土壤氨氮提取條件及其分析方法創(chuàng)新研究

呂保玉　白海強(qiáng)　潘艷　藍(lán)月存

摘要：采用正交試驗(yàn)優(yōu)化提取溫度、提取劑濃度、提取時(shí)間等土壤中氨氮的提取條件，研究提取條件對(duì)土壤中氨氮提取量的影響，并采用氣相分子吸收光譜法測定土壤中的氨氮含量。結(jié)果表明，土壤中氨氮提取的最佳條件為KCl提取劑濃度為2 mol/L，提取溫度為25 ℃，提取時(shí)間為30 min。實(shí)際樣品的加標(biāo)回收率為88.0%～105.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.8%～4.3%。經(jīng)t檢驗(yàn)，與HJ 634-2012比色法比較測定結(jié)果無顯著性差異。該測定方法簡單易行，可以滿足批量土壤氨氮含量的測定要求，有實(shí)際推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：土壤;氨氮;氣相分子吸收光譜法

中圖分類號(hào)：S151.9+3;O657.3? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）03-0141-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.03.031

Study on innovative extraction condition and analysis method to

contents of ammonium in soil

LYU Bao-yu，BAI Hai-qiang，PAN Yan，LAN Yue-cun

（Guangxi Environmental Monitoring Center Station，Nanning 530028，China）

Abstract： A innovative method for the determination of contents of the ammonium in the soil by gas phase molecular absorption spectrometry （GPMAS） was proposed. The orthogonal experiment was used to optimize the extraction conditions of ammonia nitrogen in soils such as extraction temperature， extractant concentration and extraction time. The effects of extraction conditions on the amount of ammonia nitrogen extracted from soil were studied. The results showed that the optimum conditions for ammonia nitrogen extraction in soil were as follows： KCl extract concentration was 2 mol/L， extraction temperature was 25℃， and extraction time was 30 min. The standard sample was recovered by gas phase molecular absorption spectrometry. The recoveries of the actual samples were 88.0%～105.5%， and the relative standard deviations were 3.8%～4.3%. Compared with the current industry standard methods， there was no significant difference in the results of the test by t test. The determination method is simple and easy， and can meet the requirements of large-scale determination contents of soil ammonia nitrogen， and has practical promotion value.

Key words： soil; ammonium; gas-phase molecular absorption spectrometry

近年來中國已成為世界上施用化肥最多的國家[1]，氮素是土壤中最重要的元素之一[2]，氮肥在土壤中積累并淋失致使周邊水體中氨氮污染日趨嚴(yán)重。從作物對(duì)土壤中氨氮的耐受性考慮，用高氨氮污水對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉，土壤受到氨氮污染時(shí)，會(huì)嚴(yán)重危害農(nóng)作物生長發(fā)育[3]。因此，對(duì)土壤氨氮進(jìn)行監(jiān)測并掌握其污染狀況勢在必行，土壤氨氮的提取工藝和測定方法成為研究熱點(diǎn)。已有提取工藝的研究報(bào)道均集中在單因素的提取條件研究上[4-6]。實(shí)際上，單因素之間必然存在交互作用，其研究結(jié)果與真實(shí)情況存在較大差異，需通過正交試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化，才能找到最佳提取條件。

此外，土壤中氨氮提取液的測定多用比色法和流動(dòng)注射法[7-10]，但這兩種方法所需試劑多且毒性大;比色法顯色5 h太久，且讀數(shù)易受浸提液中色度和濁度影響，不易批量分析。氣相分子吸收光譜法（簡稱GPMAS）是近年新興起的一種新穎分析技術(shù)，其經(jīng)一定的化學(xué)反應(yīng)，將待測成分轉(zhuǎn)化為氣體測定，不受水體中色度和濁度的影響，而且還具有批量分析速度快、試劑和樣品消耗量少等諸多優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外很多學(xué)者把GPMAS應(yīng)用到水體氮成分的研究[11-13]，并取得很好效果。但未有文獻(xiàn)報(bào)道該分析技術(shù)應(yīng)用于土壤氨氮的測定。

以提取液中氨氮含量為考察指標(biāo)，采用L9（34）正交試驗(yàn)綜合考察提取液濃度、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)土壤氨氮的影響，優(yōu)選出土壤氨氮的最佳提取工藝條件。其提取液用GPMAS分析技術(shù)測定，并與《土壤 氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的測定氯化鉀溶液提取-分光光度法》（HJ 634-2012）標(biāo)準(zhǔn)方法獲得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，尋求更便捷、快速、污染低、可批量測定的方法。

1? 材料與方法

1.1? 儀器與試劑

AJ-3000Plus全自動(dòng)氣相分子吸收光譜儀（上海安杰環(huán)?？萍加邢薰荆?SHA-B數(shù)顯水浴恒溫振蕩器;哈希DR/4000V分光光度計(jì)。

鹽酸、無水乙醇、氫氧化鈉、溴酸鉀、溴化鉀、無氨水，以上試劑均為分析純。

1.2? 儀器工作條件

氮?dú)馄砍隹趬毫?.3 MPa;樣品進(jìn)樣蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速50 r/min，試劑蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速40.0 r/min;氧化劑蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速30.0 r/min，加熱關(guān)閉，測量時(shí)間5 s;檢測波長213.9 nm。

1.3? 土樣

以廣西南寧4個(gè)代表性用地（S1林地土，S2稻田土，S3茶園土，S4菜園土）作為樣品采集點(diǎn)，土樣的采集和制備按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 166-2004）的要求進(jìn)行。

