第4章土壤中氮和硫的测定

1、第四章第四章 土壤中氮的分析土壤中氮的分析一、概一、概 述述(一一)土壤全氮的含量土壤全氮的含量 土壤有机质土壤有机质9599%以上为有机态以上为有机态N，15% 为无机为无机N。土壤有机质和氮素的消长主要取决于生物积累和分解作用的土壤有机质和氮素的消长主要取决于生物积累和分解作用的相对强弱、气候、植被、耕作制度等因素，特别是水热条件相对强弱、气候、植被、耕作制度等因素，特别是水热条件对土壤有机质和氮素含量有显著的影响。对土壤有机质和氮素含量有显著的影响。1、自然土壤氮素含量、自然土壤氮素含量 东北黑土最高东北黑土最高,全氮含量全氮含量2.56-6.59g/kg 向西向西黑钙土黑钙土栗钙土栗钙

2、土灰钙土灰钙土(0.4-1.05),(0.4-1.05),依次降低依次降低 向南向南暗棕壤暗棕壤(1.68-3.64)(1.68-3.64)棕壤棕壤褐土褐土黄棕壤黄棕壤(0.6-(0.6-1.48)1.48)红壤红壤(0.4-1.05),(0.4-1.05),依次降低依次降低 第第1节节 土壤中全氮的测定土壤中全氮的测定2、耕地土壤耕层、耕地土壤耕层 耕地土壤比同地自然土壤低得多。耕地土壤比同地自然土壤低得多。 变化趋势大体同自然土壤。变化趋势大体同自然土壤。 东北黑土耕区最高，东北黑土耕区最高，1.5-3.48g/kg 其次是华南、西南和青藏地区其次是华南、西南和青藏地区 黄淮海地区和黄土高

3、原最低，黄淮海地区和黄土高原最低，0.3-0.99g/kg 我国耕地土壤含氮量不高，一般为我国耕地土壤含氮量不高，一般为1.0-2.0g/kg3、土壤培肥、土壤培肥 土壤培肥的重要目标之一是提高土壤有机质土壤培肥的重要目标之一是提高土壤有机质和土壤全氮含量。除少数土壤外，土壤急需培肥，和土壤全氮含量。除少数土壤外，土壤急需培肥，以确保土壤资源可持续利用。以确保土壤资源可持续利用。（二）土壤（二）土壤N素的形态素的形态 无机氮无机氮1-2%NO3N：存在于土壤溶液中：存在于土壤溶液中NH4+N水溶态：水溶态：NH4+代换态：代换态： NH4+有机氮有机氮98-99%非水解性：占全非水解性：占全N

4、30-50%，腐殖质，腐殖质水解性：占全水解性：占全N50-70%，Pr、AA水溶性：占全水溶性：占全N5%，AA、酰胺等、酰胺等速效氮速效氮碱解氮碱解氮迟效氮迟效氮二、土壤中全氮测定方法概述二、土壤中全氮测定方法概述1、干烧法：、干烧法： 1831 年年 Dumas 创立创立, 将样品放在燃烧管中将样品放在燃烧管中,以以 600 以上的高温和氧化铜一起燃烧以上的高温和氧化铜一起燃烧, 燃烧时燃烧时通纯净的通纯净的 CO2, 燃烧过程产生的燃烧过程产生的 N2O 气体通过灼气体通过灼热的铜还原为热的铜还原为 N2, 产生产生 CO 则通过氧化铜转化为则通过氧化铜转化为CO2, 混合气体通过浓的

5、混合气体通过浓的 KOH 溶液溶液, 除去除去CO2, 纯纯N2通过氮素计测定氮素的体积通过氮素计测定氮素的体积.优点：优点：测定结果准确测定结果准确缺点缺点：操作费时、复杂、要专用仪器：操作费时、复杂、要专用仪器2、湿烧法、湿烧法：开氏法开氏法 1883 年丹麦人年丹麦人 J.Kjedahl (开道尔开道尔)用于研究蛋白质用于研究蛋白质变化的方法变化的方法.后来被用来测定各种形态的有机氮后来被用来测定各种形态的有机氮. 设备简单易得设备简单易得,结果可靠结果可靠,为一般实验室所采用。为一般实验室所采用。原理原理:用浓硫酸分解用浓硫酸分解, 加速剂和憎温剂加速有机质的分解加速剂和憎温剂加速有机

