不同浸提條件對(duì)土壤速效鉀含量影響的研究

黎嘉雯

(廣州匯標(biāo)檢測(cè)技術(shù)中心,廣東 廣州 510670)

土壤是人類賴以生存的土地環(huán)境,是植物生長(zhǎng)的搖籃,所以土壤的屬性與元素分析是化學(xué)檢測(cè)的重要一環(huán)。土壤的有效養(yǎng)分是針對(duì)植物吸收而言的,土壤養(yǎng)分分為大量元素、中量元素和微量元素。在自然界中,養(yǎng)分主要來源于土壤礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì),其次是大氣降水、滲水和地下水。耕作土壤中來源于施肥和灌溉。通常是指在一生長(zhǎng)季里,土壤中可供植物吸收和利用的養(yǎng)分。而可供當(dāng)季作物吸收的養(yǎng)分稱為速效養(yǎng)分;緩慢釋放的可供作物吸收的養(yǎng)分稱為緩效養(yǎng)分;這兩者都是有效的養(yǎng)分。其中速效養(yǎng)分含量較少僅占全量的1%不到。而土壤中各種形態(tài)的養(yǎng)分并無界限,也不是絕對(duì)的。各形態(tài)養(yǎng)分之間處在動(dòng)態(tài)平衡中。土壤養(yǎng)分的有效性受以下因素影響。強(qiáng)度因素:土壤溶液中的養(yǎng)分濃度。是職務(wù)直接吸收的養(yǎng)分形態(tài),是決定植物吸收養(yǎng)分的難易程度。容量因素:是指固相上能夠轉(zhuǎn)移到土壤溶液中的有效養(yǎng)分量,也叫做數(shù)量因素,它決定了植物吸收養(yǎng)分量的多少。土壤有效養(yǎng)分的測(cè)定值是用一種浸提液將某種形態(tài)或某幾種形態(tài)的養(yǎng)分浸提出來的量,它的數(shù)值大小只能反映有效養(yǎng)分的多少和土壤費(fèi)力的高低,是一個(gè)相對(duì)值而不是絕對(duì)值。不同浸提液測(cè)定相差有可能會(huì)比較大,無可比性。氮、磷、鉀是土壤的三大營(yíng)養(yǎng)素,其中,鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素,不僅能促進(jìn)植物光合作用,還能增強(qiáng)植物的抗倒伏性。土壤速效鉀是植物可以直接吸收利用的元素形態(tài),通常被視作土壤鉀素給指示器之一[1]。土壤存在的化學(xué)形態(tài)包括水溶態(tài)、代換態(tài)、礦物態(tài)以及有機(jī)態(tài)養(yǎng)分。土壤鉀的形態(tài)分為水溶性鉀、交換性鉀、緩效鉀以及難溶性鉀,其中,速效鉀包括了交換性鉀和水溶性鉀。土壤鉀元素并不是越高越好,只有適量的鉀元素才能使植物高產(chǎn),當(dāng)土壤中的鉀元素含量過高時(shí),不僅會(huì)影響植物對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收,還會(huì)造成環(huán)境污染等[2]。因此土壤鉀的分析對(duì)于植物養(yǎng)分以及對(duì)于土壤成分分析來說,至關(guān)重要。其中速效鉀則是最直接的,能被植物所吸收的鉀的形態(tài),所以本文主要研究土壤速效鉀的測(cè)定。而現(xiàn)行有效的關(guān)于土壤速效鉀的分析方法有以下《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測(cè)定》(NY/T 889—2004)以及《森林土壤鉀的測(cè)定》(LY/T 1234—2015)。其中,《森林土壤鉀的測(cè)定》(LY/T 1234—2015)的分析步驟更適用于林地耕地、園地對(duì)土壤速效鉀的分析,故本文選擇此標(biāo)準(zhǔn)作為測(cè)定依據(jù)。

以標(biāo)準(zhǔn)《森林土壤鉀的測(cè)定》(LY/T 1234—2015)中的檢測(cè)過程為實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ),標(biāo)準(zhǔn)以中性1 mol/L乙酸銨溶液為浸提劑,溶液中銨離子與土壤膠體表面的鉀離子進(jìn)行交換,連同水溶性鉀離子一起進(jìn)入溶液,浸提液中的鉀可直接用火焰光度計(jì)測(cè)定。

下文通過改變浸提條件,包括溫度條件,分別設(shè)定為20,25,30 ℃;時(shí)間條件,分別設(shè)定為15,30,45 min;轉(zhuǎn)速條件,分別設(shè)定為150,165,180 r/min。從而研究在不同浸提條件下土壤速效鉀的精密度與正確度情況。

