一种测定土壤中有机质的方法
【专利摘要】本发明涉及土壤学与生态学，具体地说是一种测定土壤有机质的方法。将风干土壤磨细过筛后放入三角瓶中，三角瓶中依次加入重铬酸钾溶液和硫酸，三角瓶放入已预热到100℃-125℃的烘箱内30-90分钟取出冷却至室温，进行滴定，计算有机质含量。本发明用烘箱加热取代传统的油浴加热、用三角瓶代替消煮管。确定了加热温度115℃、加热时间30分钟时，与目前精确的“元素分析仪”测定的有机质结果相比，标准偏差和偏差率分别仅为2.18和<6%，且两种方法测定的有机质含量相关性高达0.998；与传统的油浴加热法相比，提高精度约12%。本发明使土壤有机质测定过程中加热均匀、温度波动范围小、试验结果精确度高。
【专利说明】一种测定土壤中有机质的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土壤学与生态学，具体地说是一种用于土壤中有机质的测定方法，适 用大批量土壤有机质测定。
【背景技术】
[0002] 土壤有机质含量水平是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标之一，因而，快速、准 确地测定土壤有机质是获得土壤肥力变化的关键，在土壤肥力评价中具有重要的意义。
[0003] 在测定土壤有机质方法中，仪器分析方法主要有碳氮元素分析仪法和近红外光谱 分析法。碳氮元素分析仪法是利用样品炉中高达1100° C的高温使样品分解释放0)2，然 后利用检测器收集〇)2信号并转化为一个总有机碳值，再乘以有机质换算系数（1.724)得 到土壤有机质含量，此方法能使土壤有机质全部分解，不受土壤中还原物质的影响，获得的 结果准确、可靠，可作为标准方法校对时用；而近红外光谱分析法是采用溴化钾压片法，根 据近红外光谱区域有与土壤有机质宫能团（如C=0、C00-和C-H)来半定量测定土壤有机质 含量的方法，这两种仪器测定有机质的方法均是快速、高效、测试重现性好的分析技术，然 而由于分析仪器价格昂贵、操作技术要求高、分析费用较高、不适合野外样地的就近分析而 不被一些分析者所使用。
[0004] 在手工测定方法中利用油浴加热，在酸性介质中用过量的重铬酸钾溶液氧化土壤 有机质，然后用硫酸亚铁滴定剩余重铬酸钾的高温外热重铬酸钾氧化-容量法是各实验室 测定土壤有机质含量经常采用的方法，也是一种公认的经典方法，这一方法主要采用油浴 锅（内装甘油或植物油）加热消煮管的方式，控制锅内油浴温度在170-180° C，溶液沸腾 5分钟，使土壤有机质中的碳氧化成C02，而重铬酸钾溶液中的六价铬离子（Cr6+)被还原成 三价铬离子（Cr 3+)，剩余的重铬酸钾用标准硫酸亚铁溶液回滴，通过剩余的重铬酸钾溶液的 量算出被土壤有机质消耗的重铬酸钾来计算土壤有机质含量，具体的化学反应如下：
[0005] 2K2Cr07+3C+8H2S0 4 - 2K2S04+2Cr2 (S04) 3+3C02 丨 +8H20
[0006] 剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁还原，化学反应如下：
[0007] K2Cf07+6FeS04+7H2S0 4 ^ K2S04+Cr2 (S04) 3+3Fe2 (S04) 2+7H20
[0008] 此方法对土壤中的碳酸盐无干扰作用，各种形态的碳也无影响，适用于大量样品 的分析。然而这一方法存在着如下不足：（1)测定速度慢，平行误差较大；（2)实验所需温 度较高，加热温度波动性较大、不易调控、影响样品氧化速率；（3)消煮管外壁附着油污难 以清洗、且在清洗过程中将油垢带入管内影响测定结果。因此，设计出快速、准确、简单易行 的土壤有机质分析方法是十分必要的。
