04章 土壤氮和硫的分析.doc

第四章 土壤氮和硫的测定主要内容： 土壤全氮量的测定 土壤无机氮的测定 土壤碱解氮的测定 土壤矿化氮的测定 土壤中硫的测定要求： 掌握用开氏法测定土壤全氮的原理、操作步骤及注意事项。 掌握碱解氮的测定方法。 掌握溶液中铵态氮、硝态氮的测定方法。 了解土壤有效氮的测定方法。 了解土壤中硫的测定方法。 4-1 分析意义氮素是植物生长的重要营养元素之一，土壤氮素在肥力中起着相当重要的作用。研究表明，即使在使用大量氮肥的情况下，作物中积累的氮素仍有50%左右来自土壤，在某些土壤上这个数字更高。土壤中氮素总量及各种存在形态与作物生长有着密切的关系。分析土壤全氮及其各种形态氮的含量，可阐明土壤氮素供应能力，评价土壤肥力，为合理施用氮肥提供依据。一、土壤氮的含量、形态1. 含量我国耕地的氮素含量不高，全氮量（N）为千分数量级，0.x % ，一般为0.1 % 0.2 % ( 1.0 2.0 g kg-1 ) 。影响土壤含氮量的因素很多，主要受气候、植被、土壤质地、耕作制度等因素的影响，特别是水热条件对土壤含氮量有显著的影响。土壤全氮量与土壤有机质含量之间有一定的相关性，一般占土壤有机质含量的5 %左右。2. 形态有机态氮95%（氨基酸、酰胺、蛋白质、含氮杂环化合物）土壤氮无机态氮15%（硝态氮、铵态氮）（1）有机态氮：是土壤氮素的主要存在形式。组成复杂，主要是半分解的有机质、微生物躯体和腐殖质，其中最主要的是腐殖质。有机形态的氮必须经过矿化作用转变成无机态的氮，才能被植物吸收利用。有机氮矿化率随季节交替、土壤质地等因素变化，一般来说，年矿化率为1 % 3 % ，也就是说，一年中大约有1 % 3 % 的有机氮被矿化出来供植物吸收。土壤中氮的供给与易矿化的有机氮有很大关系。一般来说，半分解的有机质和微生物躯体，由于与土壤无机胶体结合较松，因而比较容易矿化；腐殖质由于与土壤粘粒矿物结合较紧，因而不容易矿化。目前，对有机氮的了解还很不够，大约有一半以上的有机氮以何种形态存在还不清楚。（2）无机态氮：主要是硝态氮和铵态氮，有时有少量的亚硝态氮存在。农田土壤中硝态氮和铵态氮的含量变化很大，为几几十ppm （mgkg-1）。旱田中无机氮以硝态氮为主，水田中无机氮以铵态氮为主。在土壤氮中还有一部分氮，主要是铵离子，被固定在矿物晶格内，称为固定态氮。这部分氮很难被释放出来，因而很难被植物吸收利用。二、土壤氮的主要分析项目和测定方法土壤氮的主要分析项目有：土壤全氮量和土壤有效氮量。土壤全氮量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力；而土壤有效氮量与作物的生长有一定的相关性，因而对营养诊断和推荐施肥具有指导意义。1. 土壤全氮量土壤全氮量变化较小。测定方法主要有：（1） 干烧法（杜氏法） 由杜马斯（Dumas）于1831年首先提出。基本过程： CO2 土样+ CuO (N2+CO2) KOH N2 氮素计把样品放在燃烧管中，以600以上的高温与氧化铜（CuO）一起燃烧，燃烧时同以净化的CO2气，燃烧过程中产生的氧化亚氮气体（N2O）通过灼热的铜（Cu）还原为氮气（N2），产生的一氧化碳（CO）则通过CuO转化为CO2，N2和CO2的混合气体通过浓的KOH溶液，以除去CO2，然后在氮素计中测定N2的体积。反应过程中的化学方程式：土 + O2 660 N2O + COCuO + CO Cu + CO2N2O + Cu CuO + N2CO2 + 2KOH K2CO3 + H2O一般认为，与湿烧法相比，干烧法测定的氮更完全。但是，干烧法不仅操作复杂，费时，而且需要专门的仪器，所以一般实验室较少使用。（2）湿烧法（开氏法）由丹麦人开道尔（J. Kjeldahl）于1883年首先采用。最初是用于测定蛋白质的变化，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，所以为一般实验室所采用。基本过程：土样浓硫酸消煮（在加速剂的参与下）碱化蒸馏标准酸滴定用浓硫酸消煮样品，借助于催化剂和增温剂等加速有机质的分解，使有机氮转化为NH4+-N，然后再测定消化液中的NH4+-N。2. 土壤有效氮量无机矿物态氮（NH4+-N、NO3-N）有效性氮水解（性）氮部分有机氮（氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质）土壤有效氮，包括无机的矿物态氮和部分有机质中易分解的、比较简单的有机氮，是NH4+-N、NO3-N、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质的总和，通常也称为水解（性）氮。