流動(dòng)分析儀測定皖北地區(qū)砂姜黑土全氮、全磷含量的研究

徐小娟 ，陳 歡

（1.安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230022；2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院作物研究所，安徽 合肥 230031）

土壤全氮和全磷是指土壤中各種形態(tài)的氮、磷元素含量的總和[1]。全氮包含有機(jī)氮和無機(jī)氮，全磷包含有機(jī)磷和無機(jī)磷，全氮和全磷是評(píng)價(jià)土壤肥力的主要指標(biāo)，在現(xiàn)代植物營養(yǎng)學(xué)、土壤學(xué)、生物化學(xué)[2-12]等學(xué)科有著重要的應(yīng)用。近年來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，流動(dòng)分析儀因具有自動(dòng)進(jìn)樣、準(zhǔn)確高效、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)保等領(lǐng)域得到大力推廣和應(yīng)用。其主要由進(jìn)樣系統(tǒng)、蠕動(dòng)泵、化學(xué)分析模塊和比色系統(tǒng)四部分組成，經(jīng)過設(shè)置后，即可自動(dòng)向全氮、全磷通道注入對應(yīng)的各種消解液等試劑，樣品和試劑在一個(gè)連續(xù)流動(dòng)的系統(tǒng)中均勻混合，且每個(gè)樣品可被均勻的氣泡分割，避免樣品間的交叉污染，以保證測定分析的準(zhǔn)確高效。流動(dòng)分析儀測定全氮的原理主要基于靛酚藍(lán)反應(yīng)[7-9]，即在堿性條件下（通常pH 為12.8～13.1）銨根離子與次氯酸、水楊酸鈉反應(yīng)生成藍(lán)色化合物，以硝普鈉作為催化劑，在660 nm波長處比色測定全氮含量；而測定全磷的原理則是基于磷鉬藍(lán)反應(yīng)[9-12]，在一定酸度條件下，磷酸鹽與鉬酸鹽形成的銻磷鉬混合雜多酸被抗壞血酸還原為磷鉬藍(lán)，以酒石酸銻鉀作為催化劑，同樣可在660 nm波長處比色測定全磷含量。

砂姜黑土主要分布于我國皖豫魯蘇4省120多個(gè)縣市內(nèi)，是典型的中低產(chǎn)土壤類型之一[13-15]，其富含粘粒，有效水容量小，干時(shí)堅(jiān)硬，不利于作物幼苗的生長，濕時(shí)黏閉，易造成土壤板結(jié)和結(jié)構(gòu)退化；且有機(jī)質(zhì)含量低，土壤養(yǎng)分含量較低，供水能力差，適耕期短，土壤的生產(chǎn)潛能未能充分釋放?；幢逼皆靥廃S淮海平原南側(cè)，自然條件優(yōu)越，是我國重要的糧食基地之一，境內(nèi)70%以上為砂姜黑土，對其土質(zhì)的研究和改良具有一定的代表性，理論價(jià)值高。針對該類型中低產(chǎn)土壤的改良，需要進(jìn)行大量的土質(zhì)微元素含量的測定，如全氮、全磷、全鉀、有機(jī)碳等。傳統(tǒng)的土壤全氮、全磷測試方法（凱氏定氮法和鉬銻抗比色法）操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，效率較為低下。因此，我們積極探索流動(dòng)分析儀在砂姜黑土全氮、全磷含量測定方面的應(yīng)用，對其精密度和準(zhǔn)確度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行考量，以期流動(dòng)分析儀的應(yīng)用能夠極大地縮短土壤肥效檢測周期，提高科研效率，這樣才能更為高效地挖掘砂姜黑土的潛在價(jià)值，充分發(fā)揮皖北地區(qū)自然資源的優(yōu)勢，更好地維護(hù)我省的糧食安全和穩(wěn)定。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

連續(xù)流動(dòng)分析儀，AA3 型，雙通道，德國SEAL；MT7化學(xué)模塊，管路連接示意圖參考圖1。

（1）緩沖液：將35.8 g磷酸氫二鈉、32 g氫氧化鈉和50 g 酒石酸鉀鈉溶解至600 mL 水中，稀釋至1 L，混合均勻后加入1 mL Brij-35 30%溶液。