6、质的分解,使有使有机氮转化为机氮转化为NH3进入溶液进入溶液,最后用标准酸滴定蒸馏出的铵最后用标准酸滴定蒸馏出的铵.改改 进进:该法创立以来，不但进行改进，主要改进为该法创立以来，不但进行改进，主要改进为A、缩短消化时间、缩短消化时间：加速剂（催化剂、氧化剂、增温剂）的：加速剂（催化剂、氧化剂、增温剂）的选择选择B、改进定氮方法、改进定氮方法：蒸馏方法、仪器自动化：蒸馏方法、仪器自动化关于加速剂的改进关于加速剂的改进增温剂增温剂：目前大多采用：目前大多采用K2SO4催化剂催化剂：Hg、HgO、CuSO4、FeSO4、Se、TiO Hg和和Se的催化力很强的催化力很强 Hg：有毒、会形成汞：有毒

7、、会形成汞铵复合物等铵复合物等 Se：催化力最强，有毒，推荐用：催化力最强，有毒，推荐用TiO替代替代目前加速剂的组成：目前加速剂的组成：K2SO4:CuSO45H2O:TiO = 100:3:3 增温剂增温剂 催化剂催化剂 催化剂催化剂 氧化剂氧化剂：HCIO4H2SO4，可同时测定，可同时测定N、P等多种元素，倍受关注。等多种元素，倍受关注。 H2SO4：具有较强的氧化力，其沸点：具有较强的氧化力，其沸点338 此温度不能彻底分解有机质，所此温度不能彻底分解有机质，所 以需要增温以需要增温关于开氏法关于开氏法 用硫酸消煮样品测定氮素含量的方法均叫用硫酸消煮样品测定氮素含量的方法均叫开氏法开

8、氏法. 标准的开氏法标准的开氏法 常量法常量法: 称称 1.0-10.0 g 土壤样品土壤样品,加混合加加混合加速剂速剂 K2SO410g, CuSO4 1.0 g, Se 0.1 g 加浓硫酸加浓硫酸 30 ml, 消煮消煮 5 h 半微量法半微量法: 称称 0.1-1.0 g 土壤样品土壤样品关于仪器自动化关于仪器自动化1、消化：已实现、消化：已实现2、蒸馏：已实现、蒸馏：已实现3、滴定：已实现、滴定：已实现可分别自动化，也可以部分自动化可分别自动化，也可以部分自动化关于溶液中氮的测定关于溶液中氮的测定 1、蒸馏法：蒸馏法： 2、扩散法：扩散法： 3、比色法：比色法： 4、电极法：、电极法

9、： 5、氮检测仪法：、氮检测仪法：也可以测定固体和气体样品也可以测定固体和气体样品 6、紫外法：硝态氮、紫外法：硝态氮三、土壤中全氮的测定三、土壤中全氮的测定半微量凯氏法（蒸馏）半微量凯氏法（蒸馏）1、测定原理：、测定原理：P44 A、消煮：高温下浓硫酸是一种强氧化剂，、消煮：高温下浓硫酸是一种强氧化剂，将有机质分解将有机质分解2H2SO4 + 有机有机C 2H2O + 2SO2 + CO2 释放出的释放出的N已已NH3被被H2SO4吸收吸收2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + H2OB、蒸馏：加碱蒸馏，、蒸馏：加碱蒸馏，H2BO3吸收吸收(NH4)2SO4 + NaOH Na2S

10、O4 + H2O + NH3NH3+ H2O NH4OHNH4OH + H2BO3 NH4 H2BO3 + H2O C、滴定：、滴定：2NH4 H2BO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2H2BO32、测定步骤、测定步骤P47 样品的消煮样品的消煮 ： 1.0000 g 消化管消化管 加加水湿润水湿润 加加 5 ml 浓硫酸浓硫酸 加加 2 g 催化剂催化剂 于于380-400消化炉上消化消化炉上消化 颜色成灰颜色成灰白色到淡蓝色白色到淡蓝色 后煮后煮 1 h。(远红外消煮炉、远红外消煮炉、自动消化炉、普通消化炉自动消化炉、普通消化炉)消化器消化器 蒸蒸 馏馏：消煮液转至蒸馏管中：消