土壤速效氮，主要指土壤有效氮中的无机矿物态氮，也就是，NH4+-N和NO3-N。土壤的有效氮变化较大，测定方法较多，但迄今尚无一个可以通用的方法。测定方法一般分为两类：生物方法和化学方法。（1）生物方法可分为两类： 生物培养法：又可分为好气培养和厌气培养两种方法。好气培养法：取一定量的土壤，在适宜的温度、水分、通气条件下培养，测定培养过程中释放出的无机态氮。即，在培养之前和培养之后测定土壤中铵态氮和硝态氮总量，两者之和即为矿化氮。厌气培养法：在淹水条件下进行培养，测定土壤中由铵化作用释放出的NH4+-N，即嫌气微生物在一定温度矿化土壤有机氮成为NH4+-N。方法评价：与好气培养法相比，厌气培养过程的条件控制易掌握，不需要考虑通气条件和严格的水分控制，方法比较简单，结果的再现性也比较好，且与作物吸氮量和作物产量有很好的相关性，因而更适合于例行分析。 同位素测定法：用15N标记肥料，在作物吸收后，测定植物体中来自于肥料的氮素及总氮，以二者差值来估计土壤有效性氮量。（2）化学方法： 土壤中氮的释放主要受微生物活动的控制，化学浸提剂不能像微生物那样有选择性地释放土壤中某部分的有效氮，因此，化学方法只能用来模拟估计土壤有效氮的供应。水解氮常被看作是土壤易矿化氮，测定方法有两种： 酸水解 丘林法水解氮 碱解扩散法 碱水解 碱解蒸馏法 酸水解法 丘林法如用0.5 mol L-1 H2SO4水解提取，得到的溶液用K2Cr2O7氧化，再进行蒸馏。对土壤有机质含量高的土壤，测定结果与作物有良好的相关性，但对于有机质缺乏的土壤，测定结果并不十分理想，对石灰性土壤更不合适，而且操作手续繁、费时，不适合例行分析。 碱水解法：碱解扩散法：用扩散皿，以1 mol L-1或2 mol L-1 NaOH进行碱解扩散。特点：碱解、扩散、吸收同时进行，操作简便，分析速度快，结果的再现性好。碱解蒸馏法：加还原剂和1 mol L-1 NaOH进行还原和碱解，最后将NH3蒸馏出来。还原剂的选用：FeSO4-Zn粉等。结果的再现性也较好。方法评价：生物培养法测定的是土壤中氮的潜在供应能力，由于是在模拟大田情况下进行的，所释出有效氮比较符合田间实际，因而测出的结果与作物有较高的相关性，但是，方法较繁，且费时。化学方法是用化学的方法来模拟生物的反应，快速简便，但由于对易矿化氮的了解不够，浸提剂的选择往往缺乏理论依据，测定的结果与作物生长的相关性不及生物培养法。3. 溶液中NH4+-N和NO3-N的测定方法无论是测定测定哪种形态的氮，经过样品的分解或浸提，最终都需要对溶液中的氮进行测定。下面介绍溶液中NH4+-N和NO3-N的测定方法。（1）溶液中NH4+-N的测定方法： 蒸馏滴定法加碱 NH3 H3BO3吸收 标准酸滴定溶液加碱蒸馏，使氨释放出来，用过量的硼酸溶液吸收，然后用标准酸滴定。测定全氮消煮液中的NH4+-N，用NaOH；测定速效氮中NH4+-N，用MgO（MgO是弱碱，可以防止浸出液中酰胺有机氮的水解）。 碱解扩散法用扩散皿（Conway皿）进行，扩散皿分内外两室，外室放消化液，内室放硼酸混合指示剂溶液，加碱于外室后立即密封扩散皿，使NH3扩散到内室，被硼酸溶液吸收，最后用标准酸滴定内室。微量扩散皿平面图微量扩散皿横断面图外室内室外室内室 比色法靛酚蓝比色法：当有氧化剂(如,次氯酸纳)存在时，苯酚与NH3在碱性条件下( pH = 11.4 12.0 )反应生成蓝色化合物，颜色深浅与NH4+-N含量呈正比，可在667nm处比色测定。萘氏比色法：待测液中的NH4+-N在pH11的碱性条件下与萘氏试剂作用，生成桔黄色的络合物，桔黄色深浅与NH4+-N含量成正比（410 nm处比色）。其反应如下：KOH2 KI + HgI2 K2HgI4 （萘氏试剂）2 K2HgI4 + 3 KOH + NH3 Hg2O(NH4I) + 7 KI + 2 H2O 桔黄色 氨气敏电极法原理：氨气敏电极是由对氨有选择性响应的电极和参比电极组成的复杂电极，氨气敏电极的电位随待测液中NH3浓度而变化，根据测出的电位可以计算出待测液中NH4+的活度（浓度）。 自动（半自动）定氮仪、离子色谱、流动注射等仪器分析方法（2）溶液中NO3-N的测定方法 还原蒸馏法在蒸馏时加入适当的还原剂，如戴氏合金（Devardas alloy），将溶液土壤中的NO3-N还原成NH4+-N，再进行测定。 