當(dāng)單一條件變動(dòng)時(shí),另外兩個(gè)條件按照標(biāo)準(zhǔn)條件范圍設(shè)置不作變動(dòng)以達(dá)到改變一個(gè)因素,研究該因素對(duì)土壤速效鉀測(cè)定結(jié)果的精密度和正確度的影響,為使用本方法進(jìn)行檢測(cè)分析的實(shí)驗(yàn)室人員提供浸提條件選擇的參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 試劑及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

1.1.1 浸提劑

稱取77.1 g分析純乙酸銨,溶于800 mL的純水中,如pH值不為7.0,則應(yīng)使用體積比1∶1氨水調(diào)節(jié)至pH值為7.0,最后用純水定容至1 L。

1.1.2 空白試劑水

通過純水機(jī)制備的水,使用前應(yīng)進(jìn)行純水驗(yàn)收,確保實(shí)驗(yàn)室空白無待測(cè)物。

1.1.3 體積比1∶1氨水

取50 mL分析純氨水,至100 mL容量瓶中,用純水稀釋至刻度線。

1.1.4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

3個(gè)不同濃度的土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品ASA-6b-CZ,生產(chǎn)廠家為中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院物化所、ASA-5b-CZ生產(chǎn)廠家為中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院物化所、GBW07495生產(chǎn)廠家為陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所有限公司。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度如下:ASA-6b-CZ含量為(100±20) mg/kg,ASA-5b-CZ含量為(220±20) mg/kg,GBW07495含量為(623±18) mg/kg。

1.2 儀器設(shè)備

百分之一電子天平、萬分之一電子天平、往復(fù)式恒溫振蕩器、火焰光度計(jì)。

1.3 樣品的采集

根據(jù)所采集森林土壤的地形情況,確定樣品采集方案,一般采用梅花法、棋盤法或蛇形法等多點(diǎn)混合的方法采樣。將所有混樣點(diǎn)采集的土壤樣品堆放于聚乙烯塑料布上面,去除明顯根系后,充分混勻,然后采用“四分法”去除多余樣品,留取以風(fēng)干重計(jì)的樣品。使用塑料布混樣后,需及時(shí)將其清理干凈,避免下次使用時(shí)造成樣品間交叉污染。

1.4 樣品的制備

按照HJ/T 166的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行樣品制備。

在風(fēng)干室將土壤樣品放置于風(fēng)干盤中,攤成薄層,適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行壓碎、翻動(dòng)、挑出碎石、砂礫以及植物殘?bào)w。

將風(fēng)干后的樣品倒入有機(jī)玻璃板上,用木錘敲打,用木滾、木棒、有機(jī)玻璃棒再次壓碎,挑出雜質(zhì),混勻,并用四分法取壓碎樣,過孔徑2 mm尼龍篩。過篩后樣品全置于無色聚乙烯薄膜上,充分混勻,再用四分法取其中兩份,一份用于細(xì)磨,另一份用于留存。

1.5 浸提液的制備

稱取過孔徑2 mm篩的風(fēng)干土樣5.0 g(精確至0.01 g)于150 mL具塞三角瓶中,加50.0 mL 1 mol/L乙酸銨溶液,蓋緊瓶塞,搖勻,在20～25 ℃下,150～180 r/min振蕩15～45 min,干過濾,濾液直接在火焰光度計(jì)上測(cè)定。

1.6 校準(zhǔn)曲線的配置

以1 000 mg/L鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液用1 mol/L乙酸銨溶液定容,獲得0.00～30.00 mg/L鉀標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。用0.0 μg/mL的鉀溶液調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn),然后由低到高依序測(cè)定鉀標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

以樣品濃度為橫坐標(biāo),樣品吸收值之比為縱坐標(biāo),建立校準(zhǔn)曲線,實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線為:y= 0.020 2x-1.836 5,r值為0.999 7。

1.7 樣品空白

除不加土樣外,其他步驟與樣品處理一致。樣品空白均為未檢出。

1.8 結(jié)果計(jì)算

結(jié)果計(jì)算與表示

式中:W——速效鉀含量,單位為mg/kg;

C——待測(cè)液的鉀的濃度數(shù)值,單位為mg/L;

C0——空白樣品鉀的濃度數(shù)值,單位為mg/L;

V——浸提劑體積,單位為mL;

m——風(fēng)干土樣的質(zhì)量,單位為g;

k——風(fēng)干土樣換成烘干土樣的換算系數(shù);

取平行測(cè)定結(jié)果的算數(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果,結(jié)果取整數(shù)。

2 浸提條件與結(jié)果

2.1 浸提溫度

通過改變浸提溫度,研究土壤速效鉀在20,25 ℃以及30 ℃的條件下的不同濃度標(biāo)樣的精密度與正確度情況。

取3個(gè)不同濃度的土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每個(gè)樣品測(cè)試六次,得出不同浸提溫度下的速效鉀含量與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見下表1。