11、煮液转至蒸馏管中(250ml) 加碱加碱 40% NaOH 2040 ml 蒸馏蒸馏 NH3(冷凝管冷凝管) 20 ml 硼酸吸收硼酸吸收( 2 % B酸酸+ 指示剂指示剂) 蒸馏蒸馏 (红色红色蓝色蓝色) 蒸馏蒸馏至吸收液体积为至吸收液体积为5080ml（自动蒸馏器（自动蒸馏器100120ml）停止蒸馏）停止蒸馏 滴滴 定定：吸收液用标准酸：吸收液用标准酸(0.05 mol/L 1/2H2SO4 或或 0.01 HCl 滴定滴定) 终点颜色变化为终点颜色变化为 蓝色蓝色 红色红色 作空白，且滴定颜色完全一样作空白，且滴定颜色完全一样 平行结果测定平行结果测定 P48 平行测定结果用算术平均值

12、表示，表留小数点平行测定结果用算术平均值表示，表留小数点三位。三位。四、土壤中全氮的测定四、土壤中全氮的测定半自动定氮仪法半自动定氮仪法 自动消煮自动消煮 ： 1.0000 g 消化管消化管 加水湿润加水湿润 加加 5 ml 浓硫浓硫酸酸 加加 2 g 催化剂催化剂 设定消煮温度和时间设定消煮温度和时间 启启动仪器动仪器. 自动蒸馏自动蒸馏： 消化管转至自动蒸馏器上消化管转至自动蒸馏器上 自动加碱蒸馏自动加碱蒸馏 (40 ml 40 % NaOH) NH3(冷凝管冷凝管) 20 ml 硼酸硼酸吸收吸收(2%B酸酸) 至吸收液至吸收液100mlGA-10 定氮仪定氮仪 自动滴定自动滴定： 吸收液

13、在滴定仪上吸收液在滴定仪上用标准酸用标准酸(0.05 mol H2SO4或或0.01HCl滴滴定定)自动滴定，自动滴定，pH电电极判断自动终点极判断自动终点仪器打印滴定结果仪器打印滴定结果五、土壤中全氮的测定五、土壤中全氮的测定全自动定氮仪法全自动定氮仪法 自动消煮自动消煮 ： 1.0000 g 消化管消化管 加水湿润加水湿润 加加 5 ml 浓硫酸浓硫酸 加加2 g催化剂催化剂设定消煮温度和时间设定消煮温度和时间 启动仪启动仪器器. 转移定溶转移定溶：消化管内的消化液：消化管内的消化液 无损无损的转移到的转移到 100 ml 容量瓶中容量瓶中 用用H2O定容定容 测测 定定：用微量进样器取：

14、用微量进样器取50 ul 溶液溶液 在在TN-110上测定，上测定，根据标准曲线和样品峰面积计算含氮量根据标准曲线和样品峰面积计算含氮量TN-110定氮仪定氮仪TN-110使用操作流程使用操作流程(CRI流程流程) 10. 打开打开O3发生器电源开关。发生器电源开关。 转动转动O3发生器旋扭发生器旋扭PC上单击菜单上单击菜单system, 选选O3发生器发生器选选ON按按OK（注意：约需（注意：约需30分钟，产生的分钟，产生的O3才稳定）才稳定） 11. 在在CRI上设置进样量和进样速率。上设置进样量和进样速率。 单击菜单单击菜单RUN选选CRI在在CRI上设置进样量上设置进样量设置进样设置进

