快速測(cè)定土壤有效硼的方法

王佳佳，王雪楓，王勍勍，丁志英，張 娜，楊 松

（西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，陜西 西安 710054）

硼（B）是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素之一，參與植物體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸和生理代謝活動(dòng)，影響作物開花結(jié)實(shí)[1]。硼在植物體內(nèi)的含量通常為2～100 mg/kg，小于10 mg/kg時(shí)，大多數(shù)植物會(huì)出現(xiàn)缺硼癥狀，如棉花“蕾而不花”[2]、油菜“華而不實(shí)”[3]等；大于100 mg/kg時(shí)，植物又會(huì)中毒[4]，出現(xiàn)葉緣失綠、葉子早脫現(xiàn)象。植物體內(nèi)的硼源于從土壤中直接吸收，土壤中能夠被吸收利用的硼稱為有效硼。根據(jù)我國(guó)土壤有效硼的含量分級(jí)，土壤有效硼的適量范圍為0.5 ～1.0 mg/kg[5]，低于0.5 mg/kg時(shí)則土壤缺硼，需要施用硼肥，耿國(guó)濤等[6]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)低硼含量的紅壤地區(qū)土壤施以適量硼肥，不僅能夠提高油菜籽的品質(zhì)，還能促進(jìn)油菜增產(chǎn)增收；而含量高于1.0 mg/kg的高硼土壤又會(huì)脅迫作物的生長(zhǎng)[7]，降低油菜幼苗品質(zhì)[8]和植煙地的烤煙產(chǎn)量[9]等。因此，及時(shí)了解土壤有效硼含量對(duì)于植物健康生長(zhǎng)、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與產(chǎn)量具有重要意義。

目前測(cè)定土壤有效硼含量的方法有分光光度法[10-12]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）[13-15]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）[16-18]。分光光度法是最常用的測(cè)定方法，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的姜黃素吸光度法[19]和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的甲亞胺比色法[20]，上述兩種方法均是采用直接煮沸的方式浸提土壤中的有效硼，再用姜黃素或者甲亞胺比色法進(jìn)行測(cè)定。姜黃素分光光度法雖靈敏度高，但操作復(fù)雜，對(duì)反應(yīng)過程中樣品的蒸發(fā)速度、蒸發(fā)時(shí)間以及脫水條件的一致性要求較高[21]；甲亞胺比色法相對(duì)來說操作簡(jiǎn)便，但靈敏度低[22]，顯色溫度及顯色后溶液穩(wěn)定時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性都存在干擾[11]。此外，直接煮沸過程中的煮沸強(qiáng)度也難以控制一致，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果容易出現(xiàn)較大偏差。已報(bào)道的方法中大多采用將土壤樣品裝入聚四氟乙烯杯或聚乙烯瓶中加熱提取有效硼[23-25]。筆者通過沸水浸提，試圖尋找一種簡(jiǎn)便、快捷，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定的測(cè)定方法，為快速測(cè)定土壤有效硼提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器及裝置

Thermo ICP 6000 Series全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國(guó)熱電公司）；BSA124S型電子天平，感量0.000 1 g[賽多利斯科學(xué)儀器（北京有限公司）]；功率可調(diào)電爐；具塞石英錐形瓶（250 mL）；石英回流冷凝裝置。

1.2 試 劑

100 mg/L硼標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)證中心）；1.00 mg/L硼標(biāo)準(zhǔn)溶液制備：用100 mg/L硼標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制（溶劑與標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液相同），保存于聚乙烯瓶中；實(shí)驗(yàn)用水都是經(jīng)純化的去離子高純水（電阻率不小于18 MΩ·cm）。

1.3 儀器工作條件

ICP-AES的工作參數(shù)設(shè)置見表1

表1 ICP-AES儀器工作參數(shù)

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

稱取通過2 mm孔徑尼龍篩的風(fēng)干試樣5.000 0 g（精確至0.000 1 g）于250 mL石英錐形瓶中，按土水比例1∶10（質(zhì)量比），加入50 mL沸騰的去離子水，搖晃混勻，擰緊瓶塞，在塞蓋上接入石英回流冷凝裝置。將石英錐形瓶放入100 ℃水浴中加熱提取12 min(用秒表準(zhǔn)確計(jì)時(shí))，立即取下三角瓶，稍冷，用中速定量濾紙干過濾，濾液承接于25 mL聚乙烯比色管中，搖勻靜置，用ICP-AES按表1給出的工作條件進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。

1.5 校準(zhǔn)曲線的繪制

用1.00 mg/L的硼標(biāo)準(zhǔn)溶液分別配制濃度為0.00、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.20、0.40 mg/L的 標(biāo)準(zhǔn)系列，按儀器工作條件測(cè)定并繪制校準(zhǔn)曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土水質(zhì)量比對(duì)有效硼提取量的影響

按照1.4所述方法和步驟，分別用土水質(zhì)量比為1∶2、1∶5、1∶10、1∶15對(duì)GBW07412a（遼寧棕壤）、GBW07459（新疆灰鈣土）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣的有效硼進(jìn)行提取，用ICP-AES測(cè)定濾液，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，當(dāng)土水質(zhì)量比從1∶2降到1∶10時(shí)，2個(gè)樣品有效硼的測(cè)定值均增加了1倍，說明有效硼的浸提量隨著土水質(zhì)量比的減小而增多。當(dāng)土水質(zhì)量比為1∶10時(shí)，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值已很接近，相對(duì)誤差的絕對(duì)值均小于2%。土水質(zhì)量比從1∶10繼續(xù)降低到1∶15時(shí)，發(fā)現(xiàn)有效硼的測(cè)定值并無明顯變化，因此，確定1∶10為最佳土水質(zhì)量比。

