土壤硝态氮浸提剂及土壤硝态氮快速测定方法

技术领域

本发明涉及农化分析技术领域，具体涉及一种土壤硝态氮浸提剂及土壤中硝态氮含量的快速测定方法。

背景技术

现行农业生产中，土壤养分平衡的决定因素是肥料的投入水平。一般情况下，增加氮肥投入，有利于作物吸收同化更多的氮素，增加产量，也有利于粮食作物品质的改善。但是，作物氮素的吸收同化量并不与施氮量同步变化。通常施氮量的增加，氮素的表观利用率下降，土壤残留增加，并以硝态氮的形式累积在土壤中，进而对环境安全造成威胁。土壤中的硝态氮一直是土壤学和环境科学的一个研究热点。目前，土壤硝态氮是植物能直接吸收利用的速效性氮素，其含量高低不仅是衡量土壤肥力的重要指标之一，也是评估地下水环境的潜在污染指标。因此，要了解土壤的肥力状况以及是否造成地下水资源环境污染，土壤硝态氮含量测定是农化分析的重要项目之一。

有关土壤中硝态氮测定的方法有多种，其常用的测定方法主要有酚二磺酸法、紫外分光光度法、流动分析仪法等。酚二磺酸法过去曾被广泛应用（Bremner, 1965），但此法分析时间长，又存在有机质和Cl^-的干扰，无法在短期内进行批量样品分析，现已少用。连续流动分析技术虽然可在短时间内准确、快速、大批量地完成样品测试，但存在仪器价格高昂、采样阀易出现故障，需要专业分析人员操作、维护成本高等缺点，不适宜用于一般科研单位和人员，导致至今仍未被普遍使用。其中，紫外分光光度法所用设备常规、操作简便、化学试剂污染小、获取数据及时，是目前广受推介的先进方法。但长久以来的紫外分光光度法都是选用较高浓度的氯化钾溶液作为土壤浸提剂来浸提土壤中的硝态氮，并认为2mol/L氯化钾溶液浸提出的硝态氮浓度最接近大田的实际情况，然而应用该浸提方法进行测定大批量的样品，不但需要耗费掉大量的价格很贵的分析纯级的氯化钾试剂，且使用过的氯化钾溶液进入土壤或者河湖水体也会对环境造成威胁，这已成为制约该方法推广普及的主要因素之一；而且高浓度的氯化钾盐溶液在使用时易对检测仪器设备造成腐蚀。

长期以来，农化工作者渴望改进紫外分光光度法测硝态氮的方法，期望在保证检测精度和准确性的基础上，大幅降低其检测成本，但均未获得明显进展。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种土壤硝态氮浸提剂及土壤硝态氮含量的快速测定方法，所述浸提剂及测定方法浸提效果好，检测结果准确，且大大节省了检测药品、节约了检测成本、减小了对环境的不良影响。

本发明通过以下技术方案实现：

设计一种土壤硝态氮浸提剂，所述浸提剂为浓度0.5～0.8mol/L的KCl水溶液。

优选的，所述浸提剂为浓度0.5mol/L的KCl水溶液。

设计一种土壤硝态氮快速测定方法，包括以下步骤：

（1）提取：取待检测的新鲜土样，以5～10mL：1g的水土比加入上述土壤硝态氮浸提剂，振荡1~1.5小时后，再静置3~5min过滤得土样提取液；

（2）制定标准曲线：取硝态氮标准溶液分别配制成硝态氮浓度为0.5、1、2、3、4、5mg/L的梯度溶液；并以上述土壤硝态氮浸提剂为空白对照，在220nm和275nm波长下用双波长法测定各浓度溶液的吸光度差值，制定出分别以浓度、吸光度差值为纵、横坐标的标准工作曲线，或者根据对应的浓度、吸光度差值数据拟合出相应的线性方程；

