生产环境与农业品投入检测W2305 土壤有机质的测定4 微教材

1、农产品与食品质量检测技术教学资源库土壤有机质的测定课程-微教材微课编号W2305微课名称土壤有机质的测定所属模块生产环境监测子模块土壤环境监测关键词土壤；有机质是否通用通用 农产品食品是否重点建设M是否微课类型实验实训型微课形式混合式拍摄教学设计模式讲授法教学目标了解重铬酸钾加热法测定土壤有机质的原理，掌握土壤有机质含量的测定方法1教学内容知识点技能点1、土壤有机质的作用2、土壤有机质测定方法3、重铬酸钾容量法测定土壤有机质1、重铬酸钾外加热法工作原理2、重铬酸钾加热法测定有机质的规范操作3、滴定规范操作土壤有机质是土壤固相的组成分之一， 尽管土壤有机质仅占土壤重量的很小一部分，但在土壤肥力、

2、环境保护和农业可持续发展方面却具有十分重要的作用和意义。侯光炯教授：土壤是一个活的 有机体”其中矿物质一骨骼，有机质一肌肉，孔隙一血管，水分一血液。土壤有 机质含量变异性大（0.5%-30%），通常将表层有机质含量高于 20%的土壤称为有机质土壤， 将表层有机质含量低于20%的土壤称为矿质土壤。一、土壤有机质的组成1. 土壤有机质的元素组成主要元素组成为C（ 52-58% ）、O（ 34-39% ）、H（ 334.8% ） 和 N （3.7-4.1% ），其次为 P 和 S，C/N 10。2. 土壤有机质的化合物组成主要化合物组成是木质素和蛋白质，其次是半纤维素、纤维素、 乙醚和乙醇可溶性化合

3、物（其中木质素和蛋白质高于植物组织，半纤维素和纤维素则明显降低）。3. 土壤有机质的组成很复杂，包括三类物质：（1 ）分解很少，仍保持原来形态学特征的动 植物残体；（2）动植物残体的半分解产物及微生物代谢产物；（3）有机质的分解和合成而形成 的较稳定的高分子化合物腐殖酸类化合物。分析测定土壤有机质含量，实际包括了上述全 部2、3两类及第1类的一部分有机物质，以此来说明土壤肥力特性是合适的。二、土壤有机质的转化1. 矿质化作用矿质化作用（有机质分解过程）一一土壤中的有机物质在微生物作用下分解为简单化合物， 并释放出矿质养分和能量的过程。矿质化系数（有机质分解速率）一一土壤中每年因矿化作用而分解的

4、有机质数量占土壤有机质总量的百分数。矿质化难易：淀粉、单糖、简单蛋白质粗蛋 白质半纤维素纤维素脂肪、蜡质等木质素。2腐殖化作用腐殖化是一系列极其复杂的过程的总称，主要是由微生物为主导的生物和生物化学过程以 及一些纯化学反应的过程，其整个作用过程目前尚未定论。腐殖化作用（腐殖质形成过程）一一 土壤中的有机质在微生物作用下形成具有复杂结构、高分子的腐殖质的过程。腐殖化系数（腐殖质形成速率）单位重量新鲜有机质加入土壤后在微生物作用下所能形成腐殖质的重量。3. 影响土壤有机质转化的因素（1）内在因素：残体的物理状态：新鲜多汁残体干枯残体，幼嫩组织残体老化组织残体，粉碎残体未粉碎残体残体的物质组成：残体

5、中易分解化合物成分越多， 越易于矿质化，但不利于腐殖化。残体的C/N比：据研究，微生物每同化 1份N构成微生物机体，约需 24份C（C/N=24/1 ）。当植物残体的C/NV25/1时，微生物降解植物残体过程中释放的 C和N不仅能 满足微生物同化机体的需要，而且可释放出多余的矿质N素，提高土壤速效N含量。当植物残体的C/N25/1时，微生物降解植物残体过程中释放的C素充足，而N素不能满足微生物同化机体的需要，则要么出现微生物繁殖和植物残体的分解作用受到抑制，要么出现微生物与植物争夺土壤中的N素而导致土壤速效N的下降。激发效应：土壤中加入新鲜有机物质会促 进土壤原有有机质的降解 一正激发效应；（

