Improvement Research on the Measurement Method for Organic Matter Content in Soil

Abstract

通过研究改进了土壤有机质含量的测定方法。首先称取适量土壤置于长管消解系统中进行消解,然后采用全自动电位滴定仪进行滴定,直接获得土壤的有机质含量。使用该方法测定的土壤标准样品的有机质含量均在保证值以内,同时对实际样品进行精密度测试,得到相对标准偏差为1.03%。该方法降低了土壤有机质含量检测的实验成本,减少了环境污染,同时提高了实验数据的准确度与精密度,值得推广。

In this paper, an improvement of the measurement method for organic matter content in soil was made. First, a certain amount of soil was weighed and placed in a long tube digestion system, and then was titrated using an automatic potentiometric titrator to obtain the or-panic matter content in the soil. The organic matter contents of the standard soil samples were all within the guaranteed value. Meanwhile, a precision test of the actual samples was conducted and the relative standard deviation was found to be 1.03%. This method reduced the ex-perimental cost and environmental pollution, and at the same time enhanced the accuracy and the precision of the experimental data.

土壤有机质是指土壤含碳的有机化合物。它主要 包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其分解 和合成的各种有机化合物^[1]，一般以有机质占干土重 的百分数表示。土壤有机质是土壤中各种营养元素特 别是氮、磷的主要来源，它能使土壤具有保肥力和缓 冲性，使土壤疏松和形成结构，从而具有改善土壤理 化性质的能力，是土壤分类的依据之一。此外土壤的生 物学特性也会随土壤有机质数量和质量的改变而起 变化。因此有机质含量通常被作为土壤肥力水平高低 的重要指标。

土壤有机质测定中普遍采用方法有重铬酸钾容 量法、干烧法、灼烧法等。研究表明：当前我国测定土壤 有机质的国家标准方法为重铬酸钾容量法，该方法在 测定操作时，数据结果准确，但费时费力，容易产生误 差。干烧法可获得比较准确的结果，但该法运行成本高。 灼烧法快速、简便，适于大批量土样的分析，但其应用 领域受到限制^{[2, 3, 4]}。本文亦采用重铬酸钾容量法，但通过 使用长管消解系统进行外加热消解，将消解过程中的 酸蒸汽进行了自动中和，降低了运行成本，减少了环 境污染，同时比较常规的油浴消解，降低了实验消解 过程的危险性；使用电位滴定仪进行自动滴定，大大 降低人工操作的工作量，提高了工作效率，更提高了 实验数据的准确度，该方法亦满足大批量处理样品的 需求。

1 材料与方法

1.1 试剂

1.1.1 0.4 mol·L^-1重铬酸钾-硫酸溶液

称取40.0 g重铬酸钾（优级纯）溶于600~800 mL 水中，用滤纸过滤到1 L量筒内，用水洗涤滤纸，并加 水至1 L，将此溶液转移入3L大烧杯中。另取1 L密度 为1.84 的浓硫酸（优级纯），慢慢倒入重铬酸钾水溶 液中。

1.1.2 0.1 mol·L^-1硫酸亚铁标准溶液重铬酸钾-硫酸溶液

称取28.0 g硫酸亚铁（优级纯）或40.0 g硫酸亚 铁铵（优级纯）溶解于600~800 mL 水中，加浓硫酸化 学纯20 mL 搅拌均匀，静止片刻后用滤纸过滤到1 L 容量瓶中，再用水洗涤滤纸并加水至1 L。此溶液容易 被空气氧化而致浓度下降，每次使用时应标定其准确 浓度。

0.1 mol·L^-1 硫酸亚铁溶液的标定：吸取0.100 mol·L^-1重铬酸钾标准溶液20.00 mL 放入150 mL 三 角瓶中，加浓硫酸3~5 mL，以硫酸亚铁溶液滴定，根 据硫酸亚铁溶液消耗量即可计算出硫酸亚铁溶液的 准确浓度。该标定过程使用电位滴定仪进行，标定结 果作为常量代入计算公式。