比色法（酚二磺酸比色法）溶液中的NO3-N在蒸干无水的条件下与酚二磺酸作用，生成硝基酚二磺酸，碱化后产生稳定的黄色溶液。黄色的深浅与NO3-N含量在一定范围内成正相关，可在400 425nm处比色测定。+ HNO3SO3HSO3HOHSO3HSO3HOHNO2无水碱性+ H2O无色黄色 紫外分光光度法NO3-在紫外线（220 nm）有吸收峰，浸提液可不经任何处理在紫外分光光度计上于波长220 nm和275 nm直接测定A220和A275。用校正吸光度A = A220 - A275，根据标准曲线查得NO3-的浓度。 电极法利用硝酸根离子选择性电极测定 流动注射分析、离子色谱等仪器分析法 4-2 土壤全氮量的测定开氏法开氏法广泛应用于全氮的测定。主要包括两个步骤：（1）样品的消煮为了缩短消化时间，通常要采用加速剂。根据加速剂的成分和作用的不同，可分为三类：增温剂、催化剂和氧化剂。 增温剂开氏法中常用的增温剂主要有：硫酸钾（K2SO4）、硫酸钠（Na2 SO4） 在消煮过程中温度起着重要的作用。消煮时温度要求控制在360 410。低于360，杂环氮化合物不易分解，消化不完全，使结果偏低；高于410，容易引起氨的损失，也使结果偏低。盐的浓度也会影响消煮过程。消煮过程中K2SO4的浓度应该控制在0.35 0.45 g/ml浓硫酸。如果加入的K2SO4的量较少（低于0.3g/ml浓硫酸），需要较长时间才能消煮完全；如果加入的K2SO4的量较多（高于0.8g/ml浓硫酸），消煮时间大大缩短了，但是消化完毕冷却后内容物结成硬块，给后续的操作（也就是消化液中NH4+-N的测定）带来困难。在消煮过程中如果硫酸消耗过多，将会影响盐的浓度，可在开氏瓶口插入一小漏斗，以减少硫酸的损失。 催化剂开氏法中常用的催化剂主要有：CuSO4、Fe SO4、Se、Hg、HgO、TiO2等。其中，使用最普遍的是：CuSO4和Se混合使用。一般，混合加速剂的组成和比例为K2SO4 : CuSO4 : Se = 100 : 10 : 1。汞（Hg）、氧化汞（HgO）的催化作用很强，HgO能与铵生成汞-铵复合物，给操作上带来一些麻烦。而且，汞有毒，所以较少使用。硒（Se）的催化作用很强，但由于硒有毒性，所以现在不主张使用，而改用氧化钛（TiO2）。 氧化剂消煮过程中常用的氧化剂，主要有：浓硫酸（H2SO4）、高氯酸（HClO4）、双氧水（H2O2）、高锰酸钾（KMnO4）、重铬酸钾（K2Cr2O7），等。由于氧化剂的作用过于激烈，容易造成氮的损失，使测定结果不稳定。所以，开氏法中一般不使用氧化剂。但是，因为HClO4-H2SO4消煮液可以用来同时测定氮、磷等多种元素的全量，所以在自动化分析装置中有用HClO4-H2SO4来消煮。（2）消煮液中NH4+-N的测定方法：消煮液中的氮以NH4+-N的形式存在，可以用多种方法测定。开氏法一般采用蒸馏法。由于分析要求和目的的需要，开氏法得到不断的改进。例如：（1）当难提取性固定态铵的含量高时，开氏法的测定值偏低。在这种情况下，需要用HF-HCl法破坏粘土矿物，从而较准确地测定出包括固定态铵在内的全氮。（2）一般的开氏法所测定的土壤全氮不包括NO3-N和NO2-N，由于它们的含量一般都比较低，对土壤全氮量的测定结果影响较小，因此，通常可以忽略不计。但是，如果土壤中含有较多的NO3-N和NO2-N，需要用改进的开氏法，将NO3-和NO2-还原成NH4+。还原方法有多种，常见的有：水杨酸法、高锰酸钾-还原性铁法。选择适当的开氏法需根据分析的需要和实验室的条件，选择内容包括硫酸或双氧水，大量法或半微量法，包括或不考虑NO3-和NO2-，以及用电极或蒸馏法滴定或自动测定等。目前，大量法用得很少，在这里不作介绍。现介绍常用的半微量开氏法。一、 方法原理土壤中的含氮化合物，利用浓硫酸及少量的混合催化剂，在强热高温下，经过复杂的分解反应，使氮素转化为NH4+主要形成NH4SO4-、(NH4)2SO4。加入NaOH碱化，当pH超过10时，NH4+全部变为NH3，NH3经蒸馏逸出后用H3BO3溶液吸收，再以酸标准溶液滴定，由酸标准溶液的消耗量计算出土壤全氮含量。消煮过程中土壤中原有的硝态氮和亚硝态氮并不能转化为铵态氮，所以此法测得的结果不包括全部的硝态氮和亚硝态氮。修正方法：在样品消煮前，先用高锰酸钾将样品中的亚硝态氮氧化为硝态氮，再用还原铁粉使全部的硝态氮还原成铵态氮。另外，难提取性固定态铵含量高时，测定结果偏低。修正方法：消煮过程中各试剂的作用：（1）浓硫酸： 分解有机质在高温下浓硫酸是一种强氧化剂，能氧化有机化合物中的碳，生成CO2，从而分解有机质。