（2）水楊酸鈉溶液：40 g 水楊酸鈉溶于600 mL 蒸餾水，加入1 g硝普鈉，稀釋至1 000 mL，溶液混勻。

（3）次氯酸鈉溶液：加入7 mL次氯酸鈉溶液至60 mL水中，稀釋至100 mL，混合均勻。

（4）鉬酸銨溶液：溶解6.2 g鉬酸銨至700 mL水中，加入0.17 g 酒石酸鉀銻并稀釋至1 L。

（5）酸鹽：5 g 氯化鈉溶于 700 mL 蒸餾水，緩慢加入12 mL硫酸。溶液混勻并稀釋至1 L，加入0.8 g十二烷基硫酸鈉并混合均勻。

（6）酸液：邊攪拌邊小心地加入14 mL 硫酸至600 mL水中。冷卻至室溫后稀釋至1 L。加入0.8 g十二烷基硫酸鈉并混合均勻。

（7）抗壞血酸溶液：5 g 抗壞血酸溶于60 mL 蒸餾水，稀釋至100 mL，溶液混勻。

（8）標(biāo)準(zhǔn)溶液A：4.717 g 硫酸銨溶于600 mL 水中，稀釋至1 000 mL并搖勻。

（9）標(biāo)準(zhǔn)溶液B：4.394 g 磷酸二氫鉀溶于600 mL標(biāo)準(zhǔn)稀釋液中，稀釋至1 000 mL。

1.2 樣品的前處理

實(shí)驗(yàn)選取皖北渦陽、蒙城和懷遠(yuǎn)三縣共9地的砂姜黑土作為研究對象，采樣點(diǎn)如圖2 所示，土壤樣品自然風(fēng)干后，研磨過100目篩。稱取土壤樣品0.5 g（精確到0.000 1 g）于100 mL消煮管中，全氮測定的樣品中加入5 mL 濃硫酸和2 g 混合催化劑（硫酸鉀-硫酸銅-硒按質(zhì)量比100∶10∶1配置）；全磷測定的樣品中則加入5 mL硫酸和10滴高氯酸。置于自動(dòng)消解儀上加熱消解至澄清，繼續(xù)加熱30 min后冷卻至室溫，定容至100 mL后搖勻，待上機(jī)測定。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

分別取5 mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液A 和B 各自稀釋至100 mL，再按不同比例移入容量瓶中，在樣品體積25 mL的基礎(chǔ)上，依次配成0 mg/L、0.5 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、3 mg/L、5 mg/L 的全氮和全磷標(biāo)準(zhǔn)溶液。運(yùn)行AA3 連續(xù)流動(dòng)測試儀，待氣泡穩(wěn)定后打開AACE 操作軟件、進(jìn)樣器和檢測器等，待泵停下后點(diǎn)圖表選擇分析方法，設(shè)置最佳測定條件，見表1，測定標(biāo)準(zhǔn)溶液，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖1 AA3流動(dòng)分析儀管路連接示意圖Fig.1 Pipeline connection diagram of AA3 flow analyzer

圖2 土壤樣品取樣點(diǎn)Fig.2 Location of soil sampling sites

表1 AA3主要參數(shù)設(shè)置Tab.1 Main parameter setting of AA3

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖3 可見，在全氮、全磷含量分別為0～10 mg/L、0～5 mg/L時(shí)，其響應(yīng)值（y，峰高度）與標(biāo)準(zhǔn)溶液氮含量（x，mg/L）擬合后呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，回歸方程分別為y=11.284x+5.400 1，R2=1和y=10.072x+6.290 3，R2=0.999 9。

圖3 （a）全氮（b）全磷 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Standard curve line of（a）total nitrogen（b）total phosphorus