【发明内容】
[0009] 为解决传统方法-油浴加热法在测定土壤样品有机质过程中存在的各种问题，本 发明提供一种土壤中有机质的测定方法，
[0010] 其具体为： toon] 一种测定土壤中有机质的方法，将风干土壤磨细过筛后放入三角瓶中，三角瓶中 依次加入重铬酸钾溶液和硫酸，三角瓶放入已预热到100° c-125° C的烘箱内30-90分钟 取出冷却至室温，进行滴定，计算有机质含量；其中按质量比计，重铬酸钾溶液：硫酸：土 壤=50-100:50-100:1。
[0012] 所述风干土壤磨细过筛，筛孔大小为0. 149mm-0. 25mm。
[0013] 所述三角瓶放入已预热的烘箱，其中烘箱中温度最适为115° C，计时加热时间最 适为30分钟。
[0014] 三角瓶放入已预热的烘箱后保持温度不变直到取出。
[0015] 所述滴定过程为向三角瓶中加入邻啡罗啉指示剂2-3滴，用硫酸亚铁滴定至溶液 变色，变色过程由橙黄经蓝绿到棕红色为终点，记录硫酸亚的用量。
[0016] 所述计算有机质含量是根据公式：土壤有机质（gkf〇 = (CX5/V。)， (V〇-V) X10_3X3. 0X 1. 724X 1. 08X 103/m
[0017] 式中：C为K2Cr207溶液的浓度；
[0018] 5为加入重铬酸钾溶液的体积；
[0019] V。为空白滴定消耗硫酸亚铁的体积；
[0020] V为样品滴定消耗硫酸亚铁的体积；
[0021] m为土样重量；
[0022] 3. 0为1/4碳原子的摩尔质量；
[0023] 1. 08为氧化校正系数；
[0024] 1. 724为有机碳换成有机质的换算系数。
[0025] 重铬酸钾溶液浓度为0.8000mol Γ1硫酸浓度为18mol Γ1;硫酸亚铁浓度为 0. 2mol L ^
[0026] 每批样品（有24个供试土样，每批样品分析是指在通过不同温度和时间的每种组 合下的24个样品）分析时，做3个空白滴定；本发明使土壤有机质测定过程中加热均匀、 温度波动范围小、试验结果精确度高；简化了实验步骤、减少污染、缩短了单个样品的测试 时间，对于大批量的样品测定减少了劳动强度；与昂贵的"元素分析仪"相比，在保证测定 精度的同时，节省了大量开支。
[0027] 本发明的优点：
[0028] 本发明的土壤有机质测定方法，提供一种省时、省力、结果可靠性高的分析方法， 极大地提高土壤有机质的分析测试速度。
[0029] 1)省时：用油浴法测定土壤有机质时一批测定10-30个样品，整个消煮时间为 20-30分钟，在此过程中需要密切观察样品的沸腾状况并计时；而采用本方法（烘箱加热 法）一批可测定100-150个样品（根据烘箱大小），整个加热时间为40-45分钟，在这个过 程只需观察烘箱的恒定温度（115° C)并计时，这个过程只需10分钟左右；
[0030] 2)省力：用油浴法测定时需用硬质试管，需把消煮后的溶液从硬质试管倒入三角 瓶中，并把硬质试管冲洗多次，保持溶液体积为60-70ml;本发明的方法只需用三角瓶，消 煮后往三角瓶加水至60-70ml，摇匀即可用硫酸亚铁滴定测有机碳，此过程减少了劳动强 度；
[0031] 3)测定过程污染小，且测定结果精度大大提高：使用烘箱加热法取代油浴加热 法，克服了油浴法中消煮对空气和样品的污染，烘箱加热法的整个箱体温度均匀，且保温性 能好，温度的波动范围小，这一方法对油浴法加热的温度、时间、试管处于油浴中的位置难 以准确等缺点进行了改进，且此方法测定精度较油浴法提高了约12% ;
