土壤交换性铝的三种测定方法比较

土壤交换性铝的三种测定方法比较作者：李朝英郑路杨文娟来源：《热带作物学报》2020年第09期系数(CV)表示。试验中，羊毛铭花〒和滴定法、铝试剂$6.26%、7.61%,说E依次呈增大趋势，〕方差分析，氯化钾及相比，CV平均值旁铭花青R比色法I(PV0.05)0表13Tab.1Multiple方法

Methods氯化钾交换中和滴定法羊毛铭花青R比色法铝试剂法~注：数据为平均值峙表示差异不显著(P>0.05Note:Thedataareihthesamelowercaselettersnificant(P>0.05).表23种^Tab.2Repeatabi]方法样品编号..,\SampleMethodsn°氯化钾交换\中和滴定法?3羊毛铭花青iR比色法-系数(CV)表示。试验中，羊毛铭花〒和滴定法、铝试剂$6.26%、7.61%,说E依次呈增大趋势，〕方差分析，氯化钾及相比，CV平均值旁铭花青R比色法I(PV0.05)0表13Tab.1Multiple方法

Methods氯化钾交换中和滴定法羊毛铭花青R比色法铝试剂法~注：数据为平均值峙表示差异不显著(P>0.05Note:Thedataareihthesamelowercaselettersnificant(P>0.05).表23种^Tab.2Repeatabi]方法样品编号..,\SampleMethodsn°氯化钾交换\中和滴定法?3羊毛铭花青iR比色法-交换性铝(mg/L)=Gx25x,s3/(250xkxm)式中：G为所测吸光值代入标准曲线得到的浓度,mg/L；S为分取倍数；比为土壤水分系数；m为土壤质量，g。1.3数据处理差异显著性检验采用MicrosoftExcel2003软件进行数据处理与计算,利用SPSS19.0软件进行单因素方差(ANOVA)分析，应用最小显著差异法(LSD)对组间差异进行多重比较。精密度、准确性检验(1)精密度检验。1〜3号土壤浸出液分别采用3种方法重复测定7次。3种方法测量值标准偏差(SD)=变异系数(C7)=SD!xx100%(2)准确性检验。1〜2号土壤浸出液加4mg/L的铝标准溶液，使用氯化钾交换-中和滴定法测定交换性铝。另两组1〜2号土壤浸出液各加1.6mg/L的直1垸)住、获沛彳由田直1清割壮知¥壬饮拈吉DI-P

表33种方法的回收率比较Tab.3Comparisonofrecoveryratesoftlireemethod方法Methods样品号Sample本底值Backgroundvalue/(mg-L-1)加标量Addedcontent/(mg-L-1)1加标后测Found/(ir2氯化钾交换中和滴定法11.2745.694.9223.8147.237.58羊毛铭花青R比色法11.431.62.783.0624.291.65.995.77铝试剂法42.5424.081.65.715.73注：相同小写字母表示在0.05水平差异不显著。Note:Thesamelowercaselettersindicatethatthedifferenceisnotsignificantatthe0.05level.表42种测定方法的标准曲线、R\线性范围及吸光伯Tab.4Linearequation,7?2,linearrangeandabsorbancerangeofth方法Methods标准曲线StandardcurveR1线性范围Linearrange/(mgL-1)羊毛铭花青R比色法v=0.4057x+0.01130.99660〜0.321尸0.4060x+0.01120.99810-0.40j尸0.3964x+0.01370.99790〜0.48铝试剂法尸5.2269x—0.03140.99440-0.8广=5.7549x-0.05040.98450-1.0y=6.1974x-0.06990.97860-1.2表53种测定方法的适用性比较Tab.5Comparisonsofapplicabilityofthreemethod：准备工作用时（包括试剂配制、方法Methods抽液、加试剂等)Preparationtime(includingreagentpreparation,pumping,addingreagents,etc.)