郭艷
摘 要:有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分,是作物養(yǎng)分管理中的重要因素之一,土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定也是指導(dǎo)合理施肥的重要依據(jù)之一。不同有機(jī)質(zhì)檢測(cè)方法測(cè)定的結(jié)果也不盡相同,本文通過分析3種不同原理有機(jī)質(zhì)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn),為有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法的比較和測(cè)定結(jié)果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用提供建議。
關(guān)鍵詞:有機(jī)質(zhì);灼燒法;化學(xué)氧化法;光譜法
中圖分類號(hào):S-3
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
DOI:10.19754/j.nyyjs.20190930007
有機(jī)質(zhì)是土壤固相組成的主要成分之一,雖然有機(jī)質(zhì)含量?jī)H占土壤重量很小一部分(我國土壤有機(jī)質(zhì)含量一般在0.2%~7.5%,大多數(shù)土壤有機(jī)質(zhì)含量?jī)H為0.5%~2.5%)[1],但是土壤有機(jī)質(zhì)與土壤的物理、化學(xué)以及生物學(xué)特性存在千絲萬縷的關(guān)系,是土壤的重要組成部分。土壤有機(jī)質(zhì)含量能有效評(píng)價(jià)土壤的肥力狀況,對(duì)于指導(dǎo)合理施肥有重要的作用,同時(shí)對(duì)于保護(hù)土壤環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也有重要的意義。本文通過實(shí)驗(yàn)室不同有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法之間的對(duì)比,希望能為有機(jī)質(zhì)檢測(cè)方法選擇和結(jié)果應(yīng)用提供參考依據(jù)。
1?有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法
土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定方法較多,常用的方法有干燒法、濕燒法,容量分析法(比如:重鉻酸鉀容量法(外加熱法)和稀釋熱法(水合熱法))、比色法、直接灼燒法等,容量分析法是常規(guī)實(shí)驗(yàn)室使用較普遍的方法之一[2]。根據(jù)土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定原理不同,檢測(cè)方法主要分為灼燒法和化學(xué)氧化法2種。其中灼燒法是通過高溫條件,使有機(jī)質(zhì)分解出CO2,通過灼燒前后樣品質(zhì)量的變化或CO2的分解量推算有機(jī)質(zhì)含量的一種方法?;瘜W(xué)氧化法是通過氧化土壤有機(jī)碳所消耗氧化劑的量來確定有機(jī)質(zhì)含量的一種方法。實(shí)驗(yàn)室常用的重鉻酸鉀氧化-外加熱(容量法)、堿溶比色法等屬于化學(xué)氧化法[3]。灼燒法和化學(xué)氧化法,是直接進(jìn)行有機(jī)碳含量的測(cè)定方法,相對(duì)于而言光譜法則是一種根據(jù)有機(jī)質(zhì)的光譜特征間接測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量的方法。因此,根據(jù)檢測(cè)的原理,本文主要針對(duì)TOC分析法,重鉻酸鉀氧化-外加熱法(容量法)以及土壤光譜法三種方法進(jìn)行對(duì)比和分析。
1.1?灼燒法-TOC分析法
灼燒法是通過碳氮自動(dòng)分析儀并結(jié)合高溫電爐等前處理設(shè)備進(jìn)行有機(jī)質(zhì)檢測(cè)的方法,常用的檢測(cè)設(shè)備包括總有機(jī)碳(TOC)分析儀、High TOC II分析儀、CNS元素分析儀等[4],其儀器原理基本相似,是將有機(jī)碳通過高溫(350~1000℃)氧化碳成為CO2,通過灼燒前后的質(zhì)量差或者通過測(cè)量釋放出CO2量,推算有機(jī)質(zhì)的含量。灼燒法操作相對(duì)簡(jiǎn)便,可以直接進(jìn)行原始土樣檢測(cè),無需復(fù)雜的前處理,檢測(cè)效率較高,適合實(shí)驗(yàn)室批量樣品的測(cè)定[5]。
TOC分析法,是通過添加鹽酸除去土壤樣品中無機(jī)碳對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,直到反應(yīng)完全,樣品不再起泡,將烘干的樣品放入TOC分析儀中,在高溫條件下,通過觸媒的催化作用,將有機(jī)碳完全氧化成為CO2,在凈化混合氣體之后,提純CO2氣體,然后通過紅外檢測(cè)器檢測(cè)確定樣品中有機(jī)碳的含量[5]。雖然TOC分析儀測(cè)定具有操作簡(jiǎn)單、分析時(shí)間短、樣品消耗少等優(yōu)點(diǎn),但是樣品預(yù)處理過程中殘留的酸會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命,而且TOC分析儀價(jià)格偏高,因此該方法未得到有效的推廣和普及[6]。
1.2?化學(xué)氧化法重鉻酸鉀氧化-外加熱法(容量法)
