c4土壤氮和硫的分析.ppt

1、第四章 土壤氮的分析,第四章 土壤氮的分析,第一节 土壤全氮的分析 要点： 1、了解土壤中氮素的存在形态及含量。 2、掌握开氏法测定土壤全氮的原理。 3、熟悉开氏法测定全氮的步骤。 4、掌握蒸馏法测定氨的原理及条件,一、概述,1、氮对植物生长发育的意义 氮是植物营养中最重要的元素之一，是植物体内许多重要有机化合物的组分，也是遗传物质的基础。 蛋白质的组分 核酸和核蛋白的组分 叶绿素的组分 酶的组分 维生素的组分 生物碱的组分 植物激素的组分,2. 土壤氮的含量,3. 土壤氮的形态,有机态，占全氮的95 半分解的有机质 微生物躯体 腐殖质 有机氮每年大约有13释放出来供植物吸收。 无机态，占全氮

2、的5 铵态氮 硝态氮 亚硝态氮 固定态氮：占全氮的3-8，主要是铵离子,二、土壤全氮的测定方法,方法类型： 干烧法 湿烧法,一）干烧法,1931年，瑞典人杜马（Dumas）创立的干烧法 基本原理：样品在CO2气流中燃烧（600C），以CuCuO作催化剂，使所有的N都转变成N2，气流通过碱液（浓KOH、NaOH）除去CO2后，测定N2的体积，计算样品全N含量。 方法特点： 经典方法 结果准确，回收率高， 仪器装置及操作复杂、费时， 在土壤N素分析中很少采用,干烧法,近年来由于仪器分析技术的进步，此方法在一些新开发的仪器分析氮中应用较多，例如： 1、用注射管测量微量的N2体积(微升计),如氮自动分

3、析仪，土壤称样量最多为0.2克，燃烧温度为950-1050，测N2体积，可测准样品中0.05% N。 2、用热导池测量N2和CO2的导热系数，如日本C/N自动分析仪，一般多用于植物，农药的分析，不适于含N低的土壤样品,二）湿烧法开氏法,1883年，丹麦人开道尔（J.Kjeldahl）创立。 方法特点： 设备简单易得， 结果可靠， 目前大多实验室采用该方法,三、土壤全氮的测定半微量开氏法,一）方法原理 （二）操作步骤及注意事项 1、样品预处理样品消煮 2、消煮液中铵的测定,三、土壤全氮的测定半微量开氏法,一）方法原理： 含N有机物在催化剂作用下，与浓H2SO4高温共煮，使有机N转化成NH4-N（

4、(NH4)2SO4），然后在碱性溶液中蒸馏出NH3，用H3BO3吸收，再用标准酸溶液直接滴定H3BO3吸收的NH3，根据酸的用量来计算N含量,三、土壤全氮的测定半微量开氏法,二）样品的消煮 1、消煮过程的化学反应,在开氏反应中，有机C被浓H2SO4氧化成CO2而逸失，即： C + 2 H2SO4（浓）= CO2 + SO2 + 2 H2O 对N而言： 有机N + H2SO4（浓） NH4,2、消煮加速剂,浓H2SO4是中强氧化剂，单靠它不能很快完成各类含N有机物的开氏反应，因此需要加入加速剂，以缩短消煮时间。 加速剂按照其效用可分为： 增温剂 催化剂 氧化剂,2、消煮加速剂,1）增温剂：K2S

5、O4或无水Na2SO4 提高消煮溶液的沸点，加速高温分解过程。 消煮温度要求控制在360-410C，一般用加盐量的多少来控制消煮液温度的高低，按每毫升浓H2SO4中含0.3-0.8g盐,2、消煮加速剂,2）催化剂：Hg、HgO、CuSO4、Se等。 其中以Hg、Se催化效率较高，而Cu次之，但使用安全，不易引起N素损失。 现多采用Cu-Se混合使用,Hg 1、Hg的催化效率虽高，但有毒， 2、而且Hg在测定过程中与NH4+生成配合物，在以后加碱蒸馏时也不能释放出来，使测值偏低。 HgO + (NH4)2SO4 Hg SO4 + H2O,Se 1、催化效率高，有毒， 2、用量过多，温度过高或时间