显色时间Developingtime/min测定用时Measuringtime/minTot氯化钾交换-中和滴定法60—80羊毛倍花青60520铝试剂法6012020摘要：为了准确高效地检测土壤交换性铝含量，探寻适宜的检测方法。比较分析了氯化钾交换-中和滴定法、铝试剂法和羊毛铬花青R比色法所测交换性铝的差异性、精密度、准确性和适用性。结果表明，3种方法所测交换性铝无显著性差异。但羊毛铬花青R比色法的精密度优于氯化钾交换-中和滴定法和铝试剂法，羊毛铬花青R比色法平均回收率达99.28%，准确性高于另2种方法。羊毛铬花青R比色法的线性范围在0~0.32mg/L，对应吸光值范围在0~0.778;铝试剂法的线性范围在0~0.8mg/L，对应吸光值范围在0.006~0.157;与铝试剂法相比，羊毛铬花青R比色法的线性范围小于铝试剂法，但其吸光值范围大于铝试剂法。羊毛铬花青R比色法显色剂与显色物质吸收峰间隔较远，测定背景干扰小，方法灵敏度较高。羊毛铬花青R比色法检测单个样品的平均用时为4.2min,检测效率高于另2种方法，且操作简捷，适用性较高。因此，推荐羊毛铬花青R比色法为土壤交换性铝的测定方法。关键词：土壤;交换性铝;氯化钾交换-中和滴定法;铝试剂法;羊毛铬花青R比色法中图分类号：S151.9文献标识码：AAbstract:Suitabledetectionmethodstoaccuratelyandefficientlydetectthesoilexchangealuminumcontentwerefound.Thedifferences,precision,accuracyandapplicabilityoftheexchange-neutralizationtitrationofpotassiumchloridemethod,thealuminumreagentmethodandthechromoxanecyanineRmethodwereanalyzed.Theresultsshowedthattherewasnosignificantdifferencebetweenthethreemethods.However,theprecisionofChromoxanecyanineRmethodwasbetterthanthatoftheexchange-neutralizationtitrationofpotassiumchloridemethodandthealuminumreagentmethod,andtheaveragerecoveryrateofthewool-chromium-greenRmethodwas99.28%,withahigheraccuracythantheothertwomethods.ThelinearrangeofthechromoxanecyanineRmethodwas0to0.32mg/L,andthelinearrangeofthecorrespondingabsorbentvaluewas0to0.778.Thelinearrangeofthealuminumreagentmethodwas0to0.8mg/L,andthecorrespondingabsorbentvaluerangewas0.006to0.157.Comparedwiththealuminumreagentmethod,thelinearrangeofchromoxanecyanineRmethodwassmallerthanthatofthealuminumreagentmethod,butitsabsorbentvaluerangewaslargerthanthatofthealuminumreagentmethod.ThecolorrenderingagentofthechromoxanecyanineRmethodwasfarfromtheabsorptionpeakofthecolorrenderingsubstance,thebackgroundinterferencewassmall,andthemethodsensitivitywashigher.Theaveragetimeofasinglesamplewas4.2min,thedetectionefficiencywashigherthanthatoftheothertwomethods,andtheoperationwassimpleandtheapplicabilitywashigher.Therefore,thechromoxanecyanineRmethodwasrecommendedforthedeterminationofsoilexchangealuminum.Keywords:soil;exchangeablealuminum;exchange-neutralizationtitrationofpotassiumchloridemethod;aluminumreagentmethod;chromoxanecyanineRmethodDOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2020.09.027交换性铝是对植物有害的一种土壤酸形态，其造成的铝毒害是酸性土壤上作物生长的主要限制因素和森林大面积退化的重要原因。定量分析检测交换性铝含量对植物铝毒害胁迫程度预测及土壤治理措施制订具有极其重要的意义［1-3］。交换性铝的检测分析方法主要有氯化钾交换-中和滴定法、原子光谱法、流动分析仪法及光度法等。氯化钾交换■中和滴定法是土壤交换性铝测定的传统方法，需要对氯化钾淋洗处理的浸出液分别以氢氧化钠标准溶液滴定检测交换性酸、交换性氢，由两者之差计算交换性铝，检测步骤繁琐，效率低，检测准确性易受人为因素干扰，不适于批量土壤交换性铝的检测分析。原子光谱法包括原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法等，此类方法准确性高，但仪器昂贵，检测成本高，使用有限［4-7］。流动分析仪法是现代新兴的一种检测方法，具有自动化程度高、经济安全以及准确高效等优点。但流动分析仪价格高，检测技术要求较高，并未普及［8-9］。光度法所用仪器价格低廉，操作简单，检测快速，应用广泛。目前，常用于测定土壤交换性铝的光度法有铝试剂法、羊毛铬花青R比色法、8-羟基喹啉法等［10-13］。光度法的检测原理与氯化钾交换-中和滴定法完全不同，而至今尚缺少光度法与传统方法的系统比较分析。此外，不同光度法因使用的显色剂不同而表现出特定的检测特征对土壤交换性铝的测定影响也不明确，测定方法的选择缺乏参考依据［4，8］。鉴于此，本研究选择铝试剂法、羊毛铬花青R比色法和氯化钾交换-中和滴定法进行比较，探讨3种方法的差异性、精密度、准确性及适用性等，以期优选出土壤交换性铝测定的适宜方法，为准确高效地测定土壤交换性铝的方法选择提供参考依据，为土壤交换性铝实现自动化检测分析提供更多的基础资料。1材料与方法1.1材料2018年2月，样品采集于广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站设置在中国林科院热带林业实验中心青山实验场人工林样地。样地位于青山实验场(21°57N106°39'E)，属于南亚热带季风气候，年均温度20.5C，年降水量1200mm，土壤为花岗岩发育成的赤红壤。共取9份交换性铝含量不同的土壤样品。土壤风干后，去除残留的植物残体，压碎过孔径2mm筛，样品分别编号为1~9,装袋标识。氯化钾、氢氧化钠、氟化钠、酚酞、铝试剂、硫酸、羊毛铬青、抗坏血酸等试剂均为国产分析纯。YKM石墨加热板，长沙永乐康医疗设备有限公司;UV765紫外分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司。1.2方法1.2.1氯化钾交换-中和滴定法5g土壤放于铺有滤纸的漏斗中，用1mol/L氯化钾淋洗多次后，收集的滤液定容至250mL。取50mL滤液2份，煮沸5min，加酚酞1~2滴，一份趁热以0.02mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微红色。另一份加入35g/L的氟化钠1mL,以0.02mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微红色。2份滤液滴定量分别为VI、V2。按上述操作做空白试验，氢氧化钠用量分别为V01和V02。