反应式为：2 H2SO4 + C 2 H2O + 2 SO2+ CO2（高温） 样品中的含氮有机化合物，如蛋白质，在浓硫酸的作用下，水解为氨基酸，氨基酸有在浓硫酸的脱氨作用下，还原成氨，氨与硫酸结合成为硫酸铵留在溶液中。（2）K2SO4 ：作为增温剂。消煮温度要求控制在360 410。K2SO4用量：0.35 0.45 g/ml浓硫酸。（3）Se ：作为催化剂。催化过程为：2 H2SO4 + Se H2SeO3 (亚硒酸)+ 2 SO2+ H2OH2SeO3 SeO2 + H2OSeO2 + C Se + CO2使用Se粉时的注意事项： Se粉的用量： 0.1 0.2 g用量过多会引起氮的损失。(NH4)2SO4 + H2SeO3 (亚硒酸) (NH4)2SeO3 + H2SO4(NH4)2SeO3 2 NH3 + 3 Se + 9 H2O + 2 N2 用Se粉作催化剂的消煮液，不能用于氮磷联合测定。 Se是一种有毒元素，在消化过程中会释放出H2Se，H2Se的毒性比H2S更大，易引起人的中毒。所以实验室通风条件较好时，才可以使用Se作为催化剂，消煮时要在通风橱内进行。（4）CuSO4 ： 作为催化剂。催化过程为：4CuSO4+3C+2H2SO42Cu2SO4+4SO2+3CO2+ 2H2OCu2SO4 （褐红色）+ 2H2SO4 2CuSO4（蓝绿色）+ 2H2O + SO2 指示反应终点的作用当土壤中有机质分解完毕，有机碳被氧化后，消煮液变成清澈的蓝绿色，即，变得“清亮”了。应该注意的是，当消煮液刚刚变得清亮，并不表示所有的有机氮都已经转化成了铵态氮，因为杂环化合物还没有完全转化为铵态氮，所以消煮液清亮后仍然需要继续消煮一段时间，这个过程称为“后煮”。蒸馏过程中的反应： (NH4)2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 NH3 + 2 H2ONH3 + H2O NH4OHNH4OH + H3BO3 NH4 H2BO3 + H2O滴定过程中的反应：2 NH4 H2BO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2 H3BO3二、主要仪器消煮炉、半微量定氮装置（见教材PP.46图4-2）、半微量滴定管（5 ml）三、试剂（教材所列的试剂中，以下几种需要注意）（1）10 mol L-1 NaOH：贮存于塑料试剂瓶中；如果用玻璃磨口试剂瓶，放置较长时间后，玻璃塞与瓶口之间会因为NaCO3而粘合，使瓶塞打不开。（2）20 g L-1 H3BO3指示剂溶液：A. 先配好20 g L-1 H3BO3溶液（无色），使用前再加入甲基红溴甲酚绿混合指示剂，此试剂现配现用，不宜久放。B. 调pH：用稀酸或稀碱调节至微紫红色（酒红色），此时pH4.8。（3）混合加速剂：K2SO4 : CuSO4 : Se = 100 : 10 : 1。用量：0.37 g / mL 浓H2SO4，本方法中5mL浓H2SO4，所以混合加速剂的用量为1.85 g 2 g四、 测定步骤1. 称样称取风干土样1.0000g（过0.149 mm筛，约含氮1 mg） 将土样送入干燥的消化管（开氏瓶、消煮管）底部同时测定土壤水分含量。2. 消煮 滴加少量（0.5 1 mL）去离子水，润湿土壤（1 d = 0.05 mL） 加混合加速剂2 g和浓硫酸5 mL，摇匀 从管口插上小漏斗（起冷凝作用，减少硫酸的损失） 将消化管倾斜放置在消煮炉上，先小火加热，待管内反应缓和时（10 15 min），加强火力，使消煮液保持微沸（起减少硫酸损失的作用）加热过程中有两点需要注意：加热的部位不超过消化管中的液面，以防管壁温度过高使铵盐受热分解，导致氮的损失；消煮的温度以硫酸蒸气在瓶颈上部1/3处冷凝回流为好 待消煮液和土粒完全变为灰白稍带绿色后，再继续煮1 h 消煮完毕，取下消化管，冷却在消煮土样的同时，做两份空白测定（除不加土样外，其它操作均与测定土样相同）3. 蒸馏 将消煮液转移入蒸馏器内，并用去离子水洗涤开氏瓶45次 5 ml硼酸指示剂混合液于三角瓶内，放在冷凝管的末端，管口置于硼酸液面以上3 4 cm处 向蒸馏室内加入10 mol L-1 NaOH溶液20ml 通入蒸汽蒸馏 馏出液体积约50 mL时，蒸馏完毕4. 