土壤有機(jī)質(zhì)不同測定方法的對比

郭艷

摘 要：有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，是作物養(yǎng)分管理中的重要因素之一，土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定也是指導(dǎo)合理施肥的重要依據(jù)之一。不同有機(jī)質(zhì)檢測方法測定的結(jié)果也不盡相同，本文通過分析3種不同原理有機(jī)質(zhì)檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為有機(jī)質(zhì)測定方法的比較和測定結(jié)果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用提供建議。

關(guān)鍵詞：有機(jī)質(zhì);灼燒法;化學(xué)氧化法;光譜法

中圖分類號(hào)：S-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190930007

有機(jī)質(zhì)是土壤固相組成的主要成分之一，雖然有機(jī)質(zhì)含量僅占土壤重量很小一部分（我國土壤有機(jī)質(zhì)含量一般在0.2%～7.5%，大多數(shù)土壤有機(jī)質(zhì)含量僅為0.5%～2.5%）[1]，但是土壤有機(jī)質(zhì)與土壤的物理、化學(xué)以及生物學(xué)特性存在千絲萬縷的關(guān)系，是土壤的重要組成部分。土壤有機(jī)質(zhì)含量能有效評(píng)價(jià)土壤的肥力狀況，對于指導(dǎo)合理施肥有重要的作用，同時(shí)對于保護(hù)土壤環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也有重要的意義。本文通過實(shí)驗(yàn)室不同有機(jī)質(zhì)測定方法之間的對比，希望能為有機(jī)質(zhì)檢測方法選擇和結(jié)果應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1?有機(jī)質(zhì)測定方法

土壤有機(jī)質(zhì)的測定方法較多，常用的方法有干燒法、濕燒法，容量分析法（比如：重鉻酸鉀容量法（外加熱法）和稀釋熱法（水合熱法））、比色法、直接灼燒法等，容量分析法是常規(guī)實(shí)驗(yàn)室使用較普遍的方法之一[2]。根據(jù)土壤有機(jī)質(zhì)測定原理不同，檢測方法主要分為灼燒法和化學(xué)氧化法2種。其中灼燒法是通過高溫條件，使有機(jī)質(zhì)分解出CO2，通過灼燒前后樣品質(zhì)量的變化或CO2的分解量推算有機(jī)質(zhì)含量的一種方法?；瘜W(xué)氧化法是通過氧化土壤有機(jī)碳所消耗氧化劑的量來確定有機(jī)質(zhì)含量的一種方法。實(shí)驗(yàn)室常用的重鉻酸鉀氧化-外加熱（容量法）、堿溶比色法等屬于化學(xué)氧化法[3]。灼燒法和化學(xué)氧化法，是直接進(jìn)行有機(jī)碳含量的測定方法，相對于而言光譜法則是一種根據(jù)有機(jī)質(zhì)的光譜特征間接測定有機(jī)質(zhì)含量的方法。因此，根據(jù)檢測的原理，本文主要針對TOC分析法，重鉻酸鉀氧化-外加熱法（容量法）以及土壤光譜法三種方法進(jìn)行對比和分析。

1.1?灼燒法-TOC分析法

灼燒法是通過碳氮自動(dòng)分析儀并結(jié)合高溫電爐等前處理設(shè)備進(jìn)行有機(jī)質(zhì)檢測的方法，常用的檢測設(shè)備包括總有機(jī)碳（TOC）分析儀、High TOC II分析儀、CNS元素分析儀等[4]，其儀器原理基本相似，是將有機(jī)碳通過高溫（350～1000℃）氧化碳成為CO2，通過灼燒前后的質(zhì)量差或者通過測量釋放出CO2量，推算有機(jī)質(zhì)的含量。灼燒法操作相對簡便，可以直接進(jìn)行原始土樣檢測，無需復(fù)雜的前處理，檢測效率較高，適合實(shí)驗(yàn)室批量樣品的測定[5]。

TOC分析法，是通過添加鹽酸除去土壤樣品中無機(jī)碳對測量結(jié)果的影響，直到反應(yīng)完全，樣品不再起泡，將烘干的樣品放入TOC分析儀中，在高溫條件下，通過觸媒的催化作用，將有機(jī)碳完全氧化成為CO2，在凈化混合氣體之后，提純CO2氣體，然后通過紅外檢測器檢測確定樣品中有機(jī)碳的含量[5]。雖然TOC分析儀測定具有操作簡單、分析時(shí)間短、樣品消耗少等優(yōu)點(diǎn)，但是樣品預(yù)處理過程中殘留的酸會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命，而且TOC分析儀價(jià)格偏高，因此該方法未得到有效的推廣和普及[6]。

