摘 要：為了研究海能K9860全自動凱氏定氮儀測定土壤全氮的方法，選取湛江市轄區(qū)內(nèi)未明確養(yǎng)分含量的耕層土壤，與標(biāo)準(zhǔn)土壤進(jìn)行對照，分別采用半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法進(jìn)行土壤全氮的測定。結(jié)果表明：2種方法測定的土壤全氮結(jié)果之間有顯著性關(guān)系，且海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定的精密度和準(zhǔn)確度明顯高于半微量開氏法。研究結(jié)果可為海能K9860全自動凱氏定氮儀測定土壤全氮提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤全氮；全自動凱氏定氮儀；半微量開氏法；精密度；準(zhǔn)確度

中圖分類號：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1674-7909（2024）16-135-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.16.030

0 引言

氮是農(nóng)作物生長的必要營養(yǎng)元素之一，全氮含量是評價土壤供氮能力的一個重要指標(biāo)。因此，如何簡單、快速、準(zhǔn)確地測定出土壤全氮含量，對了解土壤肥力和指導(dǎo)施肥具有重要意義［1-2］。半微量開氏法雖簡便、經(jīng)濟(jì)，但耗時、易受人為因素影響。相比之下，全自動定氮儀更高效、精準(zhǔn)，能減少人為因素干擾影響，提高全氮測定效率。采用半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法對樣品和對照土壤分別進(jìn)行全氮測定，根據(jù)全氮含量測定結(jié)果，分析海能K9860全自動凱氏定氮儀在土壤全氮測定中應(yīng)用的可行性。

1 材料與方法

1.1 供試土壤樣品

在湛江市轄區(qū)內(nèi)選取10個未明確養(yǎng)分含量的耕層土壤樣品（于土層 0～20 cm處采集）。將采集的土壤樣品處理干凈后，平鋪在樣品盤中，置于室溫下自然風(fēng)干。風(fēng)干后，用木棍將其碾壓磨成粉，過0.25 mm篩備用［3］。

取3份農(nóng)用地土壤為試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)土壤（廣州廣電計(jì)量檢測股份有限公司研制），分別編號為SAS-1、SAS-2、SAS-3。

1.2 樣品消煮

稱取已過0.25 mm篩的耕層土壤樣品1.0 g于消化管中，通過儀器自帶的加液系統(tǒng)加入2.0 g催化劑（K2SO4、CuSO4、Se質(zhì)量比為100∶10∶1，混合均勻，磨細(xì)過0.25 mm篩）及5 mL濃硫酸，搖勻后置于石墨爐，打開冷凝水，調(diào)節(jié)石墨爐溫度為150～250 ℃，碳化30 min，再將溫度升至300 ℃左右，消化30 min，最后將溫度升至420 ℃左右，消化1 h，直至消煮液澄清，冷卻備用。同時，做空白試驗(yàn)，取20 mL蒸餾水，設(shè)置相應(yīng)的空白試驗(yàn)參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行3次，空白值相差lt;0.05 mL時，即可作為測定樣品備用。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 半微量開氏法測定

1.3.1.1 儀器和試劑

儀器設(shè)備包括半微量定氮蒸餾裝置、半微量滴定管、150 mL錐形瓶等。試劑主要有硼酸溶液、氫氧化鈉溶液、硼酸指示劑、0.02 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)液及甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑等，嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求配制試劑。試劑均為分析純，試驗(yàn)用水為去離子水。

1.3.1.2 操作過程

首先，在150 mL錐形瓶中加入5 mL 硼酸指示劑，將其套在半微量定氮蒸餾裝置的冷凝管下端，管口不宜插入硼酸溶液中，應(yīng)置于其面上3～4 cm 處，防止倒吸。然后，將消煮液與30 mL去離子水一同轉(zhuǎn)移至蒸餾器中，打開冷凝水，經(jīng)三通管加入20 mL 氫氧化鈉溶液進(jìn)行蒸餾，用硼酸溶液吸收蒸餾出的氨液，在冷凝管口用pH試紙檢驗(yàn)蒸餾液，直到試紙未發(fā)生堿性反應(yīng)停止蒸餾。最后，采用0.02 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行滴定，根據(jù)甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑反應(yīng)確定滴定時間，當(dāng)指示劑反應(yīng)出現(xiàn)桃紅色，即可完成滴定。

