儲 成，程 誼，曹亞澄，蔡祖聰,3,4,5，張金波,3,4,5*

土壤可溶性有機氮測定方法研究進展①

儲 成1，程 誼1，曹亞澄2*，蔡祖聰1,3,4,5，張金波1,3,4,5*

(1 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210023；2土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；3 江蘇省地理環(huán)境演化國家重點實驗室培育建設(shè)點，南京 210023；4 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210023；5 南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，南京 210023)

可溶性有機氮(DON)是土壤中生物可利用有機氮庫的主要成分，是最為活躍的有機氮形態(tài)之一。DON在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化是土壤氮素地球生物化學(xué)循環(huán)的重要一環(huán)，與氮素養(yǎng)分供應(yīng)、損失等過程密切相關(guān)。然而缺失準(zhǔn)確、可靠的土壤DON分析方法嚴重限制了DON的相關(guān)研究進程。本文綜述了近年來國內(nèi)外土壤浸提液和水體中DON測定方法，重點比較了不同可溶性總氮(DTN)測定方法以及不同前處理方法對提高DON測定結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。

可溶性有機氮；可溶性總氮；前處理方法；無機氮去除；差減法

土壤可溶性有機氮(dissolved organic nitrogen，DON)是指土壤中能溶于水或KCl、CaCl2、K2SO4等鹽溶液的有機態(tài)氮[1]，是土壤可溶性總氮(dissolved total nitrogen，DTN)的主要組成部分，是土壤有機氮礦化作用的直接底物，是土壤氮素中除無機態(tài)氮外最為活躍的氮素成分[2]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤DON含量受土壤類型、植被覆蓋、管理措施(施肥、留茬耕作)、氣候條件(降雨、氣溫)影響[1,3]，DON/DTN比例波動范圍也較廣。例如，林地土壤中DON含量為1 ～ 448 mg/kg，大部分不高于40 mg/kg，DON/DTN比例為16% ～ 67%[3-4]；而農(nóng)業(yè)土壤中DON含量為1 ～ 413 mg/kg，DON/DTN比例為4% ～ 90%[5-6]。土壤DON形態(tài)繁多，包含氨基酸、氨基糖、多肽、蛋白質(zhì)、含氮酚類、氨基酸–腐殖酸復(fù)合物等[7-8]，其中氨基酸、氨基糖、蛋白質(zhì)是土壤中DON最重要的組成部分。農(nóng)田土壤中氨基酸占DON的比例小于5%，氨基糖和雜環(huán)氮化合物的比例平均約為15%[1]，氨基氮(肽和蛋白質(zhì))的比例為35% ～ 57%[1,7,9]。林地土壤中氨基酸的比例為1% ～ 25%[4]，結(jié)合態(tài)氨基酸的比例為48% ～ 74%[10]。這些小分子氮化合物可以被微生物迅速吸收或轉(zhuǎn)化，是生物可利用有機氮庫的主要成分[2]；而含氮酚類、氨基酸–腐殖酸復(fù)合物等DON轉(zhuǎn)化緩慢，是土壤中比較穩(wěn)定的DON組分[3,9]。另外，DON在土壤中的移動性也較強，可隨土壤水分移動而發(fā)生徑流或淋溶，會造成地下水污染富營養(yǎng)化或加速土壤N2O排放，是土壤氮素損失的重要途徑之一[1-2]。因此，準(zhǔn)確測定土壤DON含量，確定土壤DON源和匯，將有助于深入研究DON在土壤氮素地球生物化學(xué)循環(huán)、氮素養(yǎng)分供給以及氮素損失中的作用，有利于完善有關(guān)氮循環(huán)的理論。