交换性铝（mg/L）=［（V1V01）（V2V02）］xC1xts1x90/（250xkxm）式中：V1为交换性酸所用氢氧化钠溶液体积，mL;V2为交换性氢所用氢氧化钠溶液体积，mL;V01为交换性酸空白所用氢氧化钠溶液体积，mL;V02为交换性氢空白所用氢氧化钠溶液体积，mL;C1为氢氧化钠标准溶液浓度，mol/L1;ts1为分取倍数；k为土壤水分系数;m为土壤质量，g。以上试验重复3次。1.2.2铝试剂法抽取1.2.1中滤液0.5mL，加入2，4-二硝基苯酚1滴，加入2mol/L氢氧化钠，使溶液变成黄色，逐滴加入0.5mol/L硫酸，使溶液恰好变成无色。加入1mL的1%抗坏血酸溶液，4mL铝试剂显色剂，定容至25mL，室温放置2h后，于波长530nm处检测。分别抽取10mg/L铝标准液0、0.25、0.5、1、2mL重复上述操作，建立标准曲线为y=5.2269x0.0314（R2=0.9944）。按照下列公式计算：交换性铝（mg/L）=C2x25xts2/（250xkxm）式中：C2为所测吸光值代入标准曲线得到的浓度，mg/L;ts2为分取倍数;k为土壤水分系数;m为土壤质量，g。1.2.3羊毛铬花青R比色法抽取1.2.1中滤液0.5mL，加入0.5mL的10g/L抗坏血酸溶液，10mL缓冲液，2.5mL的1%羊毛铬花青R溶液，定容25mL，室温静置5min，于波长535nm处检测。分别抽取10mg/L铝标准液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8mL，重复上述操作，建立标准曲线为y=0.4057x+0.0113（R2=0.9966）。按照下列公式计算：交换性铝（mg/L）=C3x25xts3/（250xkxm）式中：C3为所测吸光值代入标准曲线得到的浓度，mg/L;ts3为分取倍数;k为土壤水分系数;m为土壤质量，g。1.3数据处理1.3.1差异显著性检验采用MicrosoftExcel2003软件进行数据处理与计算，利用SPSS19.0软件进行单因素方差（ANOVA）分析，应用最小显著差异法（LSD）对组间差异进行多重比较。1.3.2精密度、准确性检验（1）精密度检验。1~3号土壤浸出液分别采用3种方法重复测定7次。（2）准确性检验。1~2号土壤浸出液加4mg/L的铝标准溶液，使用氯化钾交换-中和滴定法测定交换性铝。另两组1~2号土壤浸出液各加1.6mg/L的铝标准溶液，使用铝试剂法和羊毛铬花青R比色法测定交换性铝。以上试验重复3次。回收率=（加标测定结果本底值）/加标量x100%。2结果与分析3种方法测定结果的比较由表1可见，交换性铝含量不同的9个土壤样品分别采用3种方法测定，方差分析结果表明，3种方法的测定结果无显著性差异。3种方法的精密度检验精密度是方法学考察的重要指标之一，表示重复测定的多个测量值的一致程度。通常以变异系数（CV）表示。由表2可见，3种方法的重复试验中，羊毛铬花青R比色法、氯化钾交换-中和滴定法、铝试剂法的CV平均值分别为4.97%、6.26%、7.61%，说明3种方法测定结果的离散度依次呈增大趋势，其精密度依次呈降低趋势。经方差分析，氯化钾交换■中和滴定法与另两种方法相比，CV平均值差异不显著（P>0.05），而羊毛铬花青R比色法的CV则显著低于铝试剂法（P<0.05）。3种方法的准确性检验及线性范围准确性是方法学考察的重要指标之一，用以表示测量值与真实值的接近程度，通常以回收率表示。由表3可见，羊毛铬花青R比色法、铝试剂法、氯化钾交换-中和滴定法的平均回收率分别为99.28%、93.54%、89.33%。可见，3种方法的准确性依次呈降低趋势。经方差分析，3种方法的回收率无显著性差异（P>0.05）。由表4可见，铝浓度在0~0.48mg/L，羊毛铬花青R比色法的标准曲线相关系数R2大于0.996，对应吸光值范围在0~1.201。为了避免测定结果偏离比耳定律，增加误差。羊毛铬花青R比色法的适宜线性范围选择为0-0.32mg/L,保证吸光值小于0.8[14-15]。铝浓度在0~0.8mg/L,铝试剂法的标准曲线R2为0.9944，铝浓度大于1mg/L，标准曲线弯曲，R2小于0.99，影响检测准确性。故铝试剂法适宜线性范围选择为0~0.8mg/L。可见，羊毛铬花青R比色法的标准曲线质量优于铝试剂法。