1.3.2 全自動定氮儀法測定

1.3.2.1 儀器和試劑

儀器設(shè)備為海能K9860型全自動凱氏定氮儀，配置K9860型號自動滴定儀、酸滴定儀等。試劑主要有40%氫氧化鈉溶液、硼酸指示劑、0.02 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)液等，嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求配制試劑。試劑均為分析純，試驗(yàn)用水為蒸餾水。

1.3.2.2 操作過程

首先，進(jìn)入調(diào)試界面進(jìn)行儀器調(diào)試。其次，進(jìn)入清洗界面對硼酸管路、接收杯、堿管路、滴定管路及滴定酸管路進(jìn)行清洗。再次，打開自動滴定儀和酸滴定儀，接好冷凝進(jìn)水管和40%氫氧化鈉溶液進(jìn)水管，將消煮冷卻后的消煮液引入自動滴定儀。最后，系統(tǒng)會自動蒸餾5 min，將生成的硫酸銨轉(zhuǎn)化為氨，并通過冷凝管進(jìn)入預(yù)加有硼酸指示劑的接收瓶中［4］，通過儀器自帶的加液系統(tǒng)向接收瓶中加入0.02 mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行滴定，當(dāng)指示劑顏色發(fā)生變化時即可停止滴定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

在2種測定方法中，對每個供試土壤樣品均重復(fù)測定3次，根據(jù)滴定所消耗硫酸標(biāo)準(zhǔn)液的體積計(jì)算樣品的總氮含量，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）表示全氮含量。每種方法重復(fù)測定3次，將3次測定的算術(shù)平均值作為最終測定結(jié)果［5］，算術(shù)平均值采用Excel軟件中AVERAGE函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)測定結(jié)果，繪制線性回歸圖，對測定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析。采用Excel軟件中STDEV函數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，通過標(biāo)準(zhǔn)偏差和算術(shù)平均值的比值來確定RSD值。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種方法測定土壤全氮含量結(jié)果

2.1.1 2種方法測定耕層土壤全氮含量

采用Excel軟件統(tǒng)計(jì)半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法3次重復(fù)測定的耕層土壤樣品全氮含量，并計(jì)算3次測定結(jié)果的算術(shù)平均值，將其作為測定結(jié)果，結(jié)果見表1。

根據(jù)表1測定結(jié)果，半微量開氏法測定10個耕層土壤樣品全氮含量范圍為0.053%～0.382%；海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定10個耕層土壤樣品全氮含量范圍為0.052%～0.377%。

2.1.2 2種方法測定標(biāo)準(zhǔn)土壤全氮含量

采用Excel軟件統(tǒng)計(jì)半微量開氏法和海能K9860全自動凱氏定氮儀法分別3次重復(fù)測定標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品全氮含量，并計(jì)算3次測定結(jié)果的算術(shù)平均值，將其作為測定結(jié)果，結(jié)果見表2。

根據(jù)表2測定結(jié)果，半微量開氏法測定3個標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品全氮含量分別為0.052%、0.156%、0.095%，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定3個標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品全氮含量分別為0.052%、0.155%、0.092%。

2.2 2種方法測定土壤全氮含量相關(guān)性分析

2.2.1 2種方法測定耕層土壤全氮含量相關(guān)性

根據(jù)表1中10個耕層土壤樣品的全氮含量測定結(jié)果，將半微量開氏法測定結(jié)果作為橫坐標(biāo)、海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定結(jié)果作為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)圖1線性回歸圖，可以得出2種方法測定耕層土壤全氮含量的線性回歸方程為y=0.989 6x+0.001 1，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 5。由此可見，2種方法測定土壤全氮含量結(jié)果之間有顯著性關(guān)系。