采用鹽溶液或水溶液能從土壤中提取出DON，但同時也提取出可溶性無機氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)，由于土壤浸提液中DIN的存在，目前還沒有一種準(zhǔn)確、可靠的方法可以直接提取或測定土壤浸提液中DON含量[11]，主要通過差減法，即用土壤浸提液中DTN含量減去DIN含量，計算出DON含量[1,12]。土壤浸提液中DIN包含NH4+-N、NO– 3-N和NO– 2-N，以前兩者為主。NH4+-N含量主要采用靛酚藍比色法或離子色譜法測定[13]，NO– 3-N含量主要采用鎘柱還原比色法、硫酸肼還原比色法或離子色譜法測定[13-14]，NO– 2-N含量主要采用N-1-萘基乙二胺比色法或離子色譜法測定[14]。上述無機氮測定方法分析誤差低，完全滿足DON測定的要求，然而差減法計算DON含量會累積多次測定誤差，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性[11]。已有的研究表明，可以在兩方面進行改進來提高DON分析的準(zhǔn)確性：一是提高DTN測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，這一點是準(zhǔn)確測定DON含量的關(guān)鍵[15-17]。二是對樣品進行前處理降低浸提液中DIN比例以減少該組分的干擾。差減法累積的DIN和DTN的測定誤差使得DON的計算結(jié)果準(zhǔn)確度降低、變異度較大；特別是DIN含量較高的樣品，DON計算結(jié)果常出現(xiàn)負值[18-19]。土壤浸提液和水體存在相似性，大量水體中的DON的測定方法的研究表明，通過前處理方法降低水體中的DIN/DTN比例，可有效降低差減法計算帶來的測定誤差[11,20]，因此水體DON的測定方法研究具有較高的參考價值。目前用于降低溶液中DIN/DTN比例的前處理方法主要有：過濾、吸附、催化及預(yù)濃縮[11]。這些前處理方法各有優(yōu)缺點，DIN去除率和DON回收率也有較大差別，需要進一步綜合評估適用性。綜上所述，準(zhǔn)確測定DON含量要在“提高DTN測定準(zhǔn)確性”和“減少差減計算誤差”兩個方面進行改進。

本文綜述了近年來國內(nèi)外土壤浸提液和水體中DTN的測定方法，比較了不同DTN測定方法優(yōu)缺點及適用范圍；評估了不同前處理技術(shù)對DIN去除率和DON測定準(zhǔn)確性的影響?；谏鲜鲅芯?，本文篩選出目前最優(yōu)的DTN測定方法和前處理技術(shù)，可為建立準(zhǔn)確、可靠的土壤DON測定方法提供依據(jù)。

1 土壤浸提液或水體中DTN測定方法比較

土壤浸提液或水體中DTN含量都是通過化學(xué)法或燃燒法將樣品中所有形態(tài)的氮化合物消化成測定形態(tài)來測定。不同方法對不易消化的氮化合物組分的消化能力決定了DTN測定回收率。常用的DTN消化方法見表1。

1.1 凱氏法(total Kjeldahl nitrogen, TKN)

TKN法使用硫酸和催化劑將溶液中的含氮化合物全部還原為NH4+-N，再通過蒸餾滴定或靛酚藍比色法定量氮含量。TKN法有以下幾點缺陷：①TKN檢測限較高，為N 0.05～ 0.2 mg/L，消化試劑帶入氮導(dǎo)致較高的空白，因此不適合低DTN和DON濃度較低的樣品[29]；②TKN法只能消化蛋白質(zhì)、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素等氮為負三價形態(tài)的有機氮化合物，不能完全氧化疊氮、連氮、偶氮、腙、硝基、亞硝基、腈、肟、半卡巴腙類的含氮化合物[13]，易造成結(jié)果被低估；③TKN法的測定易受NO– 2-N和NO– 3-N濃度的干擾[13,30]，有研究者用TKN法測定高NO– 3-N樣品，發(fā)現(xiàn)高達90% 的DTN被低估[31]；④稀釋操作也會加大測量誤差[17]。因此，TKN法現(xiàn)已逐漸被其他新技術(shù)所取代。

1.2 紫外氧化法(ultraviolet, UV)及過硫酸鉀氧化法(persulfate oxidation, PO)

UV和PO法將所有形態(tài)氮都催化氧化成NO– 3-N，再用鎘柱還原比色法或離子色譜法定量[22]。UV法測定氮回收率不理想(平均71%±21%)、結(jié)果重現(xiàn)性也不佳[25]。改進后的PO法采用過硫酸鉀作為強氧化劑，在高溫高壓或紫外催化條件下可將消化效率提高至平均93%±13%[32]。PO法后被廣泛應(yīng)用于新鮮水樣和土壤溶液[33-34]。優(yōu)化試劑的比例還可以提高DTN的回收率，更利于提高DON的回收率[35]。PO法的問題在于：①不同的DON氧化效率差異很大，例如EDTA的回收率為87% ～ 99%[25,36]，而安替比林的回收率只有45% ～ 68%[25,36]；②過硫酸鉀中的雜質(zhì)氮導(dǎo)致測定時空白值含氮量較高，需要將過硫酸鉀結(jié)晶提純[25]；③堿性溶液中DTN含量結(jié)果易被低估，例如在堿性條件下NH4+-N可能以NH3形態(tài)損失[37]?？傮w而言，相比于TKN法和UV法，PO法具有檢測限低、分析結(jié)果準(zhǔn)確性高、實驗條件簡單易行的優(yōu)點，已在連續(xù)流動分析儀上實現(xiàn)自動化批量操作。

