c4土壤氮和硫的分析课件

1、第四章土壤氮的分析第1页，共77页。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。第2页，共77页。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第3页，共77页。第4页，共77页。2. 土壤氮的含量黑钙土栗钙土灰钙土土类含氮量g.kg-10.4-1.052.56-6.95西东暗棕壤土类含氮量g

2、.kg-11.68-3.64北棕 壤0.9-3.05南0.6-1.48褐 土黄棕壤红 壤砖红壤第5页，共77页。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，主要是铵离子第6页，共77页。二、土壤全氮的测定方法方法类型： 干烧法 湿烧法第7页，共77页。（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N

3、2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。第8页，共77页。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。第9页，共77页。（二）湿烧法开氏法1883年，丹麦人开道尔（J.Kjeldahl）创立。 方法特点：设

4、备简单易得，结果可靠，目前大多实验室采用该方法。第10页，共77页。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、消煮液中铵的测定第11页，共77页。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（(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。第12页，共77页。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CO

5、2而逸失，即： C + 2 H2SO4（浓）= CO2 + SO2 + 2 H2O对N而言： 有机N + H2SO4（浓） NH4+第13页，共77页。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 氧化剂第14页，共77页。2、消煮加速剂（1）增温剂：K2SO4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。第15页，共77页。2、消煮加速剂（2

6、）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。第16页，共77页。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 + H2ONH3NH3第17页，共77页。Se1、催化效率高，有毒，2、用量过多，温度过高或时间过长，均易导致N素损失。 4NH4+ + 3SeO32- + 2H+ = 2N2 + 3Se + 9H2O3、如果用量不多或与Cu按比例混合使用，可达到较好效果

7、。 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第18页，共77页。CuSO41、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+4SO2+3CO2+2H2OCu2SO4+2H2SO42CuSO4+SO2+2H2O第19页，共77页。目前最常用的加速剂现在普遍采用Cu-Se与盐按比例配成

8、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。第20页，共77页。（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(作植株分析用)。 总之，使用上述氧化剂都必须特别小心。第21页，共77页。氮磷联合测定 在H2SO4-HClO4消煮中，如果对测定的要求

9、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。第22页，共77页。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。第23页，共77页。3、 H2SO4用量： 加入浓H2SO4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.

10、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。第24页，共77页。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。第25页，共77页。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。当消煮液和土粒全部变为灰白并略带绿色后，再消煮一小时，这1

11、hr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。第26页，共77页。5、消煮器 铝块消煮器、远红外消煮器第27页，共77页。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。第28页，共77页。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

12、氮和亚硝态氮的消煮： 高锰酸钾铁粉第29页，共77页。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。第30页，共77页。（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。第31页，共77页。2、蒸馏法测定铵蒸馏装置图第32页，共77页。第33页，共77页。第34页，共77页。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：

13、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）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第35页，共77页。（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。第36页，共77页。（3）硼酸吸

14、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 0.92 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。第37页，共77页。（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。第38页，共77页。 （5）NaOH的用量以保证

15、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 V = 18ml实验中一般加20ml 10mol/LNaOH。第39页，共77页。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。第40页，共77页。（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

16、挥发，注意打开冷凝水。 蒸出液以50mL为宜。第41页，共77页。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。扩散皿第42页，共77页。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

17、用靛酚兰比色法。第43页，共77页。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、了解土壤铵态氮及硝态氮测定的方法原理第44页，共77页。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、有效养分的概念第45页

18、，共77页。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） 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。第46页，共77页。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

19、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。第47页，共77页。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。第48页，共77页。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）：

20、一般为全N的1-3%（一年），与其形态和存 在状态有关。第49页，共77页。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 第50页，共77页。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

21、周（2，3或4周）第51页，共77页。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0.01mol L-1CaCl2淋洗生成的NO3-，再继续培养。第52页，共77页。 （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

22、 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）第53页，共77页。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）与化学法相比，时间仍长第54页，共77页。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

23、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。第55页，共77页。 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， 240.5h 扩散皿第56页，共77页。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

24、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。第57页，共77页。 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第58页，共77页。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， 试验证明与田间试验结果相关性好第59页，共77页。 （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

25、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+影响大第60页，共77页。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。第61页，共77页。2、硝态氮的测定酚二磺酸法： 1863年Sprenge提出，1929年Harper改进方法

26、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。第62页，共77页。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NO2-含量大于1 mg kg-1时，可加入尿素或硫脲或 氨基磺酸（2%NH

27、2SO3H）破坏它。 HNO2 + NH2SO3H = N2 + H2SO4 +H2O第63页，共77页。 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。第64页，共77页。210203300波长NO3-有机质、Cu2+、Fe3+ OH-、CO32-、HCO3-、NO2-一般无机盐吸收值选用210nm波长，虽然牺牲一定的灵敏度，但可消除多数无机盐的干扰第65页，

28、共77页。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。第66页，共77页。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。第67页，共77页。NO3-N测定的差值法（Zn还原法） 根据吸光度具

29、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。第68页，共77页。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。第69页，共77页。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第70页，共77页。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