滴定 用少量pH已调至4.5的去离子水洗涤冷凝管的末端 用0.005molL-1 H2SO4或0.01molL-1 HCl标准溶液滴定馏出液，滴定至由蓝绿色刚好变成紫红色 记录所用标准酸的体积（mL）空白测定所用标准酸的体积，一般不得超过0.4 mL五、 结果计算 (V-V0) c(H+) 14.0 10-3土壤全氮（N）量（g kg-1） = 103 mV 滴定试液所用标准酸的体积（mL）V0 滴定空白液所用标准酸的体积（mL）c(H+) 0.01 molL-1（0.005molL-1 H2SO4或0.01molL-1 HCl ）14.0 氮原子的摩尔质量（g mol-1）10-3 将mL换算成Lm 烘干土样的质量（g）六、注意事项1. 测定全氮样品必须磨细，通过100目筛，这样有机质能够充分的被氧化分解。2. 一般应使样品中的含氮量为1.02. 0 mg g-1（或g kg-1），如果样品中的含氮量在2. 0 gkg-1以下，应称土样1 g；含氮量在2. 04.0 gkg-1，应称土样0.51 g；含氮量在4. 0 g kg-1以上，应称土样0.5 g。3. 对于粘性土壤，消煮前加少量水，润湿土样，使土粒和有机质分散，以提高氮的测定效果；对于砂性土壤，用水湿润与否的测定结果并没有显著差别。4. 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-1 H3BO3能吸收氮（N）量为0.46 mg计算。例如，20 g L-1 H3BO3 5 ml最多可吸收的氮（N）量为520.46 = 4.6 mg。因此，可根据消煮液中的含氮量估计硼酸的用量，并适当多加。5. 对于微量氮的滴定，还可以用另外一种更位灵敏的混合指示剂，即：0.099g溴甲酚绿和0.066g甲基红溶于100ml乙醇中。配制1L 20 g L-1 H3BO3指示剂时，加混合指示剂20ml。6. 在半微量蒸馏法中，冷凝管的管口不必插入硼酸溶液中，这样可以防止倒吸，简化洗涤手续。但是，在常量蒸馏法中，由于含氮量较高，冷凝管必须插入到硼酸吸收液中，以免氮的损失。7. 此法测得的全氮量不包括硝态氮和亚硝态氮。包括硝态氮和亚硝态氮的消煮方法为：将土样1.0000g送入干燥的消化管（开氏瓶、消煮管）底部 加高锰酸钾溶液1 ml 振荡消化管约30 s 缓缓加入1 : 1硫酸溶液2 ml，并不停摇荡消化管 放置5 min 加入一滴辛醇 通过长颈漏斗将还原0.5 g (0.01g)铁粉送入消化管底部 管口插上小漏斗 转动消化管，使铁粉与酸接触，产生剧烈反应 静置，直至剧烈反应停止（约15 min） 移至消煮炉上，小火加热45 min，保持管内土液微沸，以减少水分丢失 冷却 通过长颈漏斗加混合加速剂1.1 g和浓硫酸3 ml 从管口插上小漏斗 将消化管倾斜放置在消煮炉上，先小火加热，待管内反应缓和时（1015 min），加强火力，使消煮的土液保持微沸，加热的部位不超过消化管中的液面，以防管壁温度过高使铵盐受热分解导致氮损失；消煮温度以硫酸蒸气在瓶颈上部1/3处冷凝回流为好 待土液全部变为黄绿色后，再继续消煮1 h 消煮完毕，取下消化管，冷却在消煮土样的同时，做两份空白测定（除不加土样外，其它操作均与测定土样相同） 4-3 土壤无机氮的测定土壤中的无机氮主要包括铵态氮和硝态氮，统称为土壤速效氮。（1）土壤中NH4+-N的测定蒸馏法土样中性盐浸提溶液中NH4+-N的测定比色法（靛酚蓝比色法、萘氏比色法）氨气敏电极法土壤中NH4+-N的测定，一般采用中性盐（K2SO4、KCl、NaCl等）浸提，采用最多的是2 molL-1 KCl溶液。浸出液中NH4+-N的测定可采用蒸馏法、比色法、氨电极法等。浸提蒸馏法的操作简便，适合于NH4+-N含量较多的土壤。比色法适合于大量样品的分析。（2）土壤中NO3-N的测定比色法（酚二磺酸比色法）还原蒸馏法土样水或中性盐浸提溶液中NO3-N的测定紫外分光光度法电极法土壤中NO3-N的测定，一般用水或中性盐浸提，以饱和CaSO4溶液浸提效果最好。浸出液中NO3-N的测定可采用比色法、还原蒸馏法、紫外分光光度法、电极法等。比色法中的酚二磺酸比色法，灵敏度较高，测定结果的重现性好，准确度也较高，但是操作手续较长；还原蒸馏法仅适合于含NO3-N较高的土壤；紫外分光光度法灵敏，且操作简便、快速。一、 土壤硝态氮的测定1. 酚二磺酸比色法 (phenol disulfnonic acid colorimetric method)（1）方法原理+ HNO3SO3HSO3HOHSO3HSO3HOHNO2无水碱性+ H2O无色黄色土壤浸提液中的NO3-N在蒸干无水的条件下与酚二磺酸作用，生成硝基酚二磺酸，碱化后产生稳定的黄色溶液。