表1 土壤浸提液或水體中DTN不同測定方法的比較

1.3 高溫氧化法(high-temperature oxidation, HTO)及高溫催化氧化法(high-temperature catalytic oxidation, HTCO)

HTO法和HTCO法是將樣品直接注入氧化柱中，使所有形態(tài)氮化合物在高溫條件下轉(zhuǎn)化為氮氧化物氣體NO，NO再與O3反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)NO* 2-N后用于定量[27]。反應(yīng)過程使用催化劑的稱為HTCO法。眾多研究表明，HTCO法能獲得準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性均更高的結(jié)果，例如Pathak等[17]用HTCO法測定標(biāo)準(zhǔn)DON物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為±1%，測定廢水樣品DON含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為±5%，回收率高于99%；而且HTCO法在抗稀釋干擾方面更強；HTCO法還表現(xiàn)出良好的精度(1.5%)，可用于多種天然水體樣品的DTN的測定[26]。此外，Chen等[27]還發(fā)現(xiàn)水、K2SO4、KCl等不同提取溶劑對HTCO法測定土壤DTN準(zhǔn)確性的影響十分微小，但更高的催化溫度可能造成鹽分的升華，損壞儀器且影響測定結(jié)果[26]；有研究表明680 ℃作為氧化溫度能獲得最為準(zhǔn)確的結(jié)果[23]。綜合看來，HTCO法轉(zhuǎn)化樣品的步驟少，需樣量少，操作更容易、方便，具有作為常規(guī)測定方法的潛力[24,38]。

2 不同前處理方法對土壤浸提液或水體中DIN去除率及DON測定準(zhǔn)確性的影響

差減法計算會累積DIN和DTN的測量誤差[11,38]，尤其是DIN/DTN比例較高的樣品，DON測量誤差的數(shù)值甚至?xí)^DON的濃度[18,39]；例如，Lee 和Westerhoff[40]測定DIN/DTN比例高于90% 的地表水中DON濃度，測量誤差(N 0.19 mg/L)高于DON濃度本身(N 0.15 mg/L)。研究一致認為高比例的DIN/ DTN對DON測定結(jié)果的準(zhǔn)確性有明顯的影響[12,30]，DIN/DTN比例從50% 上升至91%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差可從2.5% 上升至47%[41]。還有許多研究測定土壤浸提液或水體中DON濃度時，都出現(xiàn)了一定比例的負值或遠低于真實濃度的結(jié)果[18-19, 39-40,42]。較多研究認為能準(zhǔn)確測定DON的DIN/DTN比例臨界值為0.6[15, 40,43]，也有研究認為是0.85[42]或0.5[41]。可靠的前處理方法應(yīng)是在降低樣品DIN/DTN比例的同時，仍能保證較高的DON回收率[11,20,40]，并且DTN分析方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差要低于一定比例[16]。目前，降低DIN/DTN比值的前處理方法主要有4類：膜分離法、吸附法、催化還原法和預(yù)濃縮法，這些方法的DIN去除率、DON回收率、使用范圍等不盡相同。本文綜合比較了不同前處理方法對土壤DIN去除率及DON測定準(zhǔn)確度的影響(表2)。

