0.0500～0.5000g（精確0.0001g）于30mL消煮管中，放入鐵絲籠（消煮時(shí)插試管用），準(zhǔn)確加入5mL的0.8mol/L重鉻酸鉀溶液，再加入5mL濃硫酸，搖勻，把消煮管放入預(yù)先升至170～180℃的油浴鍋中，空白沸騰后準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，5min后取出冷卻，少量多次將消煮液轉(zhuǎn)移到三角瓶中，液體總量達(dá)60mL左右后，加3滴鄰菲羅啉指示劑，用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液的顏色由橙黃—淺綠—藍(lán)綠—磚紅，按NY/T 1121.6-2016標(biāo)準(zhǔn)中公式計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品目數(shù)對有機(jī)質(zhì)含量影響

試驗(yàn)結(jié)果由表1可以看出，使用0.15mm土壤于2018年5月15日、5月18日、5月21日連續(xù)3次測定有機(jī)質(zhì)含量，分別為11.6g/kg、11.4g/kg、11.4g/kg，樣品有機(jī)質(zhì)含量結(jié)果絕對差在0～0.2g/kg范圍內(nèi)，復(fù)合方法中允許誤差1.0g/kg，連續(xù)3d測定值與方法規(guī)定使用的0.25mm土壤結(jié)果相比，絕對差均為0g/kg達(dá)到誤差要求1.0g/kg，試驗(yàn)結(jié)果表明，在無0.25mm樣品時(shí)可以用0.15mm替代。

用2.00mm土壤測定有機(jī)質(zhì)，連續(xù)3d測定結(jié)果分別為14.4g/kg、15.1g/kg、15.9g/kg，與0.25mm土壤測定值相比絕對差分別3.2g/kg、3.9g/kg、4.7g/kg，超過試驗(yàn)誤差1.0g/kg，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，若土壤顆粒較大導(dǎo)致試驗(yàn)過程中稱樣不均勻，試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差，不推薦替代使用。

2.2 氧化劑添加量對有機(jī)質(zhì)含量影響

試驗(yàn)過程中需要準(zhǔn)確加入0.8mol/L重鉻酸鉀5mL將有機(jī)碳氧化，重鉻酸鉀過量的用標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵回滴。因重鉻酸鉀用量過量，試將其用量減小到4mL，分析減少重鉻酸鉀用量對測定結(jié)果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。樣品及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于5月15日、5月18日、5月21日3次加入0.8mol/L重鉻酸鉀4mL重復(fù)測定土壤有機(jī)質(zhì)含量，因試驗(yàn)為反滴定，重鉻酸鉀用量減小使硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定量減小，按公式計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量結(jié)果與加入5mL重鉻酸鉀相比偏高，所以試驗(yàn)中不應(yīng)隨意減少重鉻酸鉀用量。

2.3 實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)分析

2.3.1 樣品稱取對有機(jī)質(zhì)含量影響

土壤有機(jī)質(zhì)檢測過程中，要先用尖頭鑷子將土壤樣品中的植物根、莖葉等有機(jī)物挑選干凈，以免影響結(jié)果;對樣品顏色、土壤目數(shù)大小、土壤質(zhì)地等判斷后再進(jìn)行測定。

一般土壤顏色較深，有機(jī)質(zhì)含量高于50g/kg（圖1），稱取0.1000～0.2500g;有機(jī)質(zhì)含量在20～30g/kg（圖2），稱取0.2500～0.3500;有機(jī)質(zhì)含量小于20g/kg（圖3），稱0.3500～0.6000g，但有時(shí)檢測方法[12]試驗(yàn)也不能完全按照土壤顏色深淺區(qū)分稱樣量。對于石灰性土樣，須緩慢加入濃硫酸溶液，以防由于碳酸鈣的分解而產(chǎn)生劇烈氣泡飛濺導(dǎo)致樣品損失。

2.3.2 藥品配置

試驗(yàn)中藥品的配置是試驗(yàn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。在硬質(zhì)長玻璃試管中氧化有機(jī)質(zhì)時(shí)所用重鉻酸鉀需要準(zhǔn)確加入5.00mL，每批樣品與空白加重鉻酸鉀溶液的量必須確保一樣。硫酸亞鐵濃度為0.2mol/L，現(xiàn)用現(xiàn)配，使用分析純（AR）即可，此溶液易被空氣氧化而致濃度下降，因此在使用時(shí)要標(biāo)定其濃度。試驗(yàn)中滴加的鄰菲羅啉指示劑配制后應(yīng)置于暗處，儲存時(shí)間不易過長，如時(shí)間過長使滴定顏色突變終點(diǎn)滯后，導(dǎo)致結(jié)果誤差偏大。

2.3.3 試驗(yàn)儀器設(shè)備

試驗(yàn)中儀器設(shè)備正常使用是保證數(shù)據(jù)科學(xué)、準(zhǔn)確的關(guān)鍵。試驗(yàn)中有機(jī)質(zhì)氧化過程使用硬質(zhì)玻璃試管，邊緣帶卷邊，方便轉(zhuǎn)移液體。氧化使用的油浴鍋，內(nèi)裝液體石蠟，溫度可達(dá)300℃左右，油浴鍋使用注意事項(xiàng)如下。