6、过长，均易导致N素损失。 4NH4+ + 3SeO32- + 2H+ = 2N2 + 3Se + 9H2O 3、如果用量不多或与Cu按比例混合使用，可达到较好效果。 Se能使有机C很快氧化成CO2，但不能加速有机NNH4-N，虽然能使消煮液很快变清亮，但有机N并未转化完全，所以后煮时间较长。 催化过程： Se + 2 H2SO4 H2SeO3 + 2 SO2 + H2O H2SeO3 SeO2 + H2O SeO2 + C Se + CO2,CuSO4,1、催化效率不如Hg、Se，但毒性小，使用安全， 2、不易引起N素损失。 催化过程为： 4CuSO4+3C+2H2SO42Cu2SO4+4SO

7、2+3CO2+2H2O Cu2SO4+2H2SO42CuSO4+SO2+2H2O,目前最常用的加速剂,现在普遍采用Cu-Se与盐按比例配成的加速剂，它既起到缩短消煮时间，又能防止N素损失的作用。 加速剂的比例为： K2SO4(或无水Na2SO4)：CuSO45H2O ：Se粉的重量比为 100 ：10 ：1 按比例混合，研细后使用,3）氧化剂,有HClO4、KMnO4、K2Cr2O7、H2O2等，其中以HClO4较好，但氧还电位太高，作用很激烈，加入量稍多，极易使N素损失，使结果偏低。 K2Cr2O7、KMnO4在消煮时易暴溅，控制不好也易引起N素损失。 H2O2较安全，但也要控制量(作植株分

8、析用)。 总之，使用上述氧化剂都必须特别小心,氮磷联合测定,在H2SO4-HClO4消煮中，如果对测定的要求不太高时，可在同一试液中测N、P，但要求精度高时不宜作N、P联合测定。 因为二者矛盾在于： 为了完全回收P，HClO4用量应多些； 而为了完全回收N，则要求HClO4用量少些， 所以联合测定时只好折中处理，使回收率达到95%即可,N、P、K联合测定,在H2SO4-HClO4消煮，N、P、K联测中，土壤K只是近似于全K，因许多粘土矿物硅酸盐晶格上的K在开氏消煮中不会被释放出来，而P容易释放， 植物中K本来成离子态，所以，植物中的K可以完全被转到溶液中,3、 H2SO4用量： 加入浓H2SO

9、4的量要考虑土壤有机质类型、含量以及加盐量的多少等因素。 一般是0.5-1.5g土（含N约1mg时）加5ml浓H2SO4。 加酸的同时要做空白测定，以消除试剂误差,4、加热温度与时间,1）加热温度 加热温度在360-410C，才能使土壤有机N化合物分解完全，也不引起N的损失。 对温度的控制：自动控温器或消煮管中H2SO4蒸汽冷凝回流的高度在瓶颈上部1/3处冷凝回流为宜。 先用小火加热，待瓶内反应缓和时（1015min），再加强火力使消煮的土液保持微沸,4、加热温度与时间,2）加热时间 控制适当的加热时间可以保证土样中的有机N全部转化为NH4-N，又不致因时间过长而引起N素损失。 当消煮液和土粒

10、全部变为灰白并略带绿色后，再消煮一小时，这1hr叫后煮，其作用是促使土壤中复杂的有机N化合物分解完全，全部转化为NH4-N,5、消煮器,铝块消煮器、远红外消煮器,6、开氏法不能分解的氮1,1）有少量含杂环N、N-N键、N-O键等有机化合物（如偶N硝基、肼、腙）不能完全分解， 但它们在土壤中含量很少，所以开氏N中不包括在内,6、开氏法不能分解的氮2,2）不包括全部NO3-N、NO2-N。 NO3-N在消煮过程中不会完全还原为NH4+，而且易挥发，一般土壤中含量不超过全N量的1%，所以可以忽略不计。 如果某些土壤NO3-N含量较多或对全N量要求准确度较高时，则需采用改进法。 包括硝态氮和亚硝态氮的

11、消煮： 高锰酸钾铁粉,6、开氏法不能分解的氮3,3）晶格固定态NH4+ NH4+被固定在矿物晶格中，一般不能被水、盐溶液所提取，因此也不包括在开氏N中。 若要包括在内，则需用HF-H2SO4处理,二）消煮液中铵的测定,1、原理： 加碱使溶液中铵态氮以“氨”逸出，而得以分离 用滴定法（或电位滴定法）测NH4+，也有用扩散法、比色法、氨电极法,2、蒸馏法测定铵,蒸馏装置图,2、蒸馏法测定铵,1）氨的吸收液类型： 消煮液加碱（NaOH）碱化，使NH4+NH3，逸出的NH3可用： 标准酸吸收，再用标准碱滴定多余的酸，根据净用酸量计算NH4+的量。（目前在土壤、植物氮测定中一般不用，在测定肥料中氮时使用