（3）比色：以上述土壤硝态氮浸提剂为对照，将步骤（1）所得提取液在220nm和275nm波长下用双波长法比色测定其吸光度差值，再根据所述标准工作曲线或线性方程得到提取液硝态氮浓度C；

（4）计算：待测土壤硝态氮含量=C×B/A，A为折算成的烘干土样重量，B为步骤（1）中的水土比值。

优选的，所述新鲜土样粒径不大于2mm。

优选的，步骤（1）所得提取液应及时进行测定，如不能及时测定则应将其储存在-20℃冰箱中。

优选的，所述硝态氮标准溶液由分析纯或优级纯级硝酸钾溶于蒸馏水配制而成的一定浓度的硝酸钾溶液。

本发明的积极有益效果：

本发明克服了固有的技术偏见，采用低浓度的KCl水溶液作为土壤硝态氮浸提剂，能有效的模拟出大田土壤环境（包括离子代换情况、电荷分布情况、pH值情况等），最大限度的置换并提取出土壤中的硝态氮养分，适用范围广（适用于南方酸性土壤和北方中性、石灰性土壤中速效氮的提取），取得了出乎意料的技术效果：浸提效果好，线性范围宽，检测精度高、结果准确，而且低浓度的KCl溶液可有效避免或减少干扰离子浸出，有利于后续的比色测定；此外，使用低浓度的土壤浸提剂，大大节省了检测药品、节约了检测成本、且减小了对环境的不良影响。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试验材料及试剂，如无特别说明，均为市购。

实施例1

本实施例土壤硝态氮含量的快速测定方法，包括以下步骤：

（1）提取：取过2mm孔筛、重量为10g的新鲜土样，加入体积为50 mL、浓度为0.5mol/L的KCl水溶液中，振荡1~1.5小时后，再静置3~5min用定量滤纸过滤，得土样提取液；

（2）制定标准曲线：分别移取50mg/L的硝态氮标准溶液0.5、1、2、3、4、5ml于50ml容量瓶中，再用0.5mol/L的KCl溶液定容至50ml，分别得到硝态氮浓度为0.5、1、2、3、4、5mg/L的梯度溶液；以0.5mol/L的KCl溶液为对照，在220nm和275nm波长下用双波长法比色测定，制定出对应的标准工作曲线；

（3）比色：以0.5mol/L的KCl溶液为对照，将提取液在220nm和275nm波长下用双波长法比色测定，根据标准工作曲线可得到提取液硝态氮浓度C；

（4）计算：待测土样硝态氮含量=C×B/A，A为土样重量（折算为烘干土重,根据土样含水率折算），B为步骤（1）所用浸提剂体积数。

实施例2

除涉及KCl溶液均为0.6mol/L外，其他步骤及参数与实施例1相同。

实施例3

除涉及KCl溶液均为0.8mol/L外，其他步骤及参数与实施例1相同。

对比例1

除涉及KCl溶液均为2mol/L外，其他步骤及参数与实施例1相同。

对比例2

除涉及KCl溶液均为0.4mol/L外，其他步骤及参数与实施例1相同。

对比例3

除涉及KCl溶液均改为H₂O外，其他步骤及参数与实施例1相同。

土壤硝态氮含量测定试验

（1）采用本发明方法分别对河南省商水县国营农场、封丘县潘店乡、郑州市毛庄镇的土壤进行测定试验，每地土壤测两处，在实施例1、3及对比例1的不同浓度KCl溶液条件下测定的硝态氮浓度见表1。

表1 不同浸提剂浓度下测得土壤硝态氮浓度（NO₃^--N，mg/kg）

表1说明：提取剂浓度在0.5、0.8mol/L条件下与2mol/L条件下相比，提取效果及测得的土壤硝态氮浓度没有显著差异，本发明方法节省了检测药品、节约了检测成本、减小了对环境的不良影响。