油浴鍋加熱時(shí)，由于材質(zhì)不同使用時(shí)應(yīng)用檢定過的溫度計(jì)測試實(shí)際溫度，如偏高或偏低應(yīng)及時(shí)調(diào)整溫度設(shè)置，避免油浴鍋中溫度與顯示屏產(chǎn)生差異;試驗(yàn)過程中需經(jīng)常更換液體石蠟。時(shí)間較長石蠟變粘稠，沸點(diǎn)降低，導(dǎo)致樣品氧化不夠，建議每2個月更換1次;液體石蠟應(yīng)達(dá)試管1/3～1/2;油浴鍋中的液體可以使用食物油、固體石蠟、液體石蠟等物質(zhì)，但每種物質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)材質(zhì)不同定期更換，以保證結(jié)果準(zhǔn)確。

2.3.4 氧化時(shí)間對有機(jī)質(zhì)含量影響

土壤有機(jī)質(zhì)在氧化過程中，油浴鍋溫度要控制準(zhǔn)確。加熱時(shí)，要嚴(yán)格控制時(shí)間，開始的二氧化碳?xì)馀莶皇钦娣序v，只有在空白沸騰時(shí)才能開始計(jì)時(shí)5min（圖4），所有樣品沸騰時(shí)間要一致。周偉峰[13]研究結(jié)果指出試驗(yàn)氧化7min和5min測定結(jié)果無顯著差異，從節(jié)約能源角度考慮，不宜延長氧化時(shí)間。

2.3.5 氧化溫度對有機(jī)質(zhì)含量影響

試驗(yàn)氧化溫度控制在170～180℃（微沸），土壤中有機(jī)碳將全部被氧化，否則影響土壤試驗(yàn)結(jié)果。

2.3.6 土壤樣品稀釋

氧化過程中搖動試管，以使土壤分散，促進(jìn)氧化完全。若消煮后溶液以綠色為主，說明重鉻酸鉀用量不足，應(yīng)減少樣品稱樣量重新消煮，直到液體顏色呈黃色。減少稱樣量后，氧化后顏色仍為綠色，應(yīng)摻混浮石粉或經(jīng)過高溫灼燒的無有機(jī)質(zhì)的土壤進(jìn)行固體稀釋。取浮石粉或礦物質(zhì)放在磁坩堝內(nèi)，放在馬弗爐里700～800℃灼燒2～3h，直到有機(jī)質(zhì)完全燒盡后備用（顏色見圖5）。作為稀釋樣品攪拌均勻后，按照待測土壤∶稀釋土壤比例為1∶10，計(jì)算時(shí)將稀釋倍數(shù)代入公式計(jì)算。稀釋土壤使用時(shí)，稀釋土壤在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行灼燒后進(jìn)行測定，有機(jī)質(zhì)含量為0g/kg;一般稀釋土壤選擇有機(jī)質(zhì)含量低的沙性土為宜。

2.3.7 滴定過程對有機(jī)質(zhì)含量影響

樣品氧化后冷卻到室溫20～25℃后進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使用蒸餾水或超純水，轉(zhuǎn)移液體少量多次全部轉(zhuǎn)移，總量控制在50～60mL。試驗(yàn)中注意水質(zhì)的質(zhì)量，否則影響滴定終點(diǎn)。加入鄰菲羅啉（C12H8N2）指示劑，用0.2mol/L的標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵（FeSO4）溶液滴定，溶液由黃色經(jīng)過綠色、淡綠色突變?yōu)樽丶t色即為終點(diǎn)（圖6至圖10）[14]，同時(shí)做空白試驗(yàn)。滴定過程注意顏色變化，接近終點(diǎn)時(shí)半滴加入，避免標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵溶液加入過量。一般滴定時(shí)消耗硫酸亞鐵量不小于空白用量的1/3，否則，氧化不完全，應(yīng)棄去重做。

3 結(jié)語

化學(xué)氧化法中的重鉻酸鉀容量法，分析成本較低、測定簡單、方便且不需要特定的儀器設(shè)備，目前乃至未來很長一段時(shí)間仍是實(shí)驗(yàn)室用來檢測土壤有機(jī)質(zhì)含量的常用方法[15-19]。本試驗(yàn)中結(jié)果表明，土壤樣品粒級大小對測定有機(jī)質(zhì)含量影響明顯，試驗(yàn)中可用0.15mm土壤代替0.25mm目數(shù)測定，此結(jié)果與周偉峰[7]文中指出使用的土壤目數(shù)結(jié)果一致，這是由于土壤質(zhì)地均勻，有機(jī)質(zhì)氧化較完全，而2.00mm土壤因其顆粒較大，有機(jī)質(zhì)在稱樣時(shí)使用樣品量較少，導(dǎo)致樣品不均勻，最終試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差，故不應(yīng)使用。

試驗(yàn)中重鉻酸鉀氧化劑用量以準(zhǔn)確加入5mL獲得準(zhǔn)確結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)NY/T1121.6-2016及各種參考方法中給定的過量重鉻酸鉀的用量，在此基礎(chǔ)上減少1mL用量將導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量測定結(jié)果值偏高，所以應(yīng)以方法中指定用量進(jìn)行有機(jī)質(zhì)氧化。本文根據(jù)筆者多年試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)具體分析論述了油浴法操作過程中各種注意事項(xiàng)，其中應(yīng)以溫度控制170～180℃、溫度計(jì)時(shí)以空白沸騰開始計(jì)算5inm、滴定顏色變化應(yīng)為橙黃—淺綠—藍(lán)綠—磚紅為試驗(yàn)中關(guān)鍵控制點(diǎn)，試驗(yàn)過程中多方面加以注意，則可保證土壤有機(jī)質(zhì)測定的準(zhǔn)確性。

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