1材料与方法1.1材料2018年2月，样品采集于广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站设置在中国林科院热带林业实验中心青山实验场人工林样地。样地位于青山实验场(21°57N106°39'E)，属于南亚热带季风气候，年均温度20.5C，年降水量1200mm，土壤为花岗岩发育成的赤红壤。共取9份交换性铝含量不同的土壤样品。土壤风干后，去除残留的植物残体，压碎过孔径2mm筛，样品分别编号为1~9,装袋标识。氯化钾、氢氧化钠、氟化钠、酚酞、铝试剂、硫酸、羊毛铬青、抗坏血酸等试剂均为国产分析纯。YKM石墨加热板，长沙永乐康医疗设备有限公司;UV765紫外分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司。1.2方法1.2.1氯化钾交换-中和滴定法5g土壤放于铺有滤纸的漏斗中，用1mol/L氯化钾淋洗多次后，收集的滤液定容至250mL。取50mL滤液2份，煮沸5min，加酚酞1~2滴，一份趁热以0.02mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微红色。另一份加入35g/L的氟化钠1mL，以0.02mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微红色。2份滤液滴定量分别为V1、V2。按上述操作做空白试验，氢氧化钠用量分别为V01和V02。交换性铝(mg/L)=[(V1V01)(V2V02)]xC1xts1x90/(250xkxm)式中：V1为交换性酸所用氢氧化钠溶液体积，mL;V2为交换性氢所用氢氧化钠溶液体积，mL;V01为交换性酸空白所用氢氧化钠溶液体积，mL;V02为交换性氢空白所用氢氧化钠溶液体积，mL;C1为氢氧化钠标准溶液浓度，mol/L1;ts1为分取倍数;k为土壤水分系数;m为土壤质量，g。以上试验重复3次。1.2.2铝试剂法抽取1.2.1中滤液0.5mL，加入2，4-二硝基苯酚1滴，加入2mol/L氢氧化钠，使溶液变成黄色，逐滴加入0.5mol/L硫酸，使溶液恰好变成无色。加入1mL的1%抗坏血酸溶液，4mL铝试剂显色剂，定容至25mL，室温放置2h后，于波长530nm处检测。分别抽取10mg/L铝标准液0、0.25、0.5、1、2mL重复上述操作，建立标准曲线为y=5.2269x0.0314(R2=0.9944)。按照下列公式计算：交换性铝(mg/L)=C2x25xts2/(250xkxm)式中：C2为所测吸光值代入标准曲线得到的浓度，mg/L;ts2为分取倍数;k为土壤水分系数；m为土壤质量，g。1.2.3羊毛铬花青R比色法抽取1.2.1中滤液0.5mL，加入0.5mL的10g/L抗坏血酸溶液，10mL缓冲液，2.5mL的1%羊毛铬花青R溶液，定容25mL，室温静置5min，于波长535nm处检测。分别抽取10mg/L铝标准液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8mL，重复上述操作，建立标准曲线为y=0.4057x+0.0113（R2=0.9966）。按照下列公式计算：交换性铝（mg/L）=C3x25xts3/（250xkxm）式中：C3为所测吸光值代入标准曲线得到的浓度，mg/L;ts3为分取倍数;k为土壤水分系数;m为土壤质量，g。1.3数据处理1.3.1差异显著性检验采用MicrosoftExcel2003软件进行数据处理与计算，利用SPSS19.0软件进行单因素方差（ANOVA）分析，应用最小显著差异法（LSD）对组间差异进行多重比较。1.3.2精密度、准确性检验（1）精密度检验。1~3号土壤浸出液分别采用3种方法重复测定7次。（2）准确性检验。1~2号土壤浸出液加4mg/L的铝标准溶液，使用氯化钾交换-中和滴定法测定交换性铝。另两组1~2号土壤浸出液各加1.6mg/L的铝标准溶液，使用铝试剂法和羊毛铬花青R比色法测定交换性铝。以上试验重复3次。回收率=（加标测定结果本底值）/加标量x100%。2结果与分析3种方法测定结果的比较由表1可见，交换性铝含量不同的9个土壤样品分别采用3种方法测定，方差分析结果表明，3种方法的测定结果无显著性差异。3种方法的精密度检验精密度是方法学考察的重要指标之一，表示重复测定的多个测量值的一致程度。通常以变异系数（CV）表示。