2.2 實(shí)際樣品測定

3 縣9 個(gè)土壤樣品的待測液全氮、全磷含量通過流動(dòng)分析儀進(jìn)行測試，重復(fù)10 次，計(jì)算其平均值（AVG）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。結(jié)果顯示，全氮含量0.72～1.29 mg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%～3.1%，全磷含量0.50～1.20 mg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%～3.7%，見表2。可見，流動(dòng)分析儀同時(shí)測定全氮、全磷含量的精密度良好，測定結(jié)果穩(wěn)定。

表2 實(shí)際樣品測試結(jié)果（n=10）Tab.2 Measurement results of actual sample

2.3 回收率

采用標(biāo)準(zhǔn)加入法做回收率測定，選取其中兩個(gè)土壤樣品，全氮、全磷的加標(biāo)量分別為2 mg/L、1 mg/L，其消解液重復(fù)進(jìn)行5 次全氮、全磷含量測定，并計(jì)算平均加標(biāo)回收率，具體結(jié)果如表3。流動(dòng)分析儀測定全氮的平均回收率為 97.8%～99.1%，全磷的平均回收率為98.8%～101.5%，說明流動(dòng)分析儀同時(shí)測定全氮、全磷的準(zhǔn)確性高，符合實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度要求。

表3 方法回收率Tab.3 The recovery efficiency of this method

2.4 儀器檢出限

依照美國環(huán)保協(xié)會(huì)檢出限的測試方法[16]，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線最高濃度值2%的樣品進(jìn)行重復(fù)10次的測試，按照MDL=2.821*SD 的公式計(jì)算檢出限。參考1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配法，分別配制濃度為0.1 mg/L 的全氮、全磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，重復(fù)10次測定全氮含量，結(jié)果見表4。結(jié)果顯示，流動(dòng)分析儀測定砂姜黑土全氮、全磷時(shí)的待測液檢出限分別為0.063 mg/L、0.034 mg/L。

表4 儀器檢出限Tab.4 The detection limit of this instrument

2.5 三縣砂姜黑土全氮和全磷含量比較

綜合比較測定結(jié)果，皖北渦陽、蒙城、懷遠(yuǎn)三縣不同地區(qū)的全氮、全磷含量不相同，其中全氮含量平均值分別為1.18 mg/L、1.14 mg/L 、0.79 mg/L，全磷平均值分別為0.80 mg/L、1.12 mg/L、0.59 mg/L，見表5。由此可見，雖同為砂姜黑土，三地彼此相鄰，但全氮、全磷含量卻不盡相同，渦陽縣內(nèi)全氮含量最高，蒙城縣內(nèi)全磷含量最高，懷遠(yuǎn)縣內(nèi)全氮、全磷均最低，三地的全氮、全磷含量分別呈現(xiàn)出渦陽≈蒙城＞懷遠(yuǎn)、蒙城＞渦陽＞懷遠(yuǎn)兩種不同的趨勢。因此，我們在后續(xù)的施肥和育種等工作中，需要充分考慮這種地區(qū)差異的存在，真正地做到“因地制宜”。

表5 全氮、全磷含量結(jié)果對比Tab.5 The results comparison of total nitrogen and total phosphorus

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用全自動(dòng)流動(dòng)分析儀測定了皖北三縣9地砂姜黑土全氮和全磷的含量，其中，全氮的回收率為97.8%～99.1%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%～3.1%，最低檢出限為0.016 mg/L；全磷的回收率為98.9%～101.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%～3.7%，最低檢出限為0.024 mg/L，測定結(jié)果重復(fù)性好，準(zhǔn)確度和精密度高。皖北三縣砂姜黑土全氮和全磷含量表現(xiàn)不同，渦陽縣內(nèi)全氮含量最高，蒙城縣內(nèi)全磷含量最高，懷遠(yuǎn)縣內(nèi)全氮、全磷含量均最低。可見，流動(dòng)分析儀的精密度和準(zhǔn)確度均滿足實(shí)驗(yàn)要求，且較傳統(tǒng)方法測試效率高，可應(yīng)用于大批量測試該地區(qū)砂姜黑土全氮、全磷含量的分析測定，亦可在其他類型土壤的施肥或育種工作中推廣。