1.1.3 0.1 mol·L^-1重铬酸钾标准溶液

准确称取130 ℃烘2~3 h的重铬酸钾（优级纯） 4.904 g先用少量水溶解，然后无损地移入1 000 mL容 量瓶中，加水定容。

1.2 仪器

长管消解系统（德国Velp42），电位滴定仪（瑞士 万通809）。

1.3 实验步骤

消解：称取0.25 g（精确到0.000 1 g）待测试样于 长试管中，加入10.00 mL 0.4 mol·L^-1重铬酸钾-硫酸溶 液，将试管放入架子中，盖上连接盖，打开冷却水循环 系统。将消解仪温度设置为185 ℃^[5]，当温度达到后， 保持5 min。开机并进入设定程序进行加热。加热结束， 将试管架抬起冷却。待试管完全冷却后，使用50~60 mL 去离子水将消解液转移至100 mL 烧杯中，烧杯中加 入磁力转子，待测。此过程中同时做2 个空白试验。

检测：启动电位滴定仪进入自检过程，打开预设 的有机质检测方法对待测溶液逐一进行检测，结果自 动输出。检测样品之前，首先要在软件中预先设定计 算公式如下：

有机质含量=‘CV.Titer of FeSO₄’×（‘CV.Blank of org’-‘DET U.EP{1}.VOL’）×0.003×1.724×1.10/‘MV. Sample size’×100

式中：CV.Titer of FeSO₄为硫酸亚铁标准溶液的浓度， mol·L^-1；CV.Blank of org 为空白滴定时消耗硫酸亚铁 标准溶液的体积，mL；DET U.EP{1}.VOL 为测定试样 时消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，mL；0.003 为1/4 碳 源的摩尔质量数，g·mol^-1；1.724 为由有机碳换算为有 机质的系数；MV.Sample size为烘干试样质量，g。

滴定过程见图 1。

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图 1 滴定终点示意图Figure 1 Schematic diagram of titration end point

2 结果与讨论

2.1 准确度实验

为评价本方法的准确度，本实验将标准物质在系 统中进行消解，每个样品做3 个平行，同时做样品实 验，结果见表 1。结果表明，通过长管消解系统对于土 壤标准物质进行消解，冷却后使用全自动电位滴定仪 对溶液进行检测，能够获得标准物质比较满意的结 果，其测定值均在标准物质一倍的标准值差范围内， 表明该方法的准确度良好。

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表 1 方法的准确度试验 Table 1 Results of standard OMreference materials

NY/T 1121.6—2006 使用0.4 mol·L^-1重铬酸钾硫 酸溶液10 mL，在170~180 ℃油浴保持沸腾5 min，采 用指示剂方法进行人工滴定；本文使用0.4 mol·L^-1重 铬酸钾硫酸溶液10 mL，长管加热185 ℃保持5 min， 电位滴定仪直接滴定。2 个方法都能获得准确数据， 前者获得数据为1.365 g·kg^-1，后者为1.430 g·kg^-1。不 同的是改进方法采取了相对安全的长管消解方式，另 外采用电位滴定也省去了指示剂变色带来的人为操 作误差。

2.2 精密度实验

对来源于宜兴市的实际农田土壤样品进行分析 测定，得到该土壤中有机质含量为2.33 g·kg^-1，重复 测定11 次，计算相对标准偏差（RSD）为1.03%，表明 该方法的精密度良好。

3 结论

本文沿用了NY/T 1121.6—2006 土壤有机质的 测定的方法，其中的消解、滴定部分不再使用传统方 法，而是分别使用长管消解系统和全自动电位滴定 仪。通过精密度、准确度实验的验证，该方法所得数据 完全符合要求。长管消解系统的使用，将消解过程中 的酸蒸汽进行了自动中和，降低了实验成本，减少了 环境污染，同时比较常规的油浴消解，降低了实验消 解过程的危险性。全自动电位滴定仪的使用大大降低 人工操作的工作量，提高了工作效率，同时提高了数 据准确性。该方法所得数据完全符合实验室质量控制 中精密度准确度要求（NY/T 395—2012），是检测农田 土壤中有机质含量较好的途径。

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