由表2可见，3种方法的重复试验中，羊毛铬花青R比色法、氯化钾交换-中和滴定法、铝试剂法的CV平均值分别为4.97%、6.26%、7.61%，说明3种方法测定结果的离散度依次呈增大趋势，其精密度依次呈降低趋势。经方差分析，氯化钾交换中和滴定法与另两种方法相比，CV平均值差异不显著（P>0.05），而羊毛铬花青R比色法的CV则显著低于铝试剂法（P<0.05）。3种方法的准确性检验及线性范围准确性是方法学考察的重要指标之一，用以表示测量值与真实值的接近程度，通常以回收率表示。由表3可见，羊毛铬花青R比色法、铝试剂法、氯化钾交换-中和滴定法的平均回收率分别为99.28%、93.54%、89.33%。可见，3种方法的准确性依次呈降低趋势。经方差分析，3种方法的回收率无显著性差异（P>0.05）。由表4可见，铝浓度在0~0.48mg/L，羊毛铬花青R比色法的标准曲线相关系数R2大于0.996，对应吸光值范围在0~1.201。为了避免测定结果偏离比耳定律，增加误差。羊毛铬花青R比色法的适宜线性范围选择为0-0.32mg/L,保证吸光值小于0.8[14-15]。铝浓度在0~0.8mg/L,铝试剂法的标准曲线R2为0.9944，铝浓度大于1mg/L，标准曲线弯曲，R2小于0.99，影响检测准确性。故铝试剂法适宜线性范围选择为0~0.8mg/L。可见，羊毛铬花青R比色法的标准曲线质量优于铝试剂法。1材料与方法1.1材料2018年2月，样品采集于广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站设置在中国林科院热带林业实验中心青山实验场人工林样地。样地位于青山实验场（21°57N,106°39'E）,属于南亚热带季风气候，年均温度20.5C,年降水量1200mm,土壤为花岗岩发育成的赤红壤。共取9份交换性铝含量不同的土壤样品。土壤风干后，去除残留的植物残体，压碎过孔径2mm筛，样品分别编号为1~9,装袋标识。氯化钾、氢氧化钠、氟化钠、酚酞、铝试剂、硫酸、羊毛铬青、抗坏血酸等试剂均为国产分析纯。YKM石墨加热板，长沙永乐康医疗设备有限公司;UV765紫外分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司。1.2方法1.2.1氯化钾交换-中和滴定法5g土壤放于铺有滤纸的漏斗中，用1mol/L氯化钾淋洗多次后，收集的滤液定容至250mL。取50mL滤液2份，煮沸5min，加酚酞1~2滴，一份趁热以0.02mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微红色。另一份加入35g/L的氟化钠1mL，以0.02交换性铝（mg/L）=［（V1V01）（V2V02）］xC1xts1x90/（250xkxm）式中：V1为交换性酸所用氢氧化纳溶液体积，mL;V2为交换性氢所用氢氧化钠溶液体积，mL;V01为交换性酸空白所用氢氧化钠溶液体积，mL;V02为交换性氢空白所用氢氧化钠溶液体积，mL;C1为氢氧化钠标准溶液浓度，mol/L1;ts1为分取倍数；k为土壤水分系数;m为土壤质量，g。以上试验重复3次。1.2.2铝试剂法抽取1.2.1中滤液0.5mL，加入2，4-二硝基苯酚1滴，加入2mol/L氢氧化钠，使溶液变成黄色，逐滴加入0.5mol/L硫酸，使溶液恰好变成无色。加入1mL的1%抗坏血酸溶液，4mL铝试剂显色剂，定容至25mL，室温放置2h后，于波长530nm处检测。分别抽取10mg/L铝标准液0、0.25、0.5、1、2mL重复上述操作，建立标准曲线为y=5.2269x0.0314（R2=0.9944）。按照下列公式计算：交换性铝（mg/L）=C2x25xts2/（250xkxm）式中：C2为所测吸光值代入标准曲线得到的浓度，mg/L;ts2为分取倍数;k为土壤水分系数;m为土壤质量，g。1.2.3羊毛铬花青R比色法抽取1.2.1中滤液0.5mL，加入0.5mL的10g/L抗坏血酸溶液，10mL缓冲液，2.5mL的1%羊毛铬花青R溶液，定容25mL，室温静置5min，于波长535nm处检测。分别抽取10mg/L铝标准液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8mL，重复上