此反应必须在无水条件下才能迅速完成，反应产物在酸性介质中无色，碱化后则为稳定的黄色溶液，黄色的深浅与NO3-N含量在一定范围内成正相关，可在400 425nm处比色测定。酚二磺酸法的灵敏度很高，可测出溶液中0.1 mg L-1 NO3-N，测定范围为0.12 mg L-1 NO3-N。（2）主要仪器分光光度计、水浴锅、瓷蒸发皿（3）试剂酚二磺酸试剂的配制：SO3HSO3HOHOH+ 发烟H2SO4沸水浴2 hOH+ 浓H2SO4SO3HSO3HOH沸水浴6 h或：试剂冷后可能会析出结晶，用时须重新加热溶解，但不可加水。试剂必须储存于密闭的玻璃棕色瓶中，严防吸湿。使用时须注意其强烈的腐蚀性。（4）操作步骤A. 浸提称取新鲜土样50 g于500 mL三角瓶中 加入CaSO4 2H2O 0.5g和250 mL水 盖塞后，用振荡机振荡10 min 放置5min 将悬液的上部清液用干滤纸过滤，澄清的滤液收集在干燥洁净的三角瓶中。如果滤液因有机质而呈现颜色，可加活性炭除之。B. 测定 吸取滤液25 50 mL于瓷蒸发皿中 加CaCO3约0.05 g 在水浴上蒸干，快到达干燥时停止加热 冷却 迅速加入酚二磺酸试剂2 mL，使试剂接触到所有的蒸干物 静置10 min，使其充分作用 加水20 mL，用玻璃棒搅拌直到蒸干物全部溶解 冷却后缓缓加入1 : 1 NH4OH，并不断搅拌混匀，使溶液呈碱性（溶液显黄色），再多加2 mL，以保证NH4OH试剂过量 将溶液全部转入100 mL容量瓶中，加水定容 分光光度计上420 nm处比色，以空白溶液作参比，调节仪器零点绘制NO3-N标准曲线（5）结果计算土壤中NO3-N含量（mg kg-1）= (NO3-N)Vts / m(NO3-N) 从标准曲线上查得的显色液NO3-N质量浓度(g mL-1)V 显色液的体积（mL）ts 分取倍数m 烘干样品质量，g（6）注意事项 采用新鲜土样。土壤经风干或烘干，会引起NO3-N的变化，因而一般都用新鲜土样测定NO3-N。 要求提取液澄清，不能混浊。一般中性和碱性土壤滤液不易澄清，且带有有机质的颜色，为此在浸提液中应加入凝聚剂。凝聚剂的种类很多，有：CaO、Ca(OH)2、CaCO3、MgCO3、KAl(SO4)2、CuSO4、CaSO4等，其中，CuSO4有防止生物转化的作用，但是，在过滤前必须以Ca(OH)2或MgCO3除去多余的铜，因此，以CaSO4法提取较为方便。如果土壤浸提液由于有机质而带有较深的颜色，可以用活性炭除去，但不宜用H2O2，以防最后显色异常。 干扰因子 主要干扰离子是土壤中的亚硝酸根离子和氯离子：NO2-对反应的干扰：与酚二磺酸作用，产生同样的黄色化合物，但是，土壤中NO2-含量极低，可以忽略不计。必要时（NO2-含量1mg/L时），可以加入少量的尿素、硫尿或氨基磺酸（2% NH2SO3H）除去。Cl-对反应的干扰：主要是在加酸后生成亚硝酰氯化合物和含氯气体。反应式为：NO3- + 3 Cl- + 4 H+ NOCl(亚硝酰氯) + Cl2 + 2 H2O 。如果土壤中含氯化合物超过15 ppm，则必须加Ag2SO4除去。 酚二磺酸试剂和硝酸的反应必须在无水条件下进行，所以反应前必须蒸干。 蒸干前加入碳酸钙是为了防止硝态氮的损失。因为在酸性和中性条件下蒸干易导致硝酸根离子的分解，如果浸出液中含铵盐较多，更易引起负误差。 碱化时应用NH4OH，而不用NaOH或KOH，是因为NH3能与Ag+络合成水溶性的Ag(NH3)2+，不致生成Ag2O的黑色沉淀而影响比色。2. 还原蒸馏法（1） 方法原理土壤浸出液中的NO3-和NO2-在氧化镁的存在下，用FeSO4-Zn还原，蒸出的氨气为硼酸吸收，用盐酸标准溶液滴定。单测定NO3-N时，土壤用饱和硫酸钙溶液浸提，联合测定NH4+-N和NO3-N时，土壤用氯化钾溶液浸提。（2） 操作步骤A. 浸提。同酚二磺酸比色法B. 蒸馏。 吸取滤液25ml于定氮蒸馏器中 加入氧化镁悬液10 ml 通入蒸汽蒸馏去除铵态氮 用纳氏试剂检查铵态氮是否除去了 加入硫酸亚铁锌还原剂约1 g 或节瓦尔德合金0.2 g 继续蒸馏 在冷凝管下端用硼酸溶液吸收还原蒸出的氨 用0.01 mol L-1盐酸标准溶液滴定。同时做空白试验。（3）结果计算 (V-V0) c(H+) 14.0 ts土壤NO3-N含量（mg kg-1）= 103 m3. 紫外分光光度法（1）原理NO3-在紫外线（220 nm）有吸收峰，浸提液可不经任何处理在紫外分光光度计上于波长220 nm和275 nm直接测定A220和A275。