15、样速率速率此时此时PC上则显示其值上则显示其值按按OK 12. 标准系列测定。标准系列测定。 13. 样品测定。样品测定。 14. 基本资料报告、重新计算及结果显示。基本资料报告、重新计算及结果显示。 15. 关掉加热器；关掉关掉加热器；关掉NT-110；关掉；关掉ND-100；关掉；关掉CRI； 关掉关掉PV。 16. 关掉关掉NT-110窗口；关掉窗口；关掉PC； 17. 关掉关掉O2、Ar气供气阀、关掉气供气阀、关掉O2、Ar气主阀。气主阀。 18. 拔去所有电源线。拔去所有电源线。六、试剂的配制六、试剂的配制1、40 % NaOH (10 mol/L NaOH) 40 g NaOH 烧

16、杯中烧杯中 加入加入 100 ml 水水2、2%硼酸吸收液：硼酸吸收液： 20 g 硼酸硼酸 + 1000 ml 水水 + 510 ml 混混合指示剂合指示剂.七、指示剂的范围七、指示剂的范围甲甲 基基 红：红： pH4.26.2 红红黄黄溴甲酚绿：溴甲酚绿： pH3.85.4 黄黄蓝蓝混合指示液：混合指示液： pH4.45.4 红红蓝绿蓝绿八、注意事项八、注意事项1、冷凝水温度不能超过、冷凝水温度不能超过402、蒸馏和滴定时避免、蒸馏和滴定时避免NH3的污染的污染 3、开氏瓶中溶液占、开氏瓶中溶液占 50 ml4、只能在通风良好处加硒粉、只能在通风良好处加硒粉(有毒有毒)第第2节节 土壤速效

17、氮的测定土壤速效氮的测定一、测定方法综述一、测定方法综述 土壤速效氮亦称土壤有效氮，指当季作土壤速效氮亦称土壤有效氮，指当季作物能吸收利用的土壤氮素量。它包括土壤溶物能吸收利用的土壤氮素量。它包括土壤溶液中的液中的NO3-和和NH4+、胶体上吸附的、胶体上吸附的NH4+，以，以及部分易为土壤微生物分解的含氮有机化合及部分易为土壤微生物分解的含氮有机化合物。物。 土壤速效氮的测定方法可分为两大类：土壤速效氮的测定方法可分为两大类：生物方法和化学方法。生物测定法采用生生物方法和化学方法。生物测定法采用生物培养的方法测定，手续繁琐，需要较长物培养的方法测定，手续繁琐，需要较长的时间，测定结果与作物生

18、长的相关性较的时间，测定结果与作物生长的相关性较高；化学方法快速简便，测定结果与作物高；化学方法快速简便，测定结果与作物生长的相关性较差。目前我国多采用碱解生长的相关性较差。目前我国多采用碱解扩散法测定，全国第二次土壤普查的指定扩散法测定，全国第二次土壤普查的指定方法也是碱解扩散法。方法也是碱解扩散法。二、碱解氮测定原理二、碱解氮测定原理玻璃扩散皿玻璃扩散皿塑料扩散皿塑料扩散皿 土壤中的易氧化的有机氮在土壤中的易氧化的有机氮在 NaOH 的的作用下，形成作用下，形成NH4+，剩余的，剩余的NaOH与与NH4+作用产生作用产生NH3，释放出来的，释放出来的NH3 被被 H3BO3吸收液，最后用标

19、准酸滴定溶液，用酸的吸收液，最后用标准酸滴定溶液，用酸的浓度和用量计算土壤速效氮的含量。浓度和用量计算土壤速效氮的含量。(碱解扩散碱解扩散)易氧化有机氮易氧化有机氮 + NaOH NH4OHNaOH + NH4OH NH3NH3 +H2O NH4OH(滴滴 定定)NH4OH + H3BO3 NH4H2BO3 + H2O红红 色色 兰兰 色色 H2SO4 + NH4H2BO3 H3BO3 + (NH4)2SO4兰兰 色色 红红 色色 三、步三、步 骤骤 称取称取 1 mm 的土壤样品的土壤样品 2.00 g 均匀铺在扩散皿的均匀铺在扩散皿的外室外室 轻轻水平转动扩散皿使样品均匀轻轻水平转动扩散皿