6、2）外在（环境）因素：土壤含水量和通气性：土壤含水量适当，通气良好，微生物活动旺盛，有利于有机质的降解。土壤温度：土壤微生物活动最适宜的温度为 25-30 C, 0-30 C 范围内，有机质的分解随温度的升高而加快。土壤pH :微生物最适宜的土壤pH :细菌为6.5-7.5, 放线菌偏碱性，真菌为3-6，土壤pH过低（5.5）或过高（8.5）均不利于微生物活动和有机质 的降解。土壤质地：砂质土有利于土壤有机质的分解，粘质土则有利于土壤有机质的积累和腐 殖质的形成。其它因素：土壤盐分浓度 0.2%、重金属和芳香族化合物含量过高，微生物活动 受抑制，有机质分解也必然受影响。4. 土壤有机质的平衡与

7、调控(1) 土壤有机质平衡设土壤原有机质含量为A,原有机质矿化率为X%，单位时间(每年)施入土壤的有机质 为D，其腐殖化率为丫，激发效应忽略不计，则土壤有机质平衡式：土壤有机质量=A+DY%-A=A (1-X% ) +DX%Y% 土壤有机质量-A=D Y%-A X%OM=D Y%-A X%OMO , 土壤有机质增加，增加型。OM=0，土壤有机质保持平衡，平衡型。OM106千卡，相当于200-250kg的无烟煤。(2) 提供植物生长所需的矿质养分我国土壤中 80%以上的N、20-76%的P以有机态存 在，随着土壤有机质的矿化而逐渐释放，此外，有机质还含有植物生长所需的其它矿质元素。(3) 促进土

8、壤养分的有效化有机质分解过程中产生的有机酸，通过酸溶作用可促进矿物 的风化和养分释放，通过络合作用可增加矿质养分的有效性。(4) 提高土壤的保肥供肥性和酸碱缓冲性腐殖质的 CEC是粘土矿物的20-30倍，在矿质 土壤中腐殖质对阳离子代换量的贡献占 20-90%，故增加土壤腐殖质可显著提高土壤的保肥供 肥性(尤其是我国南方土壤和砂质土)。腐殖酸是含有许多酸性功能团的弱酸，可通过酸基解 离和胺基质子化提高土壤的酸碱缓冲性。(5) 改善土壤的物理性状腐殖质在土壤团聚体形成及其稳定性方面具有重要的作用，可 促进良好结构体(团粒)的形成，从而改善土壤的通气性、透水性、蓄水性及耕性腐殖质是一 种亲水胶体，

9、增加腐殖质含量可提高土壤的保水性。 腐殖质是一种暗褐色物质，增加腐殖质含 量可加深土壤颜色，促进土壤对太阳辐射能的吸收，从而改善土壤的热特性。（6）其它作用腐殖酸是一类生理活性物质，可加速种子发芽、增强根系活力，促进作物 生长发育，此外，也可刺激微生物活动、提高土壤酶活性，促进土壤养分的转化。2. 有机质在生态环境上的作用（1）有机质与重金属离子的作用土壤有机质对重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移具有极其重要且复杂的影响，络合作用的结果既可提高某些重金属离子的活性和移动性，也可降低某些重金属离子的活性和移动性。腐殖质通过氧化还原作用，可改 变重金属的形态，从而降低其毒性：

10、Cr6+还原为Cr3+，V5+ （钒）还原为V4+，Hg2+还原为Hg，U6+ （铀）还原为U4+。（2）土壤有机质对农药等有机污染物的固定作用土壤有机质对农药等有机污染物具有强 烈的亲和力，从而影响有机污染物在土壤中的生物活性、残留、降解、迁移和蒸发等（如富啡 酸可促进农药从土壤向地下水迁移）。腐殖质作为还原剂而改变农药的结构，使其毒性降低或 消失。（3）土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库，据估计全球土壤有机质总碳量为 14-15 xl017g,约为陆地生物总碳量（5.6 xl017g）的2.5-3 倍。（4）土壤有机质对环境富营养化的影响通过提高土壤保肥

11、性能，减少养分流失，防止富 营养化。四、土壤有机质不同测定方法的比较和选用关于实验室测定土壤有机质含量的方法很多，一般采用测定土壤有机碳含量，然后再乘以 一个换算系数的办法。测定土壤有机碳的方法有两类：1. 将土样中有机碳咼温氧化后，测定释放出的 CO2的量（1）原理：/干烧法（高温电炉灼烧）/碱石灰吸收一重量变化（称重）样品放出C02-测定CO2体积（TOC仪）湿烧法（K2Cr2O7氧化）/标准Ba（0H）2溶液吸收一标准酸吸收。采用这两种方法测定土壤有机碳时，也包括了土壤中的无机碳。因此，直接采用这两种方法的前提条件是：土壤无机碳含量可以忽略不计。对于石灰性土壤，测定土壤有机碳时，必须 先