表2 不同前處理方法和DTN測定方法對溶液中DIN去除率和DON回收率的影響

2.1 膜分離法

2.1.1 滲析法(dialysis process, DP) DP法基本原理是溶質(zhì)分子在濃度梯度推動下透過半透膜，穿過膜的分子大小由與膜孔徑相關(guān)的分子截留量決定；DP法在降低DIN含量的同時也能濃縮DON?，F(xiàn)研究認為分子截留量100 Da的滲析膜可以用作去除DIN的研究，而DON分子量幾乎都超過100 Da，即使是游離態(tài)氨基酸分子量也接近100 Da，加之90% 以上的氨基酸都是以結(jié)合態(tài)形式存在，無法透過滲析膜[12]。Lee 和Westerhoff[40]用分子截留量為100 Da的滲透膜處理DIN/DTN比例超過0.6的地表水和飲用水，DIN去除率達70%，氨基酸、多肽和可溶性有機質(zhì)(dissolved organic matter, DOM)分離提取物的平均回收率在95% 以上；即使使用分子截留量較高的100 ～ 500 Da的滲析膜前處理時DOM的回收率也沒有顯著影響DON回收率[45]。Feuerstein等[53]用同位素方法證明了DP法幾乎沒有改變?nèi)芤褐械脑亟M成。

雖然DP法去除DIN效果顯著，但DP法存在如下缺陷：①滲析過程耗時較長，通常是24 ～ 120 h[39-40]，且需消耗大量分散介質(zhì)——淡水，同一批次的樣品易交叉污染，處理高含鹽量的樣品消耗更多的時間(216 h)和淡水[42]。②個別實測樣品DON回收率不理想，低分子量DON組分會滲透過滲析膜[44]，較高分子量組分可能被滲析膜吸附和阻滯[42]。Lee和Westerhoff[40]也發(fā)現(xiàn)，即使DON損失量較大，去除DIN也能達到提高DON回收率和測定準(zhǔn)確度的效果。③中性環(huán)境pH(6 ～ 8)條件下存在的NH4+-N易被帶負電荷的滲析膜吸引受到阻滯，調(diào)節(jié)pH提高NH4+-N的去除率的效果評價不一致[42,45]。

2.1.2 電滲析法(electrodialysis, ED) ED法是指在外加直流電場作用下，溶液中陰、陽離子作定向遷移，分別選擇性透過陰離子交換膜和陽離子交換膜，溶液中DON得到分離的過程。DIN是帶電離子且分子量低于100 Da，DON不帶電荷或只帶微弱電荷[54]且分子量通常高于500 Da，因此ED法采用膜孔徑約100 ～ 200 Da[55]的離子交換膜作為分離介質(zhì)，可有效降低土壤浸提液或水體中DIN含量，且堵塞引起的DON損失相對較少。例如，Zhu等[41]在電壓30V、交換液濃度0.5 mol/L、流速360 ml/h條件下，ED法處理水體溶液180 min后的DIN去除率高達99%；其他研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)短時間的ED法處理可得到100% 的DIN去除率[46-47,56]。此外，ED法測定DON的準(zhǔn)確度及回收率顯著提高。ED法處理絕大部分DON標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率均高于95%，即使是游離氨基酸回收率也能達到80% 左右，平均為88.5%[41]；宋海青等[47]用ED法處理長江水樣發(fā)現(xiàn)15 min后的DIN/DTN比例從0.87降至0.3左右，DON測定含量從0.15 mg/L上升直至穩(wěn)定在0.36 mg/L，可溶性有機碳(dissolved organic carbon, DOC)損失率低于4%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差從18.65% 下降為3.25%，這個發(fā)現(xiàn)與Chon等[46]的結(jié)果一致。還有研究發(fā)現(xiàn)采用ED法處理DIN/DTN=0.81的湖水、DIN/DTN=0.84的飲用水，即使沒有顯著改變DON的濃度，也大大減小了DON測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差[41]。由此可見，ED法在溫和條件下幾乎可完全去除DIN，可獲得極高的DON回收率和準(zhǔn)確度，且不會改變DON(如色氨酸、腐殖質(zhì)等)分子結(jié)構(gòu)[41]。因此，ED法為“直接測定DON含量”提供了可能性，其檢測限(method detection limit, MDL)為N 0.15 mg/L[41]。

