土壤中全氮及水解氮含量的测定

来源：　类别：技术文章　更新时间：2008-11-03　阅读次

土壤中氮素绝大部分为有机的结合形态。无机形态的氮一般占全氮的1％～5％。土壤有机质和氮素的消长，主要决定于生物积累和分解作用的相对强弱以及气候、植被、耕作制度诸因素，特别是水热条件，对土壤有机质和氮素含量有显著的影响。
　
　
(一)土壤全氮量的测定

测定土壤全氮量的方法主要可分为干烧法和湿烧法两类。湿烧法就是常用的凯氏法。这个方法是丹麦人凯道尔(J．KJeldahl)于1883年用于研究蛋白质变化的，后来被用来测定各种形态的有机氮。由于设备比较简单易得，结果可靠，为一般实验室所采用。下面介绍目前广泛采用的半微量凯氏法。

样品在加速剂的参与下，用浓硫酸消煮时，各种含氮有机化合物，经过复杂的高温分解反应，转化为氨，与硫酸结合成硫酸铵。碱化后蒸馏出来的氨用硼酸吸收，以标准酸溶液滴定，求出土壤全氮含量(不包括全部硝态氮)。
包括硝态和亚硝态氮的全氮测定，在样品消煮前，需先用高锰酸钾将样品中的亚硝态氮氧化为硝态氮后，再用还原铁粉使全部硝态氮还原，转化成铵态氮。
在高温下硫酸是一种强氧化剂，能氧化有机化合物中的碳而分解有机质。
　
　
仪器、设备及试剂
1.仪器
消煮炉，半微量蒸馏装置，半微量滴定管(5mL)。
　
2.试剂

(1)10mol·L-1NaOH溶液：称取420g工业用固体NaOH于硬质玻璃烧杯中，加蒸馏水400mL溶解，不断搅拌，冷却后倒人塑料试剂瓶，加塞，(放置几天)待Na2C％沉降后，将清液虹吸人盛有160mL无CO2的水中，以去CO2的蒸馏水定容至1
L。
(2)甲基红—溴甲酚绿混合指示剂：0.5g溴甲酚绿和0.1 g甲基红溶于100mL 95％的乙醇中。
(3)20g·L-1H3BO3：20g H3BO3 (化学纯)溶于1
L水中，每升H3BO3溶液中加入甲基红—溴甲酚绿混合指示剂5mL，并用稀酸或稀碱调节至微紫红色，此时该溶液的pH为4.8。指示剂用前与硼酸混合，此试剂宜现配，不宜久放。