12、） 现在普遍采用的是用H3BO3溶液吸收NH3，然后用标准酸滴定吸收的NH3。 NH4+ + OH- = NH3 + H2O NH3 + H3BO3 = NH4+ + H2BO3- H+ + H2BO3- = H3BO3,2）硼酸吸收液指示剂,H3BO3中加入混合指示剂溴甲酚绿-甲基红，指示剂的变色范围pH4.2-4.9，酸性时红色，碱性时兰绿色。 用H3BO3吸收前，把此混合液调到pH4.5，为紫红色，此时正好是滴定终点,3）硼酸吸收液用量,H3BO3是一元弱酸，一分子H3BO3只能吸收一分子NH3 NH3 + H3BO3 = NH4 H2BO3 1ml 2% H3BO3吸收的NH3量为 0

13、.92 mg N 在半微量开氏法蒸馏中，一般是1 mg N，用5mL 2% H3BO3吸收NH3足够了,4）硼酸吸收液优点,与用酸吸收比较，用H3BO3吸收NH3有以下几个优点： A、仅用一种标准酸溶液即可测出NH3含量，准确度高； B、H3BO3用量不必准确，只要足够即可，而标准酸的用量要求准确； C、H3BO3液中加入指示剂，可检查接受瓶是否干净、蒸馏瓶中的碱是否足够,5）NaOH的用量,以保证NH4+全部蒸出为原则，主要是根据加入浓H2SO4的量来计算的。 浓H2SO4加入5ml，10mol/LNaOH用量： 36mol/L(1/2H2SO4)5ml = 10mol/L(NaOH) V

14、V = 18ml 实验中一般加20ml 10mol/LNaOH,如何判断加碱量是否合适？ 可以根据加碱后的几种现象来判断： 液变混浊，有蓝色絮状Cu(OH)2沉淀生成 溶液变为棕褐色混浊，Cu(OH)2CuO； 接收瓶中H3BO3液由紫红色蓝色。 以上说明加碱适量,6）空白测定： 一般不大于0.40mL。 （7）注意事项： 蒸馏时馏出液的温度勿超过40C，以防NH3挥发，注意打开冷凝水。 蒸出液以50mL为宜,3、扩散法测定铵,适用于含N少（约0.05-0.2mgN）的土壤， 消煮液放在外室，H3BO3放内室， 室温20C，扩散24小时。 此法受室温、液层厚度、内室大小等因素的影响。 扩散皿,

15、4、利用开氏法原理设计的定氮仪,现在已有多种半自动和自动定N仪器 如： （1）Fuss-Tecator 、及型定N仪。 1030、1035型自动定N仪，此仪器带有微处理机，从消煮、蒸馏到滴定，最后结果自动显示数据全部自动化（只需2分钟），每人可做120160样次。 （2）“FIA”流动注射仪和“CFA”连续流动分析仪， 分析速度大大提高。比色均采用靛酚兰比色法,第二节 土壤有效氮的测定,讲授重点： 1、掌握土壤有效养分测定方法选择的依据。 2、了解土壤有效氮的存在形态，及其常用测定方法的特点。 3、掌握土壤碱解氮测定的方法原理、反应条件及操作技术。 4、掌握土壤无机氮测定的浸提方法。 5、了解

16、土壤铵态氮及硝态氮测定的方法原理,土壤有效养分：是指在一定时间内，通常是指一 个生长季节内，作物可以吸收、利用的土壤养分。 土壤养分具有不同的化学形态和存在状态，一般简 化为三部分： 难溶性养分 活性养分 溶液中的养分 固相 液相 非有效养分 有效养分 活性养分又可称为可溶态、易分解态、易水解态养分,一、有效养分的概念,用化学方法测定有效养分的基本设想： 选用适当的化学试剂与土壤作用，将其中的有效部分溶解出来，经过分离后用定量分析方法加以定量测定，以此量作为土壤供肥的强度或容量指标。所以，测定方法分为两部分： （1） 有效养分的浸提（前处理，预处理） （2） 浸出液中养分的定量（定量或测定）