近年來很多研究評價了ED法去除DIN的影響因素：①pH會影響溶液中DIN的去除率，一般認為NH4+-N去除效果最理想的pH為7 ～ 10[56]，pH過低易形成濃差極化，pH過高會出現(xiàn)膠體污染，均不利于DIN去除；另外，pH也能決定氨基酸等DON組分的電離狀態(tài)，從而影響DON測定回收率，調(diào)節(jié)pH至等電點能有效降低DON組分的電離，降低DON損失率[47]。pH上升還會改變離子交換膜和DOM性質(zhì)，導(dǎo)致膜吸附更多的DON[55]。②親水性的低分子量DOM易穿過膜、疏水性的大分子量DOM易被膜吸附都會導(dǎo)致DOC損失[54-55]，損失的DOM組分主要是低分子量的酸性、中性組分以及大分子量的腐殖質(zhì)[46]；部分游離氨基酸或肽(谷氨酸、谷胱甘肽)分子較小也容易透過離子交換膜，而且電離后帶電荷，保留率約80%[41]；非極性分子尿素受電場的作用很小，回收率高于97%[41]。③土壤浸提液中大量存在的Cl-、SO2– 4、K+、Ca2+、Mg2+等離子會和DIN競爭交換位點，也會影響DIN去除率[46,55]。

2.1.3 納濾法(nanofiltration, NF) NF法也是根據(jù)分子大小差異截留納米級別(約150 ～ 200 Da)的物質(zhì)，單價DIN離子可通過而多價陰離子和有機小分子(200 ～ 2 000 Da)被截留[57]。Xu等[43]研究結(jié)果表明污水處理廠的出水中硝酸鹽的去除率達到90% 以上，DIN/DTN比例從0.95降低至0.6以下，原本差減法計算得到的DON負值結(jié)果經(jīng)過NF法處理后全部成為正值。于紅蕾等[48]使用同種納濾膜研究景觀水中DON的精確性，結(jié)果表明利用NF270處理后DON標(biāo)準(zhǔn)偏差從44.2% 下降至4.1%。NF法的優(yōu)勢在于：分離效果好、操作壓力低、膜通量大、經(jīng)濟省時、濃縮用水量少。

和ED法類似，NF法處理后溶液DIN去除率和DON測定準(zhǔn)確度也受多種因素影響：①溶液pH會影響納濾膜表面的電荷，通過Donnan效應(yīng)(即濾膜排斥帶有相同電荷的離子而吸引帶有相反電荷的離子)進一步影響溶液DIN去除率，例如pH在等電點附近時，占主導(dǎo)的篩分效應(yīng)使得NO– 3-N和NH4+-N去除率達到最高[43,58]；NF法處理前調(diào)節(jié)溶液pH使氨基酸帶不同電荷，可將一些氨基酸的截留率提至100%[59]。因此應(yīng)用NF法要關(guān)注納濾的兩種機理——篩分效應(yīng)和Donnan效應(yīng)[60]。②溶液的鹽濃度會影響DON回收率，高濃度鹽會降低谷氨酸[59]的截留率，但Grib等[60]發(fā)現(xiàn)鹽濃度幾乎不影響氧化鋁γ納濾膜對L-丙氨酸和苯丙氨酸的截留，鹽溶液對NO– 3截留率的影響也在不同的納濾膜之間出現(xiàn)不一致的結(jié)果[61]，看來不同納濾膜對影響因素的響應(yīng)也有所區(qū)別。③納米級的分子截留量使得有機物、無機物、膠體顆粒物及生物污染都會影響DON的回收率，因此膜污染問題更為復(fù)雜[62]。目前NF法用于測定土壤浸提液中DON的研究還較少，在測定土壤浸提液DON的潛力還有待開發(fā)。

2.2 陰離子交換樹脂法(anion-exchange resin, AER)

陰離子交換樹脂表面的活性基團解離出交換離子后，優(yōu)先吸附結(jié)合溶液中的某些離子，使得活性基團解離的離子與溶液中的陰離子互相交換，AER法操作簡單高效、選擇性強、回收成本較低，是一種較為經(jīng)典的前處理方法。土壤NH4+-N在硝化作用下會迅速氧化成NO– 3-N，因此NO– 3-N通常是土壤中DIN的主要成分[63]。硝酸鹽選擇性樹脂可特異性地去除溶液中的硝酸鹽[49]并完全回收DON(96.9% ～ 105.8%)[64]；Sattayatewa等[49]發(fā)現(xiàn)AER法幾乎可完全去除DIN/DTN比值接近1的標(biāo)準(zhǔn)溶液中的NO– 3-N，將DON結(jié)果提高12%，且DON回收率介于92% ～ 110%。然而Graeber等[44]發(fā)現(xiàn)AER處理濕地樣品后僅獲得17% 的DON回收率，AER法可能不適用于分析自然水樣中DON。Pehlivanoglu-Mantas和Sedlak[30]總結(jié)早期研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)在pH 7 ～ 9.9的條件下AER法可吸附12% ～ 32% 的DON。以上截然相反的DON回收率結(jié)果是由AER吸附或釋放DON的不確定性造成的[11]，AER應(yīng)用的可行性仍需要更多實際樣品的研究數(shù)據(jù)作為支持。另外，AER法吸附的是陰離子，NO– 3-N，NH4+-N和NO– 2-N含量較高的土壤浸提液或水體樣本不適用[44]。