[0032] 4)确定测定最佳温度和时间：本方法在加热温度为115° C，加热时间为30分钟 是测定土壤（棕壤）有机质含量的最适条件。
【具体实施方式】
[0033] 为解决传统方法-油浴加热法在土壤样品中有机质测定存在的问题，本发明 提供一种土壤中有机质的测定方法，简化了分析过程，经典油浴方法测定时需用硬质试 管，需把消煮后的溶液从硬质试管倒入三角瓶中，并把硬质试管冲洗多次，保持溶液体 积为60-70ml;过程十分复杂，而在本发明的方法只需用三角瓶，消煮后往三角瓶加水至 60-70ml，摇匀即可用硫酸亚铁滴定测有机碳。
[0034] 其具体步骤如下1)称取风干土壤磨细，通过0. 149mm-0. 25mm筛孔过筛后放入三 角瓶中，用移液管准确加入重铬酸钾，再用移液管缓慢加入硫酸，边加边旋转摇匀，之后将 三角瓶盖上弯颈漏斗；防止挥发。
[0035] 2)三角瓶放入已预热到100° C-125。C的烘箱内，计时30-90分钟取出，冷却至 室温；用水冲洗弯颈漏斗和三角瓶瓶壁，定容到原来的体积；
[0036] 3)加入邻啡罗啉指示剂，硫酸亚铁滴定至变色，记录硫酸亚铁用量；
[0037] 4)设置空白滴定，空白滴定为不加土样，加入0. 1-0. 3g粒状石英砂，其它步骤同 步骤（1)-(3)。
[0038] 通过公式计算土壤有机质含量：
[0039] 土壤有机质（g kg-1) = (CX5/V。）X (V〇-V) Χ1(Γ3Χ3· 0X 1. 724X 1. 08X 103/m 式 中：C为0· SOOOmolI^a/eKfr^)标准溶液的浓度；
[0040] 5为加入重铬酸钾标准溶液的体积；
[0041] V。为空白滴定消耗硫酸亚铁的体积；
[0042] V为样品滴定消耗硫酸亚铁的体积；
[0043] m为土样重量；
[0044] 3. 0为1/4碳原子的摩尔质量；
[0045] 1. 08为氧化校正系数；
[0046] 1. 724为有机碳换成有机质的换算系数。
[0047] 本实施例中具体为
[0048] 在辽宁不同地点取24种棕壤土样，选取的24个土壤为有机质差异梯度大的土样 为供试样品（用元素分析仪测定的24个样品土壤有机质含量范围为33.0?195. 4g kg，， 采用烘箱加热法测定土壤有机质含量，确定测定土壤有机质含量的最佳温度和时间，同时 以元素分析仪ELEMENTAR(Vario EL III，Germany)测定的有机质含量作为试验真值。
[0049] 具体步骤如下：
[0050] (1)称样：对每一个土壤样品称取18份0· lg通过0· 149mm (100目）筛孔的风干 土样（精确到〇. 〇〇〇lg)，[注：对于有机质含量高的土壤采用减量法，称取0. 05g样品]， 放入到150ml三角瓶中，用移液管准确加入标准浓度为0. 8000mol 重铬酸 钾5. Oml，然后用移液管缓慢加入5ml浓度为18mol Γ1硫酸，边加边旋转摇匀；
[0051] (2)加热：将三角瓶上边放上弯颈漏斗，分别放入到以100° C、105° C、110° C、 115° C、120° C、125° C为温度梯度，以30、60、90分钟为时间梯度，共18个处理（6个温 度梯度X3个时间梯度）的烘箱内，于一定温度、时间后取出三角瓶（以100° C、105° C、 110° C、115° C、120° C、125° C为加热温度，以30、60、90分钟为加热时间组合后，每一温 度、时间测定后，取出三角瓶）；冷却至室温后，用水冲洗弯颈漏斗和三角瓶瓶壁，保持三角 瓶内溶液体积为60-70ml;