用校正吸光度A = A220 - A275，根据标准曲线查得NO3-的浓度。（2）操作步骤A. 2 mol L-1 KCl溶液浸提液土比5 : 1，振荡0.5 hB. 比色测定过滤后，直接到紫外分光光度计上于波长220 nm和275 nm处测定吸光度。C. 标准曲线的绘制二、 土壤铵态氮的测定1. 2 mol L-1 KCl浸提蒸馏法（1）方法原理：用2 mol L-1 KCl溶液浸提土壤，把吸附在土壤胶体上的NH4+和水溶性的NH4+浸提出来。取一份浸出液在半微量定氮蒸馏装置中加MgO蒸馏。MgO是弱碱，以防止浸出液中酰胺有机氮的水解。蒸出的氨以H3BO3溶液吸收，用标准酸溶液滴定，计算土壤中的NH4+-N含量（ppm）。（2）主要仪器往复式振荡机、半微量定氮装置、半微量滴定管（5 ml）（3）试剂MgO悬浊液的配制：MgO经500600灼烧2 h（4）操作步骤A. 浸提取新鲜土样10.0 g，放入100 mL三角瓶中 加入2 mol L-1 KCl溶液50.0 mL，用橡皮塞塞紧 振荡30 min 立即过滤到50 mL三角瓶中B. 蒸馏 吸取滤液25mL于半微量定氮蒸馏器中，用少量水冲洗 加入氧化镁悬液10 mL 在冷凝管下端用硼酸溶液吸收还原蒸出的氨 待蒸出液达30 40 mL时（约10min）停止蒸馏 用0.0025 mol L-1标准溶液滴定。同时做空白试验。（5）结果计算(V-V0)c(H+)14.0ts土壤NH4+-N量（mg kg-1）=103mV 滴定试液所用标准酸的体积（mL）V0 滴定空白液所用标准酸的体积（mL）c(H+) 0.005molL-1（0.0025molL-1H2SO4或0.005molL-1HCl ）14.0 氮原子的摩尔质量（g mol-1）ts 分取倍数103 换算系数m 烘干土样的质量（g）（6）注意事项要用新鲜土样，风干或烘干易使NH4+氧化成NO3-。本法适用于含NH4+-N较高的土壤（NH4+-N含量在10 ppm以上）；若土壤NH4+-N含量较低，可减少液土比为2.5 : 1。2. 2 mol L-1 KCl浸提靛酚蓝比色法（1）方法原理：用2 mol L-1 KCl溶液浸提土壤，把吸附在土壤胶体上的NH4+和水溶性的NH4+浸提出来。土壤浸出液中的铵态氮在强碱性介质中与次氯酸盐和苯酚作用，生成水溶性染料靛酚蓝，溶液的颜色很稳定。在含氮0.050.5mg L-1的范围内，吸光度与铵态氮含量成正比，可在625 nm处比色测定。反应体系的pH应为10.511.7之间。硝普钠硝基铁氰化钠，亚硝酰基五氰合铁(III)酸钠，Na2Fe(CN)5NO是此反应的催化剂，能加速显色，增强蓝色和蓝色的稳定性。在20左右的室温时，一般须放置1 h后显色，完全显色约须23 h。生成的蓝色很稳定，24 h内吸收值无显著变化。比色时在625nm下测量吸收值。待测液中如有干扰离子，可用EDTA等螯合剂掩蔽。（2）主要仪器往复式振荡机、分光光度计（3）试剂A. 苯酚溶液苯酚10g + 硝基铁氰化钠 0.100g 1 L。此试剂不稳定，须贮于棕色瓶中，在4冰箱中保存。用时须温热至室温。注意硝普钠有剧毒。B. 次氯酸钠碱性溶液须贮于棕色瓶中，在4冰箱中保存。（4）操作步骤A. 浸提取相当于20.00 g干土的新鲜土样，放入200 ml三角瓶中 加入2 mol L-1 KCl溶液100.0 ml，用橡皮塞塞紧 振荡1 h 取出静置，吸取上层清液进行测定（或：过滤，备用）B. 比色 吸取土壤浸出液2mL10mL（含NH4+-N 2 g25g）放入50mL容量瓶中 用浸提氯化钾溶液补充至10mL 用水稀释至约30 ml 依次加入苯酚溶液5 mL和次氯酸钠碱性溶液5mL，摇匀 在20左右的室温下放置1 h 加掩蔽剂1mL以溶解可能产生的沉淀物 用水定容至刻度 用1 cm比色槽在625 nm波长处进行比色，读取吸光度同时做空白试验（只有同量试剂，但无土壤浸出液），并以此调节仪器零点。绘制NH4+-N标准曲线。（5）结果计算土壤中NH4+-N含量（mg kg-1）= (NH4+-N)Vts / m(NH4+-N) 从标准曲线上查得显色液NH4+-N质量浓度(g mL-1)V 显色液的体积（mL）ts 分取倍数m 烘干样品质量，g（6）注意事项A. 在20左右的室温下放置1 h，显色后再加入掩蔽剂。过早加入会使显色反应很慢，蓝色偏弱；加入过晚，则生成的氢氧化物沉淀可能老化而不易除去。 