還有研究采用吸附–洗脫效率較高的大孔吸附樹脂(XAD)來分離溶液中的DON組分，特別是疏水性組分，但是回收率均不理想[54,65]。例如，Leenheer等[65]采用XAD樹脂分離自然水體和污水樣品中的DON，DON回收率分別為214% 和31%，而處理海藻和細菌的培養(yǎng)液的DON時回收率均低于30%。XAD法聯(lián)用離子交換樹脂可提高有機物分離效果[66]，XAD法聯(lián)用反滲透濃縮技術(shù)(reverse osmosis, RO)能有效降低DON的損失率[50]?？偟膩碚f，XAD法是根據(jù)化合物極性來分離有機組分，可將其應(yīng)用在DON組分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究，但在測定DON濃度方面不具有明顯優(yōu)勢。

2.3 尺寸排阻色譜法(size-exclusion chromatograph, SEC)

SEC法按照分子凝膠孔徑大小和分子極性分離出小分子DIN，在SEC分析系統(tǒng)的陽離子交換色譜柱中，快速流出的是親水性的大分子物質(zhì)(≥10 kDa)，隨后流出的是腐殖酸或富里酸類，接著是低分子量的有機酸類，這幾類氮化合物組分流出后經(jīng)UV法轉(zhuǎn)化成NO– 3-N后測定計為DON含量[15]；NH4+-N和NO– 3-N則是最后流出。SEC系統(tǒng)與有機氮檢測器聯(lián)用可直接測定溶液中的DON含量[51]，方法檢測限為N 0.05 mg/L[15]。Graeber等[15]比較了SEC法和差減法測定水體中DON含量的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)差減法在測定DIN/DTN>0.6的樣本時出現(xiàn)了較大誤差，而SEC法成功分離出DON，因此誤差較低，DON回收率達到89% ～ 103%。SEC取代用實驗操作描述不同組分的傳統(tǒng)方法，在測量靈敏度、準(zhǔn)確度、重現(xiàn)性方面具有優(yōu)勢。然而，SEC法所需儀器昂貴、操作耗時，需要大量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校正要測量的分子大小才能全面分析實際樣品中巨大的有機物庫[30]，NH4+濃度較高時還需要預(yù)先用陽離子交換柱去除NH4+以防其影響DON低分子量酸性和中性組分的測定[46]，部分DON還會保留在SEC柱中[51]，因此SEC技術(shù)作為常規(guī)分析方法仍有很大的局限性；此外，SEC系統(tǒng)采用UV法氧化氮化合物測定氮含量，也存在UV法測定DTN含量的劣勢。SEC法是否適用于高NO– 3-N比例、高鹽含量的土壤浸提液樣品測定也需進一步研究。

2.4 催化還原法(catalytic reduction, CR)

CR法可將溶液中的NO– 3-N催化還原成N2排出，從而降低溶液中DIN/DTN比例；常用的催化劑為雙金屬鈀基/鉑基[20]。Pd-In/Al2O3、Pd-Sn/Al2O3和Pd/ SnO2作為催化劑幾乎可完全去除NO– 3-N，17種氨基酸的損失率為0 ～ 15%[20]；半胱氨酸、甲硫氨酸和組氨酸的C-S鍵和C=C雙鍵被氫化，回收率顯著降低。在DON較高的樣品中，DON會吸附在催化劑上和硝酸根競爭活性催化位，影響NO– 3-N的去除，NO– 3-N也更容易還原成NH4+-N而不是N2[20]。研究表明CR法處理的DIN去除率及DON回收率易受溶液中DON組分、DON含量等因素的影響。