化學(xué)氧化法在酸性環(huán)境中通過不同的氧化劑氧化土壤中的有機(jī)碳,根據(jù)氧化劑的消耗量來測(cè)算有機(jī)質(zhì)的含量,這種檢測(cè)方法能夠消除碳酸鹽對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響,操作相對(duì)簡(jiǎn)便,結(jié)果準(zhǔn)確度也較高。重鉻酸鹽氧化法、過硫酸鹽氧化法、臭氧氧化法和微波消解法等均采用了化學(xué)氧化法的原理。常規(guī)實(shí)驗(yàn)室常用的方法是重鉻酸鉀氧化-外加熱法(容量法):在高溫條件下,用過量的重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化土壤中有機(jī)碳,并用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴過量的重鉻酸鉀,通過氧化過程中消耗重鉻酸鉀的量推算有機(jī)碳含量[6],結(jié)合轉(zhuǎn)化系數(shù)計(jì)算有機(jī)質(zhì)的含量。為了能夠有效地消解土壤中的有機(jī)碳,通過稀釋加熱或者外加熱的方式進(jìn)行加熱,其中外加熱法氧化溫度較高(170~180℃),實(shí)驗(yàn)室一般采用油浴加熱,有機(jī)碳的氧化率可達(dá)90%~95%(相對(duì)于干燒法),本測(cè)定方法計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量需要輔助校正系數(shù)1.1,由于消解程度不同,不同質(zhì)地的土壤檢測(cè)結(jié)果存在一定的差異。
1.3?土壤光譜法
土壤的光譜反射特性是土壤基本性質(zhì)之一,與土壤的物化性質(zhì)密切相關(guān)[7]。不同土壤形態(tài)發(fā)射的特征曲線也有所不同,這種特性為研究土壤性狀提供了新的途徑和指標(biāo)[8]。土壤有機(jī)質(zhì)光譜測(cè)定法是一種間接有機(jī)質(zhì)的檢測(cè)方法,該方法是根據(jù)土壤自身的光譜特點(diǎn),通過有機(jī)質(zhì)在特定光譜帶中反射率的變化估測(cè)有機(jī)質(zhì)含量。土壤光譜分析具有分析速度快,能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的在線檢測(cè)和無損檢測(cè)。趙鎖勞[9]等在2002年首次嘗試了運(yùn)用光譜法對(duì)我國黃土區(qū)有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行分析評(píng)價(jià),石樸杰[10]等通過以河南永城礦區(qū)復(fù)墾農(nóng)田為例,對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的實(shí)測(cè)含量與光譜測(cè)定結(jié)果進(jìn)行線性分析,建立了多種有機(jī)質(zhì)含量和高光譜估測(cè)模型,為土壤有機(jī)質(zhì)含量的特征光譜測(cè)定奠定了基礎(chǔ)。
2?有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法優(yōu)缺點(diǎn)比較
綜上對(duì)常用有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法的分析,不同的有機(jī)質(zhì)檢測(cè)方法由于檢測(cè)原理和分析設(shè)備的不同,存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
2.1?灼燒法
灼燒法操作簡(jiǎn)單,適合大量樣品的快速測(cè)定。目前,TOC分析儀測(cè)定土壤有機(jī)碳含量的方法已經(jīng)被普遍接受,可以相對(duì)快速地完成實(shí)驗(yàn)室批量樣品的測(cè)定。就TOC分析法本身而言,有機(jī)碳測(cè)量值與有機(jī)質(zhì)含量之間的轉(zhuǎn)化系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),對(duì)于不同質(zhì)地的土壤而言,其檢測(cè)結(jié)果存在差異。
2.2?化學(xué)氧化法
化學(xué)氧化法可以通過容量法和比色法來測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量,不需要高端的預(yù)處理和檢測(cè)設(shè)備。重鉻酸鉀氧化—外加熱法(容量法)被廣泛用作實(shí)驗(yàn)室中土壤有機(jī)質(zhì)含量的檢測(cè)。但是該方法必須對(duì)待測(cè)土樣進(jìn)行風(fēng)干處理,樣品的前處理工作量較大。水稻土等處于長(zhǎng)期淹水狀態(tài)的土壤,由于還原性物質(zhì)較多,重鉻酸鉀用量較多,會(huì)間接導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果虛高。如果土壤有機(jī)質(zhì)含量超過150g/kg,在樣品稱樣量較少的情況下,測(cè)定結(jié)果會(huì)出現(xiàn)偏差。
2.3?土壤光譜法
光譜法操作簡(jiǎn)單、方便,適合快速估測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)含量。但是光譜測(cè)定過程中,測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,由于土壤光譜形成是多種因素作用的結(jié)果,不同的土壤類型其光譜特征有所不同,諸如樣品處理不一致等因素可能導(dǎo)致結(jié)果差異,而且光譜儀設(shè)備價(jià)格昂貴,限制了其使用范圍。但是利用光譜法檢測(cè)相近地塊有機(jī)質(zhì)含量,可以滿足省時(shí)、省力和高效的要求。
3?結(jié)論與展望
常規(guī)的方法測(cè)定有機(jī)質(zhì),通過現(xiàn)場(chǎng)采樣,實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析,耗時(shí)、費(fèi)力、效率低,但是具有一定的通用性,尤其是重鉻酸鉀氧化法廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐和科研、教學(xué)等領(lǐng)域。相比而言,光譜法在測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)具有更多的優(yōu)勢(shì),尤其是結(jié)合了遙感技術(shù),光譜測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量將顯示出巨大的應(yīng)用前景。然而由于土壤光譜的復(fù)雜性和土壤光譜測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,測(cè)定設(shè)備昂貴等因素的限制,光譜的測(cè)定方法未能得到廣泛的推廣和應(yīng)用。
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