12、除去CaC03 （测定前加亚硫酸）或另外测定无机碳和总碳的含量，从全碳结果中减去无机碳。（2）干烧法和湿烧法的优、缺点：优点：能使土壤有机碳全部分解，不受还原物质的影 响，可获得准确的结果。缺点：测定时需要用一些特殊的仪器设备，而且很费时间，所以一般 实验室都不用，而是采用容量分析法。碳氮自动分析仪结合了高温电炉灼烧和气相色谱装置， 价格较昂贵。2. 用氧化剂在一定温度下氧化后，测定消耗氧化剂的量，再换算成有机碳的量。（1） 基本原理：在过量的硫酸（H2SO4）存在下，用氧化剂重铬酸钾（K2Cr2O7）氧化 有机碳，剩余的氧化剂用标准 硫酸亚铁（FeSO4）溶液回滴，从消耗的氧化剂的量来计算有

13、机碳 量。化学方程式：3C+2Cr2O72-+16H+ 3CO2+4Cr3+8H2O6Fe2+Cr2O72-+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O（2）容量法的优、缺点：优点：不受碳酸盐的干扰；操作简便、快捷，适用于大量样品 分析，使通用的常规方法。缺点：有机质氧化程度相对较低；且受室温变化的影响较大；土壤中氧化性、还原性物质对反应有干扰，如， Cl-、Fe2+、MnO2等，在铬酸溶液中能发生氧化 还原反应，导致有机碳分析结果的不正确。当土壤中存在较多的Cl-或 Fe2+时，会导致正误差，化学方程式：6Fe2+Cr2O72-+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O6CI-+Cr2O72-+14

14、H+ f 2Cr3+3CI2+7H2O由于活性MnO2的氧化作用，也氧化了部分碳，所以会产生负误差。（3）容量法根据具体操作的不同，又分为两种方法： 重铬酸钾稀释热法（水合热法）：原理：利用浓H2SO4与K2Cr2O7 （2:1 ）溶液迅速混合时所产生的热（温度在120 C左右）来氧化有机碳，过量的 K2Cr2O7用标准FeSO4溶液回 滴，从消耗的K2Cr2O7的量来计算有机碳量。优点：操作方便缺点：有机质氧化程度较低，只有77% ;且受室温变化的影响较大； 土壤中氧化还原性物质如，Cl-、Fe2+、Mn2+、S2-、 MnO2等，对反应有干扰。 重铬酸钾外加热法：原理：在外加热条件下（油浴

15、 170180 C，沸腾5分钟），用一定 浓度的K2Cr2O7H2SO4溶液氧化有机碳，过量的K2Cr2O7用标准FeSO4溶液回滴，从消耗 的K2Cr2O7的量来计算有机碳量。优点：有机质氧化较完全，可达 9095% ;且不受室温变 化的影响。是标准方法（GB9864-88 ）。缺点：操作较麻烦；土壤中氧化还原性物质如， Cl-、 Fe2+、Mn2+、S2-、MnO2等，对反应有干扰3其它方法 比色法原理是：通过K2Cr2O7被还原前后土壤溶液中绿色的铬离子（Cr3+ ）的变化或 剩余的K2Cr2O7的橙色的变化来计算所还原的 K2Cr2O7的量，进而求得有机碳量。这种方法 可用来作为土壤有

16、机碳的速测法。 直接灼烧法在350400 C下灼烧土壤样品，从灼烧后失去的重量来计算 土壤有机质的 含量。灼烧失去的重量，包括 有机质和化合水的重量。直接灼烧法主要适用于砂性 土壤。五、有机碳的校正系数1. （经典的）干烧法和湿烧法：由于土壤中所有的有机碳都氧化成了CO2,所以不需要校正。2. 容量法：由于不能完全氧化土壤中的有机碳，所以需要进行氧化率校正。（1 ）外加热容量法：与干烧法相比，只能氧化 90%左右的有机碳，不同研究者报道的结果相差不大，校正系数变化范围为1.041.15，多采用1.1。（2）水合热容量法：不同研究者报道的结果相差较 大，研究发现不同土壤的校正系数变化范围为 1.