2.5 其他方法

在測定DON含量較低的浸提液或水體樣品時，還可采用凍干法(lyophilization, LP)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法(rotary evaporation, RE)和反滲透膜法(RO)濃縮DON從而減小測定誤差。由于濃縮過程并未明顯降低DIN/DTN比值，因此這些技術(shù)一般結(jié)合其他前處理技術(shù)對樣品進行前處理。濃縮過程會改變DON的性質(zhì)、含量和完整性[42,50]，進而影響DON的回收率。相比于LP法和RE法，RO法濃縮后DON損失率相對較小。RO法分離速度快、無需化學(xué)試劑，水樣軟化后可以較好地保留DON性質(zhì)[67]，在DON濃度低于檢測限、低硬度水體中可作為濃縮分離DON的方法使用。實際應(yīng)用中根據(jù)各前處理技術(shù)的優(yōu)缺點聯(lián)用可有效提升前處理效果。例如聯(lián)用分離特性好的ED法和濃縮特性高的RO法，可以有效去除干擾離子，提高河水中DOM分離效率[52]；陽離子交換柱法結(jié)合ED法提高DIN去除率后，SEC法可更好地表征DON組分[46]。

3 結(jié)論

目前，采用DTN含量減去DIN含量的差減法是測定DON的主流方法，“提高DTN測定準(zhǔn)確性”和“減少差減計算誤差”是提升DON結(jié)果準(zhǔn)確性的兩條途徑。本文綜述了土壤浸提液和水體DTN測定方法的基本原理、優(yōu)缺點和適用范圍，以及DIN去除前處理技術(shù)的去除效果、DON回收率及優(yōu)缺點。

1)采用精確度更高的方法分析DTN可提高DON結(jié)果準(zhǔn)確性。HTCO法和PO法在檢測限、精密度、準(zhǔn)確度及氧化效率、空白值控制等方面具有較大優(yōu)勢，且兩種方法間無明顯差異。

2)采用前處理方法去除DIN從而降低DIN/DTN比值可有效提高DON回收率及準(zhǔn)確度，降低測定變異度。DP法和ED法具有更高的DIN去除率及更優(yōu)的DON回收率，其中ED法因耗時短、回收率更接近100% 而具有更大的優(yōu)勢；NF法的DON回收率略低于DP法和ED法，但同時具備濃縮和分離特性，因此更適用于μg/L級(以N計)DON樣品的測定。

3)結(jié)合各種技術(shù)特性優(yōu)勢，聯(lián)用多種前處理方法可有效提高前處理效果，可能是未來發(fā)展方向之一。

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Advances in Determination of Soil Dissolved Organic Nitrogen

CHU Cheng1, CHENG Yi1, CAO Yacheng2*, CAI Zucong1,3,4,5, ZHANG Jinbo1,3,4,5*

(1 School of Geography Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 State Key Laboratory Cultivation Base of Geographical Environment Evolution (Jiangsu Province), Nanjing 210023, China; 4 Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, China; 5 Key Laboratory of Virtual Geographic Environment (Nanjing Normal University), Ministry of Education, Nanjing 210023, China)

Dissolved organic nitrogen (DON), as the main component of the bioavailable organic nitrogen pool in the soil, is one of the most active forms of organic nitrogen. As an important part of the soil nitrogen biochemical cycle, the migration and transformation of DON in the soil is closely related to the processes of nitrogen supply and loss. However, researches on soil DON were strongly limited by the lack of accurate and reliable analysis methods. This article summarized DON determination methods in soil extracts and waters in recent years, and focused on comparing the effects of different total soluble nitrogen (DTN) measurement methods and different pretreatment methods on improving the accuracy of DON analysis.

Dissolved organic nitrogen; Dissolved total nitrogen; Pretreatment methods; Inorganic nitrogen removal; Subtraction method

S151.9；S132

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.03.002

儲成, 程誼, 曹亞澄, 等. 土壤可溶性有機氮測定方法研究進展. 土壤, 2021, 53(3): 449–457.

國家自然科學(xué)基金項目(41830642)資助。

(yccao@issas.ac.cn；zhangjinbo@njnu.edu.cn)

儲成(1987—)，女，江蘇常州人，博士研究生，主要從事土壤氮素測定及儀器分析。E-mail: cc2096@163.com