4-4 土壤碱解氮的测定（碱解扩散法）一、方法原理在扩散皿中，用1.0 mol L-1 NaOH水解土壤，使土壤中的易水解氮（潜在有效氮）碱解转化为NH3。NH3扩散后以H3BO3溶液吸收，用标准酸溶液滴定，计算土壤中碱解氮的含量。二、主要仪器扩散皿、半微量滴定管、恒温箱三、试剂碱性胶液的配制四、测定步骤称取通过1mm筛的风干土样2.00g，均匀平铺于扩散皿的外室取2.0ml H3BO3溶液，放于扩散皿的内室在扩散皿外室的边缘涂上碱性胶液，盖上毛玻璃，旋转数次，使粘合完全转开毛玻璃的一边，使扩散皿的外室露出一条狭缝迅速加入1.0 mol L-1 NaOH 溶液10.0 ml于扩散皿的外室立即盖严，轻轻旋转扩散皿，使碱液盖住所有土壤用橡皮筋圈紧，使毛玻璃固定小心平放在401的恒温箱中，碱解扩散240.5 h取出，用0.005或0.0025 mol L-1 H2SO4标准溶液滴定同时做空白试验，校正试剂和滴定误差。五、结果计算(V-V0)c(H+)14.0土壤碱解氮（N）量（mg kg-1） = 103mV 样品滴定所用标准酸的体积（mL）V0空白试验滴定所用标准酸的体积（mL）c(H+) 0.005 molL-1（0.0025molL-1 H2SO4或0.005molL-1 HCl ）14.0 氮原子的摩尔质量（g mol-1）103 换算系数m 烘干土样的质量（g）六、注意事项（1）不包括土壤中的NO3-N。若要包括NO3-N，测定时需要加FeSO47H2O粉，并以Ag2SO4为催化剂，使NO3-N还原成NH4+-N。由于FeSO4需要消耗部分NaOH，所以测定时需要提高NaOH 溶液的浓度。例如，2g土加1.07molL-1 NaOH 10ml、0.2g FeSO47H2O粉和0.1ml饱和Ag2SO4溶液进行碱解还原。（2）由于胶液的碱性很强，所以在涂胶和洗涤扩散皿时，必须特别小心，千万不能污染内室，造成错误。（3）滴定时要用小玻璃棒小心搅动吸收液，切不可摇动扩散皿。（4） NH4+-N 回收率的测定：吸取100 ppm NH4+-N 标准溶液（0.3820g NH4Cl/L）5.00mL于扩散皿的外室，以下步骤与样品测定相同。每批都应做46个NH4+-N 回收率试验。在样品滴定前，先滴定两个盛有标准溶液的扩散皿作回收率的检验。如果NH4+-N 回收率已达到了98%以上证明溶液中的NH3已扩散完全，可以开始滴定成批样品。如回收率尚未达到要求，就需要延长扩散时间。 4-5 土壤矿化氮的测定（生物培养法）一、 厌气培养法1. 方法原理用浸水保温法（Water-logged incubation）处理土壤，利用嫌气微生物在一定温度下矿化土壤有机氮成为NH4+-N，再用2 mol L-1 KCl溶液浸提，浸出液中的NH4+-N用蒸馏法测定，从中减去土壤初始矿质氮，即可得到土壤矿化氮的含量。2. 操作步骤（1） 测定土壤矿化氮与初始矿质氮之和水土比1 : 1，恒温402，培养1周2 mol L-1 KCl溶液浸提，半微量蒸馏定氮计算土壤矿化氮与初始矿质氮之和（2） 测定土壤初始矿质氮2 mol L-1 KCl溶液浸提，半微量蒸馏定氮计算土壤初始矿质氮3. 结果计算土壤矿化氮 =（1）（2）二、好气培养法1. 方法原理土壤与3倍质量的石英砂相混合，用水湿润，将样品放在通气良好又不损失水分的条件下恒温30，培养2周。然后用2 mol L-1 KCl溶液浸提铵态氮、硝态氮和亚硝态氮。取部分提取液用MgO和戴氏合金同时进行还原和蒸馏，测定馏出液中的铵态氮，以此计算培养后样品中的NH4+-N + NO3-N + NO2-N氮含量。用同样的方法测定培养前土壤石英砂混合物中的NH4+-N + NO3-N + NO2-N氮含量。根据两次的测定结果之差，计算土壤样品中的可矿化氮含量。戴氏合金（Devardas Alloy）含Cu 50 %，含Al 45%，含Zn 5%）2. 操作步骤（1）测定经培养的土壤样品中的矿物氮含量好气，恒温30，培养2周（2）测定未经培养的土壤样品中的矿物氮含量3. 结果计算土壤矿化氮=（1）（2） 4-6 土壤中硫的测定一、 概述1. 土壤中硫的含量、形态（1）含量我国土壤中全硫（S）的含量为：0.01 0.05 %（或0.1 0.5g kg-1）。我国土壤中硫含量的分布受温度、雨量、土壤有机质等的影响。东南部高温多雨，土壤中的无机硫易损失；西北部的干旱和半干旱地区，土壤中积较多的无机硫。耕地土壤中，以黑土含量最高，其次为水稻土和北方旱地，南方红壤旱地含量最低。水稻土的含硫量高于同地区的旱作