潘淑春
(成都綜合巖礦測(cè)試中心,四川成都 610081)
我國(guó)是一個(gè)長(zhǎng)期依賴于農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境農(nóng)業(yè)大國(guó)。土壤質(zhì)量是決定農(nóng)作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量的關(guān)鍵。土壤作為植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)庫,承擔(dān)養(yǎng)分運(yùn)移作用,對(duì)作物生長(zhǎng)、結(jié)果的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期。土壤有效態(tài)的研究,于20世紀(jì)后期開始出現(xiàn),并且日益受到廣泛關(guān)注。
元素在土壤中存在形態(tài)主要有以下4種:水溶態(tài)、交換態(tài)、難溶態(tài)以及有機(jī)結(jié)合態(tài),其中能被植物吸收利用的稱為有效態(tài)。這種速效養(yǎng)分多呈離子態(tài),極易隨水流失,而土壤膠體具有交換吸收作用,使部分養(yǎng)分貯存于土壤中,當(dāng)植物吸收某些可溶性養(yǎng)分后,土壤膠體吸附的養(yǎng)分又被重新交換轉(zhuǎn)入溶液中供植物使用,土壤的酸堿性在一定程度上影響這種供給能力。因此,研究土壤成分運(yùn)動(dòng)以及對(duì)植物的可給性,對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展有著十分重要的意義。
國(guó)內(nèi)測(cè)定森林土壤有效硼的方法主要有以下幾種:直接電位法、石墨爐原子吸收光譜法、甲亞胺分光光度法、鈹試劑Ⅲ分光光度法等化學(xué)分析方法。我國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T1258-1999)[1]和全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心編《土壤分析技術(shù)規(guī)范》采用甲亞胺-H酸比色法,姜黃素比色法測(cè)定有效硼的含量[2],但在實(shí)際大批量操作過程中,上述測(cè)定方法存在可操作性差、耗時(shí)、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn):其中姜黃素比色法在蒸干時(shí)的蒸干程度較難掌握,不利于批量測(cè)試。面對(duì)四川省成都市經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查中大批量土壤有效態(tài)的測(cè)試任務(wù),找出一個(gè)簡(jiǎn)便、快捷、穩(wěn)定性好、適合批量測(cè)試的測(cè)定方法是十分迫切的。
本文對(duì)遼寧開源、河南安陽、四川簡(jiǎn)陽、湖北黃梅、江西鷹潭、廣州花縣6個(gè)采樣林地的土壤有效態(tài)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),參照相關(guān)林業(yè)、農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法,考察了煮沸浸提時(shí)間、濾液放置時(shí)間、過濾方式、不同稱樣量等因素對(duì)浸提結(jié)果的影響;對(duì)比了電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)法及甲亞胺分光光度法測(cè)定有效硼,證實(shí)了ICP-AES測(cè)定土壤中的有效硼,優(yōu)于甲亞胺分光光度法。
(1)722N分光光度計(jì)。將靈敏度開關(guān)置于1檔,選擇開關(guān)置于T,在420 nm波長(zhǎng)下開啟儀器電源開關(guān)預(yù)熱20 min,打開樣品室上蓋,調(diào)節(jié)0旋鈕,使數(shù)字顯示為00.0,調(diào)節(jié)%在樣品架內(nèi)放入空白溶液和待測(cè)溶液,將空白液置于測(cè)量位置,蓋上樣品室蓋,調(diào)節(jié)100% 旋鈕使數(shù)字顯示為100.0。
(2)iCAP-6300型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)Thermo Elemental公司),射頻發(fā)生器:輸出功率1 150 W,頻率27.12 MHz,反射功率<5 W。蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速100 r·min-1工作氣體為氬氣,冷卻氣流量(Ar)1.4 L·min-1,輔助氣流量(Ar)0.5 L·min-1,積分時(shí)間8 s,觀測(cè)高度15 mm。