17、有效养分测定方法的中心是用化学试剂溶解有效养分，从而分离出来测定之。 关键在于浸提方法的选择,浸提方法包括： 浸提剂种类，土液比，时间等。最重要的是浸提剂， 其选择的原则（依据）是： （1）浸出的土壤养分量应与作物吸收量（或植物对 养分的反应）有良好的相关性； （2）快速、简便； （3）适应性广，包括：A 一种浸提剂适用多种元素； B 各类土壤； C 各实验室都可用。 （4）成本低。 化学方法测定土壤有效养分的数值不是植物吸收养分 的绝对数量，而只是一个相对值,二、土壤中N的形态,无机N： 固相上：固定态NH4+，交换态NH4+ 液相上：溶液中NH4+，NO3-，NO2- 有机N： 进入土中的

18、动植物残体经过复杂变化形成不同形态的化合物，并以不同状态存在,土壤有效N 定义：当季作物可以吸收利用的N。 土壤有效氮反映土壤近期内氮素供应情况 形态： （1）无机N：NH4+，NO3-，NO2- （液） 交换态NH4+ 非交换态NH4+ （2）易水解的有机态N（易矿化N）： 一般为全N的1-3%（一年），与其形态和存 在状态有关,有效氮测定方法类型,1、培养法：好气培养法、嫌气培养法 2、化学方法： 易水解性N：酸解、碱解 无机N：化学提取,三、培养法测定土壤可矿化N （一）好气培养法： 基本原理： 将土壤置于培养箱中，在好气条件下培养一定时间，利用土壤中的微生物将土壤中的易水解的有机N矿化

19、成无机N，然后测定培养前后释放出来的无机N（NH4-N，NO3-N,培养条件： （1）温度：25-35C （25，30，35C） （2）水分（通气性）：50-60%（最大持水量）为保持通气性，土样常与砂粒（或蛭石）混合后培养。 （3）时间：2-4周（2，3或4周,3、好气培养法的优缺点,优点： （1）测定原理有理论依据（与田间矿化相似）（2）与植物吸N量相关性高，常作为其他方法的参比 （3）与盆栽法相比，时间较短 缺点： （1）与化学法相比，时间长 （2）条件要求严格，尤其水分不易掌握 （3）培养时间短结果不可靠，培养时间长则易生成有害物质，抑制进一步的硝化作用。 所以，有一种培养法是用0.0

20、1mol L-1CaCl2淋洗生成的NO3-，再继续培养,二）嫌气培养法： 1、 基本原理：将土壤淹水处于嫌气条件下，置 于培养箱中培养一定时间，利用厌气微生物 将土壤有机N矿化成NH4-N，然后测定NH4-N 含量（扣除原有的NH4-N）。 2、 培养条件： （1）土壤淹水，处于嫌气态 （2）温度：30-40C （30或40C） （3）时间：1-2（1或2周,3、优缺点： 优点： （1）条件易于控制，不必考虑水分、通气矛盾 （2）与好气法相比，快速、准确，重现性好 （3）培养时间相对较短 （4）可靠性也好，不仅适用于水田，也适用于旱田 缺点： （1）有反硝化问题，可加液体石蜡来消除 （2）与

21、化学法相比，时间仍长,培养方法与化学方法的比较,生物方法特点： 测定的是土壤中氮素潜在供应能力。 方法较繁琐，需要较长的培养时间 测出结果与作物生长有较高相关性 化学方法特点： 快速、简便 由于对易矿化氮了解不够，提取剂选择往往缺乏理论依据， 土壤氮释放主要受微生物控制，化学试剂不能象微生物那样有选择性地释放土壤中某部分有效氮。 测出结果与作物生长相关性不及生物培养方法,四、化学方法测定土壤供N能力 （一）易水解性N（潜在有效N）： 着眼点是测定土壤中容易分解的那部分有机态N。 1. 碱水解性N（碱解N）： NaOH-扩散法： 2.0g土 + 10.00ml 1mol/L NaOH，401C，

22、 240.5h 扩散皿,碱解扩散法,注意事项 如果测定土样包括NO3-N,需加入FeSO4-Ag2SO4，使NO3-N还原为NH3 涂抹碱性胶液时注意防止污染内室 加碱后立即盖上毛玻璃 滴定时用玻璃棒搅拌内室硼酸溶液，切不可摇动扩散皿,2、酸水解法： （1）0.5 mol L-1（1/2 H2SO4）浸提法 以 1：20水土比，浸提24h，测定浸提出的有机N、NH4+、NO3- 。 （2）6 mol L-1 HCl （3）1 mol L-1 H2SO4,酸解法与碱解法的比较,酸解法： 不适合石灰性土壤 操作手续繁长， 碱解法： 不仅能测出土壤氮供应强度， 也能看出供应容量和供应速率， 试验证明