表2 不同土水質(zhì)量比時(shí)有效硼的測(cè)定結(jié)果

2.2 浸提時(shí)間對(duì)有效硼提取量的影響

沸水浸提時(shí)間是影響有效硼提取量的重要因素。提取時(shí)間過短會(huì)造成有效硼提取不完全，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低，提取時(shí)間過長(zhǎng)又會(huì)降低工作效率。因此，需探尋有效硼在沸水中的最佳浸提時(shí)間。按照1.4所述方法和步驟，用GBW07458（黑龍江黑土）、GBW07459（新疆灰鈣土）、GBW07412a（遼寧棕壤）、GBW07413a（河南黃潮土）4個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)：對(duì)每個(gè)樣品按1∶10土水質(zhì)量比用沸水在100℃水浴中分別加熱提取3、6、12、20、30、40 min，提取液經(jīng)過濾后用ICP-AES進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果如表3所示：4個(gè)土壤樣品中有效硼的提取量均隨浸提時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，當(dāng)提取時(shí)間為12 min時(shí)，有效硼測(cè)定值已接近標(biāo)準(zhǔn)值，提取時(shí)間為12～40 min時(shí)，有效硼的測(cè)定值基本趨于穩(wěn)定，提取量變化不大，故實(shí)驗(yàn)選取12 min作為有效硼的浸提時(shí)間，保證結(jié)果準(zhǔn)確度的前提下節(jié)省前處理時(shí)間。

表3 不同浸提時(shí)間時(shí)有效硼的測(cè)定結(jié)果 （mg/kg）

2.3 分析譜線的選擇

稱取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07458（黑龍江黑土）按照1.4所述方法和步驟進(jìn)行前處理，選取波長(zhǎng)208.8、208.9、249.8 nm 3條譜線進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)樣品的測(cè)定結(jié)果、譜線強(qiáng)度、峰形及背景信號(hào)確定最佳測(cè)定波長(zhǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，波長(zhǎng)249.8 nm的譜線擬合關(guān)系好，峰的形狀和對(duì)稱性最好，因此，選取249.8 nm作為硼的測(cè)定波長(zhǎng)。

2.4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)4個(gè)國(guó)家標(biāo)樣的有效硼進(jìn)行加熱提取，并用ICP-AES測(cè)定濾液分別放置0 、1、2、3、7、12、24 h后有效硼的含量，檢驗(yàn)溶液的穩(wěn)定性。結(jié)果如表4所示。從表中硼的測(cè)定結(jié)果可以看出，提取液經(jīng)過濾后立即測(cè)定與分別放置不同時(shí)間后測(cè)定，結(jié)果變化不大，24 h內(nèi)硼含量的測(cè)定結(jié)果都在標(biāo)樣的認(rèn)定值范圍內(nèi)，說明提取液穩(wěn)定性良好。

表4 溶液穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) （mg/kg）

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按照1.5所述步驟制備標(biāo)準(zhǔn)系列溶液后，用ICPAES按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。以硼的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線，所得線性方程為：Y= 1739.4X+ 3.13，相關(guān)系數(shù)為0.999 9，線性范圍為0.020～0.400 mg/L。

同時(shí)按照試驗(yàn)方法制備12份空白溶液，測(cè)定硼含量，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差。以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算得到方法的檢出限為0.020 mg/kg。

2.6 干擾實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)考察了共存干擾元素的影響。針對(duì)硼分析線249.772 nm，鐵在249.782 nm處有一條譜線，當(dāng)鐵含量高時(shí)，其譜線輪廓會(huì)對(duì)分析線產(chǎn)生干擾。試樣以1.00 mg/L硼標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比，分別在1.00、10.0、30.0、50.0、70.0、100 mg/L鐵基體溶液中進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，鐵基體≤50.0 mg/L時(shí)對(duì)硼測(cè)定的影響在儀器工作條件下可忽略。土壤中的有效硼以熱水浸提，提取液中基體元素含量較低，鐵的質(zhì)量濃度通常都小于50.0 mg/L。但若提取液中鐵的含量超過硼的50倍，就應(yīng)校正鐵的干擾。

2.7 方法的精密度、準(zhǔn)確度

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，分別稱取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07458（黑龍江黑土）、GBW07459（新疆灰鈣土）、GBW07461（安徽潮土）、GBW07412a（遼寧棕壤）、GBW07413a（河南黃潮土）平行6份進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定方法的精密度和準(zhǔn)確度，結(jié)果如表5所示：5個(gè)樣品測(cè)定的準(zhǔn)確度RE小于6%，方法的精密度RSD小于8%。

表5 方法的精密度和準(zhǔn)確度

2.8 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

取5份土壤樣品按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行分析，并采用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表6。由表6可知，樣品的加標(biāo)回收率為 92.00%～102.00%。

表6 實(shí)際樣品的加標(biāo)回收率

3 結(jié) 論

采用石英三角瓶冷凝回流裝置，用沸水浸提-水浴加熱的方式提取土壤中的有效硼，用ICP-AES代替?zhèn)鹘y(tǒng)比色法進(jìn)行測(cè)定。避免了前處理過程中因煮沸強(qiáng)度不一致導(dǎo)致結(jié)果偏差大的問題，ICP-AES測(cè)定趨于自動(dòng)化，而且具有靈敏度高、線性范圍廣、測(cè)定速度快的優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定以及加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了該方法的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性良好。適合大規(guī)模土壤樣品中有效硼含量的測(cè)定，為研究土壤供硼的能力、科學(xué)施用硼肥，提供了可靠有效依據(jù)。