(1)0.9 g·L-1甲亞胺溶液:稱取0.9 g甲亞胺和2 g抗壞血酸,加100 mL純水,微熱溶解(分析時(shí)當(dāng)天配制)。若無固體甲亞胺試劑,可分別配制1%H酸溶液及0.04%水楊醛溶液使用。
(2)10 g·L-1H酸溶液:在室溫下溶解1 g 1-氨基-8萘酚-3,6-二磺酸氫鈉于100 mL無離子水中,然后加入2 g抗壞血酸,使之溶解。若混濁可過濾后使用。溶液pH2.5此液需當(dāng)天配制。
(3)0.4 mol·L-1水楊醛溶液:每 100 mL1+4 乙醇中加入水楊醛0.04 mL。
(4)0.5 mol·L-1氯化鈣溶液:5.55 g 氯化鈣(分析純),加水100 mL溶解。
(5)緩沖溶液:取乙酸銨231 g溶于水中,稀釋到1L,再加入67 gEDTA,此溶液pH6.7。
(6)硼標(biāo)準(zhǔn)溶液。
1)稱取0.5720 g經(jīng)40℃干燥過的基準(zhǔn)硼酸(H3BO3),用水溶解后,轉(zhuǎn)入1 000 mL容量瓶中,稀釋至刻度,搖勻。此溶液每毫升含100 μg硼。
2)移取5.00 mL硼標(biāo)準(zhǔn)溶液于500 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻。此溶液每毫升含1 μg硼。
3)標(biāo)準(zhǔn)系列 準(zhǔn)確吸取硼標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00 mL、0.20 mL、0.40 mL、0.60 mL、0.80 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL,分別置于洗凈的100 mL無硼容量瓶中,稀釋至刻度。
稱取10.00 g風(fēng)干并通過2.0 mm尼龍篩的土樣于150mL無硼錐形瓶中,按土水比1∶2,加入20 mL已煮沸的純水,連接冷凝管,于已升溫至160℃的電熱板上煮沸5 min取下,加入4滴0.5 mol·L-1CaCl2溶液,將其過濾,用塑料管承接,此液用于測(cè)定有效硼。
取1 mL1 g·L-1H酸溶液于10 mL干凈無硼比色管中,加2mL水揚(yáng)醛溶液,搖勻。再加入3 ml緩沖溶液,立即加入4 mL待測(cè)液,搖勻后放置1 h,在(420~430)nm波長(zhǎng)處,用1 cm比色皿,用試劑空白溶液調(diào)吸收值到零,測(cè)顯色液的吸光度。
工作曲線的繪制:取標(biāo)準(zhǔn)系列溶液0.2 μg·mL-1、0.4 μg·mL-1、0.6 μg·mL-1、0.8 μg·mL-1、1.0 μg·mL-1、2.0 μg·mL-1、4.0 μg·mL-1于不同試管中,按上述樣品顯色方法顯色,測(cè)定吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo),以標(biāo)準(zhǔn)系列溶液含量為橫坐標(biāo),繪制工作曲線。整個(gè)分析過程應(yīng)用無硼玻璃或塑料器皿,以免污染。
結(jié)果計(jì)算
有效硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以(mg·kg-1)表示,按式(1)計(jì)算:
式中:ω(B)——土壤有效硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù),單位為毫克每千克(mg·kg-1);
m1——由校準(zhǔn)曲線查得顯色液中硼的含量,單位為微克(μg);
m——試樣質(zhì)量,單位為克(g);
103和1 000——換算系數(shù);
D——分取倍數(shù),20/4。
稱取10.00 g標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),按實(shí)驗(yàn)方法煮沸3 min、5 min、7 min、10 min 進(jìn)行浸提,將其干過濾,吸取浸提液顯色,在(420~430)nm波長(zhǎng)下,測(cè)定溶液的吸光度,利用iCAP-6300(美國(guó)熱電公司)ICPAES直接測(cè)定浸提液中硼含量,結(jié)果如表1所示。
表1 煮沸時(shí)間實(shí)驗(yàn)Tab.1 Boiling Time Test
通過表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知:煮沸時(shí)間在(3~7)min對(duì)比色法和等離子體發(fā)射光譜法均沒有影響,因此選煮沸5 min浸提。
選取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) GBW07412,分別稱取5.00 g,10.00 g,20.00 g于3個(gè)三角瓶中,分別加入10 mL、20 mL、40 mL水,按測(cè)定方法浸提,顯色,比色,濾液在ICP-AES上測(cè)定,得到結(jié)果見表2。
表2 稱樣量實(shí)驗(yàn)Tab.2 Sample Weight Test