23、与田间试验结果相关性好,二）无机N：（NH4+，NO3-，NO2-） 意义： 无机N本身是速效N，是植物吸收利用的主要形态。 易水解性N、培养法的N，最后都需要测定NH4+或NO3- 土样的特殊性：新鲜样品 （1） 采样后要求冷冻或冷藏 （2） 快速干燥使NO3-变化极小，但对NH4+影响大,1、浸提： NH4-N：阳离子、交换态，存在于土壤胶体表面。 浸提剂：1-2 mol L-1 KCl或NaCl 浸提方法：淋洗法或平衡法 NO3-N（NO2-）：不被胶体吸附，用水即可浸出。 但溶液易浑浊，要得清亮溶液，可加CaSO4、 KAl(SO4)2、KCl、NaCl、CuSO4-CaO等,2、硝态

24、氮的测定酚二磺酸法： 1863年Sprenge提出，1929年Harper改进 方法原理：酚二磺酸在无水条件下，与硝酸起硝化反应，生成硝基酚二磺酸。生成物在酸性条件下为无色，在碱性条件下为稳定的黄色，可根据黄色的强度用比色法测定NO3-N的含量。 适用范围： 0.1 2 mg L-1,方法特点 此法重复性好，准确性高，常作测定微量NO3-N的参比方法。 但需要蒸干，手续较麻烦,干扰因素消除,1、Cl-：土壤含Cl- 大于15 mg kg-1时，会干扰测定，可通过加入Ag2SO4消除 2、有机质：颜色干扰，用活性碳除去。 3、NO2-与显色剂也呈黄色，但一般土壤含NO2-极少，可忽略不计。 当N

25、O2-含量大于1 mg kg-1时，可加入尿素或硫脲或 氨基磺酸（2%NH2SO3H）破坏它。 HNO2 + NH2SO3H = N2 + H2SO4 +H2O,3、硝态氮的测定紫外分光光度法： （1）NO3-等的紫外吸收特性及测定波长的选择： NO3-在203nm和300nm处各有一个吸收峰， 203nm处的灵敏度是300nm处的1000倍。 在203nm附近测定含量少的样品，如土壤NO3-N； 在300nm附近测定含量高的样品，如肥料NO3-N,210,203,300,波长,NO3,有机质、 Cu2+、Fe3+ OH-、CO32-、HCO3-、NO2,一般无机盐,吸 收 值,选用210nm

26、波长，虽然牺牲一定的灵敏度，但可消除多数无机盐的干扰,干扰物的消除： A、OH-、CO32-、HCO3-可加入酸，酸化而消除。 B、NO2-：一般土壤含量极少，不会造成干扰；如含量高可加入氨基磺酸消除，其对NO3-无作用。 HNO2 +NH2SO3H = N2 + H2SO4 + H2O 过量的氨基磺酸在210nm处无吸收值。 C、Fe3+、Cu2+等土壤中含量少，一般不会造成干扰。若多时，可用差值法（Zn还原法）消除,D、有机质的干扰： 有机质在210nm处有较高的吸收值，因此，紫外法测定NO3-N，有机质是主要的干扰物质。 可通过差值法测定消除其干扰,NO3-N测定的差值法（Zn还原法）

27、根据吸光度具有可加性，在210nm 处，两次测定试液的吸光度。 第一次，取一份试液酸化测定吸收值A1； 第二次，取另一份试液酸化后，加还原剂使NO3-还原成非NO3-物质，再测定试液的吸收值A2。 两次测定差值（A1-A2）即被认为是NO3-N的吸光度,4、亚硝态氮的测定： 常用的方法是Griess比色法（重氮-偶联法）。 原理：在酸性介质中，HNO2与重氮试剂（对氨基苯磺酰胺）进行重氮化反应，生成重氮盐，然后重氮盐与偶合试剂（N-(1-萘基)乙二胺）进行偶合反应，生成红色的偶氮化合物，其颜色深浅与NO2-N含量成正比，可用比色法测定,铵态氮的测定方法,扩散法 蒸馏法（浸提-蒸馏法） 靛酚蓝比色法 纳氏试剂比色法,5、铵态氮的测定扩散法： 原理：利用MgO的弱碱性（pH 11），在扩散皿中直接与土壤作用，使NH3逸出，而不破坏土壤胶体和有机质，而且是在室温下进行的。