在浸提溫度為20 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為4.1%～7.2%;在浸提溫度為25 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為2.6%～6.6%;在浸提溫度為30 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為3.8%～5.6%。各不同浸提溫度下的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍接近,無大差異。得出不同浸提溫度下的速效鉀含量與相對(duì)誤差(RE),結(jié)果見下表2。

表2 不同溫度下土壤速效鉀正確度度測(cè)定結(jié)果

在浸提溫度為20 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-3.2%～10.0%;在浸提溫度為25 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-2.0%～1.8%;在浸提溫度為30 ℃條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-4.0%～5.0%。結(jié)果表明,浸提溫度在25 ℃時(shí),土壤速效鉀含量相對(duì)誤差范圍較其他溫度下的相對(duì)誤差要小,故溫度設(shè)定為25 ℃時(shí),浸提效果較佳。

2.2 浸提時(shí)間

通過改變浸提時(shí)間,研究土壤速效鉀在15 min、30 min以及45 min的條件下的不同濃度標(biāo)樣的精密度與正確度情況。

取3個(gè)不同濃度的土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每個(gè)樣品測(cè)試六次,得出不同浸提時(shí)間下的速效鉀含量與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見下表3。

表3 不同時(shí)間下土壤速效鉀精密度測(cè)定結(jié)果

在浸提時(shí)間為15 min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為2.2%～4.6%;在浸提時(shí)間為30 min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為3.3%～4.5%;在浸提時(shí)間為45 min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為3.1%～4.9%。各不同浸提時(shí)間下的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍接近,無大差異。

得出不同浸提時(shí)間下的速效鉀含量與相對(duì)誤差(RE),結(jié)果見下表4。

表4 不同時(shí)間下土壤速效鉀精密度測(cè)定結(jié)果

在浸提時(shí)間為15 min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-13.2～-2.0%;在浸提時(shí)間為30 min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-2.1%～5.0%;在浸提時(shí)間為45 min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差為-1.0%～1.0%。結(jié)果表明,浸提時(shí)間在45min時(shí),土壤速效鉀含量相對(duì)誤差范圍較其他時(shí)間下的相對(duì)誤差要小,故時(shí)間設(shè)定為45 min時(shí),浸提效果較佳。

2.3 浸提轉(zhuǎn)速

通過改變浸提轉(zhuǎn)速,研究土壤速效鉀在150,165 r/min以及180 r/min的條件下的不同濃度標(biāo)樣的精密度與正確度情況。

取3個(gè)不同濃度的土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品ASA-6b-CZ、ASA-5b-CZ、GBW07495,每個(gè)樣品測(cè)試六次,得出不同浸提轉(zhuǎn)速下的速效鉀含量與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見下表5。

表5 不同轉(zhuǎn)速下土壤速效鉀精密度測(cè)定結(jié)果

在浸提轉(zhuǎn)速為150 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為4.1%～7.2%;在浸提轉(zhuǎn)速為165 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為2.6%～6.6%;在浸提轉(zhuǎn)速為180 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為3.8%～5.6%。各不同浸提轉(zhuǎn)速下的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍接近,無大差異。

得出不同浸提時(shí)間下的速效鉀含量與相對(duì)誤差(RE),結(jié)果見下表6。

表6 不同轉(zhuǎn)速下土壤速效鉀精密度測(cè)定結(jié)果

在浸提轉(zhuǎn)速為150 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-5.5%～3.0%;在浸提轉(zhuǎn)速為165 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-4.1%～1.0%;在浸提轉(zhuǎn)速為180 r/min條件下,土壤速效鉀含量的相對(duì)誤差范圍為-0.2%～0.9%。結(jié)果表明,浸提轉(zhuǎn)速在180 r/min時(shí),土壤速效鉀含量相對(duì)誤差范圍較其他轉(zhuǎn)速下的相對(duì)誤差要小,故轉(zhuǎn)速設(shè)定為180 r/min時(shí),浸提效果較佳。

3 結(jié)論

由上述研究結(jié)果表明,使用標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)的浸提條件對(duì)土壤速效鉀含量的精密度影響不顯著;而對(duì)土壤速效鉀含量的正確度影響較大。

當(dāng)浸提溫度為25 ℃時(shí),土壤速效鉀相對(duì)誤差范圍為-2.0%～1.8%;當(dāng)浸提時(shí)間為45 min時(shí),土壤速效鉀相對(duì)誤差范圍為-1.0%～1.0%;當(dāng)浸提轉(zhuǎn)速為180 r/min時(shí),土壤速效鉀相對(duì)誤差范圍為-0.2%～0.9%。

當(dāng)土壤速效鉀的浸提溫度為25 ℃、浸提時(shí)間為15 min、浸提轉(zhuǎn)速為180 r/min時(shí),正確度相對(duì)誤差最小,浸提效果最佳。此條件可作為土壤速效鉀檢測(cè)時(shí)的選擇條件。