20、使样品均匀 在扩散皿在扩散皿的内室加入的内室加入 3 % H3BO3溶液溶液 2 ml (在外室的边缘涂上在外室的边缘涂上碱性甘油碱性甘油 盖上毛玻璃盖上毛玻璃 旋转数使之完全粘合旋转数使之完全粘合 慢慢平推毛玻璃使加液缺口能加液慢慢平推毛玻璃使加液缺口能加液) 迅速加入迅速加入 1.0 mol/L NaOH 10 ml 扩散皿的外室扩散皿的外室 立即盖严毛玻立即盖严毛玻璃璃 于于 40 恒温箱中扩散恒温箱中扩散 24 h 取出冷却至室取出冷却至室温温 用用 0.0050 mol/L H2SO4滴定。滴定。塑料扩散皿没有括号内的内容塑料扩散皿没有括号内的内容四、结果计算及应用四、结果计算及应用

21、碱解氮碱解氮(mg/kg) = CV141000/WC：标准：标准H2SO4溶液浓度溶液浓度(mol/L)；V：H2SO4体积体积(ml)；14：氮原子的摩尔质量；：氮原子的摩尔质量；W：土壤风干重：土壤风干重1000：g换算为换算为kg土壤供氮量土壤供氮量(kg/hm2) = 0.15碱解氮含量碱解氮含量15土壤供氮量土壤供氮量(kg/667m2) = 0.15碱解氮含量碱解氮含量土壤施氮量土壤施氮量 = (目标产量需氮量目标产量需氮量 土壤供氮量土壤供氮量)/(氮肥有效养分含量氮肥有效养分含量肥肥料利用率料利用率)五、注意事项五、注意事项1、碱解氮不包括、碱解氮不包括NO3-N，如果土壤，

22、如果土壤NO3-N含量较高时应加入含量较高时应加入FeSO4，使之还原；，使之还原；2、扩散温度超过、扩散温度超过 40 时，会影响时，会影响H3BO3溶溶液对液对NH3的吸收；的吸收； 3、 H3BO3溶液的浓度应根据土壤碱解氮的溶液的浓度应根据土壤碱解氮的含量配制；含量配制；4、此法测定结果与作物产量之间有较好的相、此法测定结果与作物产量之间有较好的相关性。关性。5、夏天测定时、夏天测定时, 加碱后要立即进恒温箱加碱后要立即进恒温箱, 拿出拿出后要迅速滴定后要迅速滴定, 或放在空调室内或放在空调室内, 避免扩散避免扩散时间加长时间加长, 使结果偏高使结果偏高.第第3节节 土壤无机氮的测定土

23、壤无机氮的测定 土壤中无机氮包括土壤中无机氮包括NO3N和和NH4N NO3N的测定：浸提后测定的测定：浸提后测定 A、将、将NO3N和和NO2N转化为转化为NH4N后后测定，减去测定，减去NH4N B、紫外分光光度法：、紫外分光光度法： C、比色法：、比色法： D、电极法、电极法NH4N的测定方法的测定方法直接蒸馏法直接蒸馏法：结果偏高：结果偏高浸提后测定浸提后测定： 中性盐浸提中性盐浸提(K2SO4、KCI、NaCI)，一般采用，一般采用2mol/LKCI，浸提液中的，浸提液中的NH4可采用下列方法测定可采用下列方法测定 A、蒸馏法、蒸馏法：适合：适合NH4N含量较多的土壤含量较多的土壤

24、B、比色法、比色法：时间长，灵敏度高，重现好，准确度高：时间长，灵敏度高，重现好，准确度高 C、电极法测定、电极法测定：简便、快速、灵敏度高，重现好，：简便、快速、灵敏度高，重现好，准确度高，要仪器和电极可靠。准确度高，要仪器和电极可靠。 1、土壤铵态氮的测定土壤铵态氮的测定2 mol/L KCI 浸提浸提靛酚蓝比色法靛酚蓝比色法A、浸提：称、浸提：称 1 mm 风干土样风干土样 20.00 g, 于于200 ml 三角瓶三角瓶, 加加 2 mol/L KCI 100ml, 震震荡荡 1 h, 静置静置, 取上部清液测定取上部清液测定B、比色：取、比色：取 5 ml 清液，于清液，于 50 m