[0052] (3)滴定：向三角瓶中加入邻啡罗啉指示剂2-3滴，用浓度为0· 2mol Γ1硫酸亚 铁滴定至溶液变色过程由橙黄经蓝绿到棕红色为终点，记录硫酸亚铁滴定毫升数。
[0053] 样品分析时，做3个空白滴定；空白滴定不加土样，加入0. 1-0. 3g粒状石英砂，其 它步骤同步骤（1)-(3)。
[0054] 计算公式：
[0055] 土壤有机质（g kg-1) = (CX5/V。）X (V〇-V) Χ1(Γ3Χ3· 0X 1. 724X 1. 08X 103/m 式 中：C为0· SOOOmolI^a/eKfr^)标准溶液的浓度；
[0056] 5为加入重铬酸钾标准溶液的体积；
[0057] V。为空白滴定消耗硫酸亚铁的体积；
[0058] V为样品滴定消耗硫酸亚铁的体积；
[0059] m为土样重量；
[0060] 3. 0为1/4碳原子的摩尔质量；
[0061] 1. 08为氧化校正系数；
[0062] 1. 724为有机碳换成有机质的换算系数。
[0063] (4)检测结果见表1。表1为供试的24个样品的数据。
[0064] (5)表2为烘箱加热法的测定值与元素分析仪测定值之间的相关关系。相关系数 采用Pearson线性相关方法计算（spssl3. 0软件）
[0065] 相关系数计算公式为：
【权利要求】
1. 一种测定土壤中有机质的方法，其特征在于：将风干土壤磨细过筛后放入三角瓶 中，三角瓶中依次加入重铬酸钾溶液和硫酸，三角瓶放入已预热到100°c -125°c的烘箱内 30-90分钟取出冷却至室温，进行滴定，计算有机质含量；其中按质量比计，重铬酸钾溶液： 硫酸：土壤=50-100:50-100:1。
2. 按权利要求1所述测定土壤中有机质的方法，其特征在于：所述风干土壤磨细过 筛，筛孔大小为0. 149mm_0. 25mm。
3. 按权利要求1所述测定土壤中有机质的方法，其特征在于：所述三角瓶放入已预热 的烘箱，其中烘箱中温度最适为115°C，计时加热时间最适为30分钟。
4. 按权利要求1所述测定土壤中有机质的方法，其特征在于：三角瓶放入已预热的烘 箱后保持温度不变直到取出。
5. 按权利要求1所述测定土壤中有机质的方法，其特征在于：所述滴定过程为向三角 瓶中加入邻啡罗啉指示剂2-3滴，用硫酸亚铁滴定至溶液变色，变色过程由橙黄经蓝绿到 棕红色为终点，记录硫酸亚的用量。
6. 按权利要求1或5所述测定土壤中有机质的方法，其特征在于：所述计算有机质含 量是根据公式：土壤有机质（g kg-1 )= (C X 5/V。）X (VQ-V) X 10_3 X 3. 0 X 1. 724 X 1. 08 X 103/ m 式中：C为K2Cr207溶液的浓度； 5为加入重铬酸钾溶液的体积； V。为空白滴定消耗硫酸亚铁的体积； V为样品滴定消耗硫酸亚铁的体积； m为土样重量； 3. 0为1/4碳原子的摩尔质量； 1. 08为氧化校正系数； 1. 724为有机碳换成有机质的换算系数。
7. 按权利要求1或5所述测定土壤中有机质的方法，其特征在于：重铬酸钾溶液浓度 为0· 8000mol Γ1硫酸浓度为18mol Γ1 ;硫酸亚铁浓度为0· 2mol L'
【文档编号】G01N31/16GK104280512SQ201310289189
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】杨凯, 朱教君, 徐爽 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所