(4)混合加速剂：100gK2SO4、10gCuS04·5H2O和1gSe粉混合研磨，通过80号筛充分混匀，贮于具塞瓶中。消煮时每毫升H2SO4加0.37g混合加速剂。
(5)0.02 mol·L-1硫酸标准溶液：量取2.83 mL H2SO4，加水稀释至5 000mL，然后用标准碱或硼砂标定之。
(6)高锰酸钾溶液：25g高锰酸钾溶于500mL无离子水，贮于棕色瓶中。
(7)还原铁粉：磨细通过孔径0.149mm(100目)筛。
　
　
方法和步骤
1.样品制备
称取风干土样(通过0.149mm筛)1.0000g。
　
2.土样消煮
①不包括硝态氮和亚硝态氮的消煮：将土样送人干燥的凯氏瓶底部，用少量无离子水(0.5～1mL)湿润土样后，加入2g加速剂和5mL浓硫酸，摇匀，将开氏瓶倾斜置于300W变温电炉上，用小火加热，待瓶内反应缓和时(10～15min)，加强火力使消煮的土液保持微沸，加热的部位不超过瓶中的液面，以防瓶壁温度过高而使铵盐受热分解，导致氮素损失。消煮的温度以硫酸蒸气在瓶颈上部1／3处冷凝回流为宜。待消煮液和土粒全部变为灰白稍带绿色后，再继续消煮1
h。消煮完毕，冷却，待蒸馏。在消煮土样的同时，做两份空白测定，除不加土样外，其他操作皆与测定土样相同。
②包括硝态和亚硝态氮的消煮：将土样送人干燥的凯氏瓶底部，加1mL高锰酸钾溶液，摇动凯氏瓶，缓缓加入1：1硫酸2mL，不断转动凯氏瓶，然后放置5min，再加入1滴辛醇。通过长颈漏斗将0.50g(±0.01g)还原铁粉送人凯氏瓶底部，瓶口盖上小漏斗，转动凯氏瓶，使铁粉与酸接触，待剧烈反应停止时(约5min)，将凯氏瓶置于电炉上缓缓加热45min(瓶内土液应保持微沸，以不引起大量水分丢失为宜)。待凯氏瓶冷却后，通过长颈漏斗加2g加速剂和5mL浓硫酸，摇匀。按上述①的步骤，消煮至土液全部变为黄绿色，再继续消煮1
h。消煮完毕，冷却，待蒸馏。在消煮土样的同时，做两份空白测定。
　
3.氨的蒸馏
①蒸馏前先检查蒸馏装置是否漏气，并通过水的馏出液将管道洗净。
②待消煮液冷却后，用少量无离子水将消煮液全部转入蒸馏器内，并用水洗涤凯氏瓶4～5次(总用水量不超过30—35mL)。若用半自动式自动定氮仪，不需要转移，可直接将消煮管放人定氮仪中蒸馏。
于150mL锥形瓶中，加入20g·L-1硼酸指示剂混合液5mL，放在冷凝管末端，管口置于硼酸液面以上3～4
cm处。然后向蒸馏室内缓缓加入10mol·L-1NaOH溶液20mL，通入蒸汽蒸馏，待馏出液体积约50mL时，即蒸馏完毕。用少量已调节至pH4.5的水洗涤冷凝管的末端。
　
4.测定
用0.01mol·L-1H2SO4或0.01mol·L—1HCl标准溶液滴定馏出液，至馏出液由蓝绿色刚变为紫红色为止。记录所用酸标准溶液的体积(mL)�？瞻撞舛ㄋ盟岜曜既芤旱奶寤�，一般不得超过0.4mL。
　
5.计算
式中：V——滴定试液时所用酸标准溶液的体积，mL；
V0——滴定空白时所用酸标准溶液的体积，mL；
c——H2SO4或HCl标准溶液浓度，mol·L—1；
m——风干土样的质量，g。
两次平行测定结果允许绝对相差：土壤含氮量大于1.0g·kg-1时，不得超过0.005％；含氮1.0～0.6g·k
kg-1时，不得超过0.004％；含氮<0.6g·kg-1时，不得超过0.003％。
　
　
注意事项
①对于微量氮的滴定还可以用另一更灵敏的混合指示剂，即0.099
g溴甲酚绿和0.066g甲基红溶于100mL乙醇中。20g·L—1H3BO3指示剂溶液的配制：称取硼酸(分析纯)20g溶于约950mL水中，加热搅动直至H3BO3溶解，冷却后，加入混合指示剂20吐混匀，并用稀酸或稀碱调节至紫红色(pH约5)，加水稀释至1L混匀备用。宜现配。
②一般应使样品中含氮量为1.0～2.0mg，如果土壤含氮量在2g·kg-1以下，应称土样1g；含氮量在2.0～4.0g·kg-1者，应称0.5～1.0g；含氮量在4.0g·kg-1以上者应称0.5g。
③硼酸的浓度和用量以能满足吸收NH3为宜，大致可按每毫升10g·L-1H3BO3能吸收氮(N)量为0.46吨计算。例如，20g·L-1
H3BO3溶液5mL最多可吸收的氮(N)量为5X2X0.46=4.6mg。因此，可根据消煮液中含氮量估计硼酸的用量，适当多加。
④在半微量蒸馏中，冷凝管口不必插入硼酸液中，这样可防止倒吸减少洗涤手续。但在常量蒸馏中，由于含氮量较高，冷凝管须插入硼酸溶液，以免损失。
　
(二)土壤水解氮的测定（碱解扩散法）
土壤水解氮也称土壤有效氮，它包括无机态氮和部分有机物质中易分解的比较简单的有机态氮，它是氨态氮、硝态氮、氨基酸、酰铵和易水解的蛋白质氮的总和。测定水解氮可以了解一定时期(如一个生长季或一年)内土壤中氮素的供应水平，对于制定改土培肥规划、拟定合理施肥方案、确定田间施肥量和作物管理等都有参考价值。
本实验所述碱解扩散法是利用稀碱与土样在一定条件下进行水解作用，使土壤中易水解的有机态氮转化为氨气状态，并不断地扩散逸出，连同土壤中原有的氨态氮一并由硼酸吸收，再用标准酸滴定，计算出水解性氮的含量。但此法测得的有效氮中不包括土壤中的硝态氮。
　
仪器、设备及材料
1.仪器与设备
土样筛(1mm) 电子天平扩散皿温箱半微量滴定管
2.试剂
(1)1mol·L—1NaOH溶液：40g化学纯NaOH溶于1L水中。
(2)碱性甘油：最简单的配法是在甘油中溶解几小粒固体NaOH即成。
(3)2％硼酸溶液(内含溴甲酚绿—甲基红指示剂)：将20gH3B03溶于1
L水中，加入溴甲酚绿—甲基红指示剂10mL，并用稀NaOH(约0.1mol·L-1)或稀HCl(0.1mol·L-1)调节至紫红色(pH4.5)。
(4)溴甲酚绿—甲基红指示剂：0.5g溴甲酚绿和0.1g甲基红溶于100mL95％酒精中。
(5)0.01mol·L-1HCl标准溶液：先配制1.0mol·L-1HCl溶液，稀释100倍，用硼砂或180℃下烘干的Na2CO3标定其准确的浓度。
　
方法与步骤

称取风干土样(通过1mm筛)2.00g，置于扩散皿外室，轻轻地旋转扩散皿使土壤均匀地铺平。取2mL2％硼酸指示剂放于扩散皿内室，然后在扩散皿外室边缘涂上碱性甘油，盖上毛玻璃，旋转数次，使皿边与毛玻璃完全粘合，再渐渐转开毛玻璃一边，使扩散皿外室露出一条狭缝，迅速加入10.0
mL浓度为1mol·L-1NaOH，立即盖严，再用橡皮筋圈紧，使毛玻璃固定。随后放人40±l℃恒温箱中，碱解扩散24±0.5h后取出。内室吸收液中的氨气用半微量滴定管装盛0.01mol·L—1HCl标准溶液滴定(由蓝色滴到微红色)。在样品测定同时进行空白实验，矫正试剂和滴定操作中的误差。
结果计算按下式：
式中：V，Vo——土样测定和空白实验所用标准HCl的体积，mL；
c——标准酸的浓度，mol·L·；
14.0——氮原子的摩尔质量；
W——风干土土样称重，g；
两次平行测定结果允许误差为5mg·kg-1。