1.2?化學(xué)氧化法重鉻酸鉀氧化-外加熱法（容量法）

化學(xué)氧化法在酸性環(huán)境中通過不同的氧化劑氧化土壤中的有機(jī)碳，根據(jù)氧化劑的消耗量來測算有機(jī)質(zhì)的含量，這種檢測方法能夠消除碳酸鹽對測定結(jié)果的影響，操作相對簡便，結(jié)果準(zhǔn)確度也較高。重鉻酸鹽氧化法、過硫酸鹽氧化法、臭氧氧化法和微波消解法等均采用了化學(xué)氧化法的原理。常規(guī)實(shí)驗(yàn)室常用的方法是重鉻酸鉀氧化-外加熱法（容量法）：在高溫條件下，用過量的重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化土壤中有機(jī)碳，并用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴過量的重鉻酸鉀，通過氧化過程中消耗重鉻酸鉀的量推算有機(jī)碳含量[6]，結(jié)合轉(zhuǎn)化系數(shù)計(jì)算有機(jī)質(zhì)的含量。為了能夠有效地消解土壤中的有機(jī)碳，通過稀釋加熱或者外加熱的方式進(jìn)行加熱，其中外加熱法氧化溫度較高（170～180℃），實(shí)驗(yàn)室一般采用油浴加熱，有機(jī)碳的氧化率可達(dá)90%～95%（相對于干燒法），本測定方法計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量需要輔助校正系數(shù)1.1，由于消解程度不同，不同質(zhì)地的土壤檢測結(jié)果存在一定的差異。

1.3?土壤光譜法

土壤的光譜反射特性是土壤基本性質(zhì)之一，與土壤的物化性質(zhì)密切相關(guān)[7]。不同土壤形態(tài)發(fā)射的特征曲線也有所不同，這種特性為研究土壤性狀提供了新的途徑和指標(biāo)[8]。土壤有機(jī)質(zhì)光譜測定法是一種間接有機(jī)質(zhì)的檢測方法，該方法是根據(jù)土壤自身的光譜特點(diǎn)，通過有機(jī)質(zhì)在特定光譜帶中反射率的變化估測有機(jī)質(zhì)含量。土壤光譜分析具有分析速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的在線檢測和無損檢測。趙鎖勞[9]等在2002年首次嘗試了運(yùn)用光譜法對我國黃土區(qū)有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，石樸杰[10]等通過以河南永城礦區(qū)復(fù)墾農(nóng)田為例，對土壤有機(jī)質(zhì)的實(shí)測含量與光譜測定結(jié)果進(jìn)行線性分析，建立了多種有機(jī)質(zhì)含量和高光譜估測模型，為土壤有機(jī)質(zhì)含量的特征光譜測定奠定了基礎(chǔ)。

2?有機(jī)質(zhì)測定方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜上對常用有機(jī)質(zhì)測定方法的分析，不同的有機(jī)質(zhì)檢測方法由于檢測原理和分析設(shè)備的不同，存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1?灼燒法

灼燒法操作簡單，適合大量樣品的快速測定。目前，TOC分析儀測定土壤有機(jī)碳含量的方法已經(jīng)被普遍接受，可以相對快速地完成實(shí)驗(yàn)室批量樣品的測定。就TOC分析法本身而言，有機(jī)碳測量值與有機(jī)質(zhì)含量之間的轉(zhuǎn)化系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對于不同質(zhì)地的土壤而言，其檢測結(jié)果存在差異。

2.2?化學(xué)氧化法

化學(xué)氧化法可以通過容量法和比色法來測定有機(jī)質(zhì)含量，不需要高端的預(yù)處理和檢測設(shè)備。重鉻酸鉀氧化—外加熱法（容量法）被廣泛用作實(shí)驗(yàn)室中土壤有機(jī)質(zhì)含量的檢測。但是該方法必須對待測土樣進(jìn)行風(fēng)干處理，樣品的前處理工作量較大。水稻土等處于長期淹水狀態(tài)的土壤，由于還原性物質(zhì)較多，重鉻酸鉀用量較多，會(huì)間接導(dǎo)致測定結(jié)果虛高。如果土壤有機(jī)質(zhì)含量超過150g/kg，在樣品稱樣量較少的情況下，測定結(jié)果會(huì)出現(xiàn)偏差。

2.3?土壤光譜法

光譜法操作簡單、方便，適合快速估測土壤有機(jī)質(zhì)含量。但是光譜測定過程中，測定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，由于土壤光譜形成是多種因素作用的結(jié)果，不同的土壤類型其光譜特征有所不同，諸如樣品處理不一致等因素可能導(dǎo)致結(jié)果差異，而且光譜儀設(shè)備價(jià)格昂貴，限制了其使用范圍。但是利用光譜法檢測相近地塊有機(jī)質(zhì)含量，可以滿足省時(shí)、省力和高效的要求。

3?結(jié)論與展望

常規(guī)的方法測定有機(jī)質(zhì)，通過現(xiàn)場采樣，實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析，耗時(shí)、費(fèi)力、效率低，但是具有一定的通用性，尤其是重鉻酸鉀氧化法廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐和科研、教學(xué)等領(lǐng)域。相比而言，光譜法在測定土壤有機(jī)質(zhì)具有更多的優(yōu)勢，尤其是結(jié)合了遙感技術(shù)，光譜測定有機(jī)質(zhì)含量將顯示出巨大的應(yīng)用前景。然而由于土壤光譜的復(fù)雜性和土壤光譜測定的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，測定設(shè)備昂貴等因素的限制，光譜的測定方法未能得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

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