2.2.2 2種方法測定標(biāo)準(zhǔn)土壤全氮含量相關(guān)性

根據(jù)表2中3個標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的全氮含量測定結(jié)果，將半微量開氏法測定結(jié)果作為橫坐標(biāo)，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定結(jié)果作為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2線性回歸圖，可以得出2種方法測定標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品全氮含量的線性回歸方程y=0.993 2x+0.000 6，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 2。由此可見，2種方法測定標(biāo)準(zhǔn)土壤全氮含量結(jié)果之間有顯著性關(guān)系。

2.3 精密度分析

根據(jù)表1中10個耕層土壤樣品的全氮含量測定結(jié)果，采用Excel軟件中STDEV函數(shù)計(jì)算3次重復(fù)測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并通過標(biāo)準(zhǔn)偏差和算術(shù)平均值的比值確定RSD值，結(jié)果見表3。

由表3計(jì)算結(jié)果可知，半微量開氏法測定耕層土壤樣品全氮含量的RSD值在0.65%～3.21%，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定耕層土壤樣品全氮含量的RSD值在0.56%～2.31%，均小于5%，說明2種方法測定全氮含量的精密度較高。在2種土壤全氮測定土壤方法中，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定的RSD波動幅度明顯小于半微量開氏法。通過分析可知，在土壤全氮測定中，海能K9860全自動凱氏定氮儀法的精密度高于半微量開氏法，更具有穩(wěn)定性。

2.4 準(zhǔn)確度分析

根據(jù)表2中3個標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的全氮含量測定結(jié)果，采用Excel軟件中STDEV函數(shù)計(jì)算3次重復(fù)測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并通過標(biāo)準(zhǔn)偏差和算術(shù)平均值的比值確定RSD值，結(jié)果見表4。

由表4計(jì)算結(jié)果可知，半微量開氏法測定標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品全氮含量的RSD值在0.96%～2.42%，海能K9860全自動凱氏定氮儀法測定土壤耕層土壤樣品全氮含量的RSD值在0.65%～1.92%，均小于5%，說明2種方法測定土壤全氮含量的準(zhǔn)確度較高。在2種土壤全氮測定方法中，海能K9860全自動凱氏定氮儀法的RSD值波動幅度略小于半微量開氏法，均值也更接近參比物質(zhì)量值。通過分析可知，在土壤全氮含量測定中，海能K9860全自動定氮儀法的準(zhǔn)確度高于半微量開氏法。

3 結(jié)論

通過上述試驗(yàn)比較分析，2種方法在土壤全氮含量測定中有顯著性關(guān)系，且表現(xiàn)出相近的精密度和準(zhǔn)確度。但通過試驗(yàn)對比，發(fā)現(xiàn)海能K9860全自動定氮儀法在測定土壤全氮含量的精密度和準(zhǔn)確度方面，都要優(yōu)于半微量開氏法測定。

這可能是因?yàn)楹Ｄ躃9860全自動定氮儀法采用的是封閉式蒸餾法，實(shí)現(xiàn)了全自動化，操作更簡單，減少了人為操作誤差，受溫度、壓力等因素影響較??；而半微量開氏法測定過程復(fù)雜，存在人為誤差。

此試驗(yàn)結(jié)果表明，2種方法測定土壤全氮含量結(jié)果之間有顯著性關(guān)系。RSD值計(jì)算結(jié)果均小于5%，表明2種方法測定土壤全氮均具有良好的精密度和準(zhǔn)確度。但從RSD值的波動幅度、參比物質(zhì)量值結(jié)果可以看出，海能K9860全自動定氮儀法測定的精密度和準(zhǔn)確度更高。

由上述分析可知，在土壤全氮含量測定中，海能K9860全自動定氮儀法比半微量開氏法更具優(yōu)勢。

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