17、072.27，一般采用1.3这一平均结果作为校 正系数，即有机碳的氧化率按77%计算。六、有机质含量的计算土壤有机质含量的计算方法是：根据土壤有机碳的含量，再乘以一个换算系数。换算系数 决定于土壤有机质的含碳率。一般认为有机质中含碳 58%，所以换算系数为1.724，也就是 1/0.58。土壤有机质=土壤有机碳X1.724由于不同土壤的有机质组成不同，含碳量也不同，所 以，按同以换算系数来计算会引起一些误差。 国外主张使用土壤有机碳含量，而不必计算土壤 有机质的含量。七、重铬酸钾容量法外加热法1.方法原理在外加热条件下（油浴170180 C,沸腾5分钟），用一定浓度的过量的K2Cr2O7H2S

18、O4 溶液氧化土壤有机质（碳），过量的K2Cr2O7用标准FeSO4溶液来滴定，从所消耗的K2Cr2O7 的量来计算有机碳的含量。由于只能氧化 90%的有机碳，所以需要进行氧化率校正，也就是， 要将测得的有机碳的含量乘以校正系数 1.1。在氧化和滴定过程中的化学反应：2K2Cr2O7+8H2SO4+3C?2Cr2（SO4）3+2K2SO4+3CO2+8H2OK2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4Cr 2（SO4）3+3Fe2（SO4）3+K2SO4+7H2O反应中各试剂的作用：K2Cr2O7氧化剂，氧化土壤有机碳（定量加入）浓 H2SO4不起氧 化作用，只是打断了有机质的共价键，且可以作为

19、升温剂FeSO4滴定剩下的氧化剂K2Cr2O7 氧化还原指示剂在1mol?L-1H2SO4溶液中，用Fe2+滴定Cr2O72-时，滴定曲线的突跃范围为 1.220.85V。滴定过程使用的氧化还原指示剂邻啡罗啉与亚铁离子络合形成红色络合物，遇 强氧化剂变成淡蓝色的正铁络合物：3+2+（C12H8N2）3Fe+e = （C12H8N2）3Fe淡蓝色红色滴定开始时为橙色（K2Cr2O7的颜色）一-滴定过程中渐渐变成绿色（Cr3+的颜色）一 -快到终点时变成灰绿色（Fe2+与邻啡罗啉络合物的淡蓝色与 Cr3+的绿色的混合色）一-标 准FeSO4溶液2+稍过量（半滴）时变成砖红色（终点的颜色，Fe与邻啡

20、罗啉络合物的颜色）。 邻啡罗啉作指示剂存在一个问题：指示剂很容易被悬浮的土粒吸附，使终点颜色变化不清楚， 可在滴定前用快速滤纸过滤。2-羧基代二苯胺作指示剂时，反应中 溶液的颜色变化：棕红一紫 色绿色。2. 主要仪器设备和试剂。1（1） 0.4 mol L- 1/6K262O7 H2SO4标准溶液：称取分析纯 K2C2O720 g,溶于 500 ml 蒸 馏水中（必要时可加热），冷却后缓缓加入浓H2SO4500 ml于K262O7溶液中，并不断搅动， 冷却后贮于试剂瓶中备用。1（2） 0.1000 mol L- （1/6K2C2O7）基准溶液：准确称取分析纯 K262O7 （在130烘3 h）

21、4.9033 g与250 ml烧杯中，以少量水溶解，然后慢慢加入浓H2SO4约70 ml,冷却后将溶液全部 洗入1000 ml容量瓶中，用水定容至刻度，充分摇匀，备用。其中硫酸的浓度约为2.5 mol L-1（1/2 H2SO4）。（3）0.2xxx molL-1FeSC4 标准溶液：称取 FeSC4 7H2SO4 （二级）56 g 或（NH4）12SO4 FeSCh 6H2O 80 g,溶解于水中，加 6 mol L- 1/2 H2SO430 ml，然后加水稀释至1升。此溶液的准确浓度以0.1000 molL-1 （1/6K2C2O7）基准溶液进行标定。由于FeSQ溶液在 空气中易被氧化，而

22、使浓度发生变化，因此，需随用随配或随用随标定（用重铬酸钾基准液标 定）。（4）邻啡罗啉指示剂：称取分析纯邻啡罗啉1.485 g,硫酸亚铁（FeSQ 7H2SO4） 0.695 g, 溶于100 ml水中（该试剂与FeSQ形成红棕色络合物，即（C12H8N2） 3Fe2+），贮于棕色瓶 中。（5）磷酸或甘油0.5 kg或2 kg （试样多少和器皿大小为宜）放入油浴锅或 1000 ml大烧 杯中。3. 操作步骤称样（100目或0.149mm）0.2000g 放入干燥的硬质试管中加入 10.0ml0.4mol/L-1（1/6K2Cr2O7）-H2SO4 溶液（慢慢加，边加边摇，使 土壤分散）一试管口加 一小漏斗（起冷凝作用）-170180 C油浴一-沸腾5分钟一取出，冷却一将试管内容物转移 到250ml三角瓶中（洗