25、l 容量瓶，容量瓶，加加 2 mol/L KCI 浸提浸提 5 ml，加苯酚，加苯酚 5 ml，次氯酸钠次氯酸钠 5 ml，摇匀，摇匀，20 放放 1 h，加掩，加掩蔽剂蔽剂 1 ml，H2O定容，定容，624 nm 处比色处比色C、工作曲线、工作曲线 分别吸取分别吸取2.5 mol/L NH4N 标液标液 0, 2.00, 4.00, 6.00, 10.00 ml于于 50 ml 容量瓶容量瓶, 加加 2 mol/L KCI 溶液溶液10 ml, 同样品比色显色测同样品比色显色测定定. 浓度分别为浓度分别为0, 1, 2, 4, 5 mol/L NH4ND、结果计算：、结果计算：NH4N含量

26、含量(mg/kg)=标准曲线计算浓度标准曲线计算浓度分取倍数分取倍数 =标准曲线计算浓度标准曲线计算浓度252、土壤硝态氮的测定、土壤硝态氮的测定A、酚二磺酸比色法、酚二磺酸比色法原理原理 硝酸根离子在无水的条件下，与酚二磺酸硝酸根离子在无水的条件下，与酚二磺酸作用生成硝基酚二磺酸，碱化后形成稳定作用生成硝基酚二磺酸，碱化后形成稳定的黄色溶液，在的黄色溶液，在 420 nm 处有吸收峰。处有吸收峰。浸提浸提 称取风干土称取风干土50 g 500 ml 三角瓶三角瓶 加加 0.5 g CaSO42H2O 加加 250 ml H2O 震荡震荡10 min 静置静置 5 min 取上部清液取上部清液

27、测定测定.测定测定 取清液取清液 50 ml 100 ml瓷蒸发皿瓷蒸发皿 加加 0.05 g CaCO3 60 水浴上蒸干水浴上蒸干 冷冷却却 加加 2 ml 酚二磺酸溶液酚二磺酸溶液 旋转蒸发皿旋转蒸发皿 静置静置 10 min 加加 20 ml H2O 搅拌搅拌 冷却冷却 铵水至溶液显黄色后再加铵水至溶液显黄色后再加 2 ml 搅拌搅拌 转入转入 100 ml 容量瓶水定容容量瓶水定容 分光光度计上分光光度计上 420 nm 处比色处比色.结果计算结果计算NO3N含量含量(mg/kg)=标准曲线计算浓度标准曲线计算浓度10B、测定（紫外法）：、测定（紫外法）：测定原理测定原理 硝酸根离子

28、在硝酸根离子在220 nm处有强吸收处有强吸收,在在275 nm处即无吸收，而主要干扰因子。土壤有机质均有吸处即无吸收，而主要干扰因子。土壤有机质均有吸收，首先测定有机质在这二个吸光度之间的转化系收，首先测定有机质在这二个吸光度之间的转化系数数(即校正因数即校正因数f)，然后以浸提液在，然后以浸提液在275 nm处的吸光处的吸光度度(A275)的的f倍代替有机质在倍代替有机质在220 nm处的吸光度值，处的吸光度值，将它从浸提液在将它从浸提液在220 nm处的吸光度处的吸光度(A220)中扣除，即中扣除，即得到硝态氮在得到硝态氮在220 nm处的校正吸光度，因此，这种处的校正吸光度，因此，这种

29、方法也称紫外分光光度校正因数法。方法也称紫外分光光度校正因数法。 操作步骤操作步骤： 取取5.00g土样，加入土样，加入50 ml 2 mol/L KCI溶液，振荡溶液，振荡1 h，悬液静置，悬液静置35 min后过滤。后过滤。测定浸提液在测定浸提液在220 nm和和275 nm处吸光度处吸光度A220和和A275。按照下式计算校正吸光度。按照下式计算校正吸光度A：A= A220 -2A275标准曲线标准曲线： 分别取分别取10 mg/L硝态氮标准溶液硝态氮标准溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 ml于于50 ml容量瓶中，加入二次重蒸水，定容摇匀。容量瓶中，加入二次重蒸水，定容摇匀。用用1cm比色皿分别在比色皿分