（2）采用本发明方法对河南省封丘县两处土壤分别进行深度测定试验，在实施例1与对比例不同浓度KCl溶液条件下测定不同深度层次壤土的硝态氮浓度，见表2。

表2 不同浸提剂及深度层次下测得土壤硝态氮浓度（NO₃^--N，mg/kg）

本次试验结果及大量实验表明：提取剂浓度在0.5mol/L条件下与2mol/L条件下相比，无论在180cm深度范围内的各个层次，提取效果及测得土壤硝态氮浓度没有显著差异；但0.5mol/L条件与0.4mol/L氯化钾溶液相比，无论在180cm深度范围内的各个层次，提取效果及测得土壤硝态氮浓度都有显著提高；而以纯水作为土壤硝态氮浸提剂，则无法过滤获得澄清溶液，因而无法进行后续的比色测定。

（3）采用本发明方法对我国南方三处典型酸性土壤分别进行测定试验，在实施例与对比例不同浓度KCl溶液条件下测定不同地点酸性土壤的硝态氮浓度，同一地点作4次重复，见表3、表4和表5。

表3 不同浓度KCl浸提剂测得山地黄壤硝态氮浓度（NO₃^--N，mg/kg）

注：列中平均值后不同小写字母代表差异达P=0.05显著水平，下同。

表4不同浓度KCl浸提剂测得赤红壤硝态氮浓度（NO₃^--N，mg/kg）

。

表5 不同浓度KCl浸提剂测得岩性黄壤硝态氮浓度（NO₃^--N，mg/kg）

。

上述实验结果表明，在KCl浓度0.4mol/L～2mol/L范围内对3种酸性土壤（重庆山地黄壤，福建厦门赤红壤和浙江丽水岩性黄壤）硝态氮含量测定均能正常过滤获得澄清滤液，并取得理想分析结果，且均与蒸馏水作为提取剂的土壤测定结果之间差异达显著水平。此外，更多的试验研究还发现，虽然用蒸馏水作为提取剂在厦门赤红壤和浙江丽水岩性黄壤能够获得澄清滤液，但测定结果显著低于0.4mol/L~2mol/L KCl的测定结果，表明用蒸馏水不能将土壤硝态氮提取到试验所用水平，无法满足试验结果的需要。

（4）采用本发明方法对北方典型石灰性偏碱性土壤进行测定试验，在实施例与对比例不同浓度KCl溶液条件下测定碱性土壤的硝态氮浓度，同一地点作4次重复，见表6。

表6 不同浓度KCl浸提剂测得碱性潮土硝态氮浓度（NO₃^--N，mg/kg）

通过用不同浓度KCl浸提剂对郑州碱性土壤硝态氮浓度分析结果可以看出（表6），在0.5mol/L~2mol/L KCl浓度范围内浸提土壤测定的土壤硝态氮浓度之间差异不显著，但纯水和0.4mol/LKCl浸提土壤测定结果均较0.5mol/L至2mol/LKCl结果偏高，且差异均达显著水平，分析原因认为在≤0.4mol/L浓度下浸提土壤得不到澄清液导致比色结果偏高。进一步分析研究表明，在偏碱性土壤硝态氮浸提液浓度≥0.50mol/L时才能达到理想的实验分析结果。考虑到成本和环境的影响，KCl浸提液浓度应选在0.5mol/L~0.8mol/L之间较为适宜。

综上所述，本发明所采用0.5mol/L的提取剂浓度既节省了检测药品、节约了检测成本（如在每个小麦玉米轮作周期按照一般有5000个土壤样品需要测定土壤硝态氮浓度，每个样品的提取液50ml，若按照当前上海国药集团或者南京化学试剂厂每瓶500g分析纯级氯化钾20元计算，采用2mol/L KCl提取液需要75瓶氯化钾1500元，而采用0.5M KCl提取液仅需要19瓶氯化钾380元，仅测试化学试剂成本直接降低74.7%）、减小了对环境的不良影响，又能兼顾检测效果和准确度。

本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。