由表2結(jié)果可知:當(dāng)水土比固定為2∶1浸提,稱樣量對(duì)測(cè)定結(jié)果幾乎無影響,介于土樣中有效硼的含量以及所需溶液量,稱取10.00 g樣品測(cè)定。
分別稱取標(biāo)準(zhǔn)樣品10.00 g于4個(gè)三角瓶中,按測(cè)定方法浸提,冷卻后轉(zhuǎn)入塑料管中,放置24 h,顯色、比色和放置24 h后直接于等離子體發(fā)射光譜測(cè)定,結(jié)果見表3。
表3 過濾方式實(shí)驗(yàn)(比色法)Tab.3 Filter Test(Colorimetric Method)
由表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:未過濾僅放置過夜的浸提液比色法測(cè)定值偏離真實(shí)值,其原因是溶液澄清度不夠。而過濾與否對(duì)等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定結(jié)果的影響可忽略不計(jì)。
按測(cè)定方法浸提,干過濾,塑料管承接,放置48 h、放置72 h顯色、比色測(cè)定和將濾液直接用等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定其結(jié)果見表4。
從表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:試樣雖經(jīng)浸提過濾并澄清一段時(shí)間后,再進(jìn)行顯色測(cè)定,但結(jié)果仍然不穩(wěn),而等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定的結(jié)果均較好,較穩(wěn)。
根據(jù)試驗(yàn)方法,對(duì)比色法空白進(jìn)行11次測(cè)定和將空白于等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定11次其結(jié)果見表5。
表4 濾液穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)Tab.4 Stability Test of Landfill Leachate
表5 方法檢出限Tab.5 Detection Limit of the Method
由表5試驗(yàn)結(jié)果可知,比色法的檢出限為0.0888(10-6),等離子體發(fā)射光譜法的檢出限為0.0051μg/mL。等離子體發(fā)射光譜法明顯比甲亞胺比色法好,檢出限和檢測(cè)限均比比色法更低。
(1)甲亞胺測(cè)定硼:按實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)同一樣品進(jìn)行測(cè)定,計(jì)算測(cè)定的平均結(jié)果和變異系數(shù),結(jié)果見表6。
表6 方法精密度Tab.6 Precision of the Method Determination Boron by Azomethine
從表6精密度試驗(yàn)結(jié)果可知,本方法適用于土壤有效硼的測(cè)定。
(2)ICP-AES測(cè)定硼 :按實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)同一樣品進(jìn)行測(cè)定,計(jì)算測(cè)定的平均結(jié)果和變異系數(shù),結(jié)果見表7。
從表7精密度試驗(yàn)結(jié)果可知,本方法完全適用于土壤有效硼的測(cè)定。
表7 方法精密度Tab.7 Precision of the Method Determination Boron by ICP-AES
(1)從各單因素試驗(yàn)結(jié)果可知:煮沸時(shí)間、稱樣量(水土比=2:1)對(duì)土壤中比色法和ICP-AES測(cè)定有效硼沒有影響;但過濾方式和濾液放置時(shí)間對(duì)比色法影響較大。
(2)通過穩(wěn)定性試驗(yàn)、方法檢出限、精度試驗(yàn)可知:在批量測(cè)定土壤中的有效硼時(shí),電感耦合等離子體發(fā)射光譜法具有簡(jiǎn)便、快捷、穩(wěn)定性強(qiáng),該方法優(yōu)于甲亞胺分光光度法。
[1]國(guó)家林業(yè)局.中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(森林土壤分析方法)[S]1版.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社2000:235~236.
[2]全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心編.土壤分析技術(shù)規(guī)范[M].2版.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2006:153~157.