1.4? 方法

1.4.1? 提取液樣品的制備? 稱取40.0 g新鮮土樣，放入500 mL聚乙烯瓶中，加入200 mL提取液，在恒溫水浴振蕩器中振蕩提取一定時(shí)間。轉(zhuǎn)移約80 mL提取液于100 mL聚乙烯離心管中，在3 000 r/min條件下離心10 min。取10.0 mL上清液至100 mL具塞比色管中，用于比色，另外取20 mL上清液至氣相分子色譜儀的樣品管中，放于自動(dòng)進(jìn)樣盤上測定。

1.4.2? 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)? 《土壤 氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的測定氯化鉀溶液提取-分光光度法》（HJ 634-2012）選用1 mol/L KCl，有人認(rèn)為 2 mol/L KCl 更適合做提取劑， 其較大的鹽離子濃度有利于提高測定結(jié)果的穩(wěn)定性[14]，本次選用1、2、3 mol/L的KCl溶液作對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)選取S2稻田土，以氨氮提取量為考察指標(biāo)，對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化選擇。以提取時(shí)間（A）、提取劑濃度（B）、提取溫度（C）為考察因素，進(jìn)行3因素3 水平的正交試驗(yàn)，因素與水平見表 1，D為空白列。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表1設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行極差分析（表2）和方差分析（表3）。經(jīng)過極差比較分析可知，極差R越大，說明該因素對(duì)土壤中氨氮提取量的影響越大，各因素對(duì)土壤中氨氮提取量影響作用的主次關(guān)系為B>A>C，即提取劑KCl濃度>提取時(shí)間>提取溫度。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平范圍內(nèi)，優(yōu)化得到土壤中氨氮的提取最佳條件為A2B2C3，即用2 mol/L KCl提取劑，在25 ℃恒溫水浴振蕩器中振蕩提取30 min。

由表3方差分析可知，因子B最重要。由提取劑B引起的波動(dòng)占75.8%，對(duì)土壤中氨氮的提取量影響具有顯著差異（P<0.05）;因子A引起的波動(dòng)占18.6%;因子C貢獻(xiàn)率最小，占4.6%，可以忽略，故在提取過程中，可選擇室溫;A、C因素不同水平對(duì)土壤中氨氮提取量影響無顯著差異（P>0.05）。

2.2? 最佳條件驗(yàn)證結(jié)果

為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，以保證提取工藝的合理可行性，選用S2稻田土按A2B2C3提取，用GPMAS測定，進(jìn)行5次驗(yàn)證試驗(yàn)，得出S2稻田土氨氮平均提取量為2.36 mg/kg，RSD為0.7%。用HJ 634-2012標(biāo)準(zhǔn)中給的提取條件A3B1C2，即用1 mol/L KCl提取劑在20 ℃恒溫水浴振蕩器中振蕩提取60 min，GPMAS測定，進(jìn)行5次驗(yàn)證試驗(yàn)，得出S2稻田土氨氮平均提取量為2.25 mg/kg，RSD為1.1%。由此可以判斷本試驗(yàn)的提取工藝優(yōu)于HJ 634-2012標(biāo)準(zhǔn)中給出的提取條件，且具有較好的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

2.3? 精密度和準(zhǔn)確度

繼續(xù)選用氨氮含量為2.36 mg/kg的S2稻田土進(jìn)行加標(biāo)分析，加標(biāo)量分別為50、100、200 μg，按照最佳工藝條件A2B2C3提取， GPMAS測定，每個(gè)重復(fù)5次，結(jié)果見表4。由表4可知，實(shí)際樣品加標(biāo)回收率為88.0%～105.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD分別為4.1%、4.3%、3.8%，該方法具有較高的準(zhǔn)確度和精密度，滿足試驗(yàn)要求。

2.4? 樣品測定

為進(jìn)一步考察優(yōu)化試驗(yàn)方法的適用性及可靠性，分別選取4種廣西具有代表性的土壤樣品測試，按照最佳工藝條件A2B2C3提取，GPMAS測定，并與HJ 634-2012標(biāo)準(zhǔn)中的比色法作比對(duì)，各樣品重復(fù)5次，2種方法測定結(jié)果見表5。根據(jù)t檢驗(yàn)結(jié)果，4種土壤的2種方法經(jīng)過t檢驗(yàn)，P>0.05，表明2種方法測定結(jié)果無顯著性差異。比色法結(jié)果略高于GPMAS，可能是受土壤提取液中色度和濁度的影響造成的。

3? 結(jié)論

通過L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化了土壤中氨氮的提取條件，氣相分子吸收光譜法測定土壤中的氨氮，得出最佳提取條件為2 mol/L KCl提取劑在25 ℃的恒溫水浴振蕩器中振蕩提取30 min。各因素對(duì)土壤中氨氮提取量的影響作用主次關(guān)系為提取劑濃度>提取時(shí)間>提取溫度。提取劑濃度最重要，對(duì)土壤中氨氮提取量的影響具有顯著差異;提取時(shí)間、提取溫度對(duì)土壤中氨氮提取量影響無顯著差異。對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行高、中、低3種加標(biāo)進(jìn)行精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)，加標(biāo)回收率為88.0%～105.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.1%、4.3%、3.8%，該方法具有較高的準(zhǔn)確度和精密度，滿足試驗(yàn)要求;氣相分子吸收光譜法測定土壤中氨氮含量，與HJ 634-2012比色法相比，t檢驗(yàn)結(jié)果無顯著差異。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方淑榮，劉正庫.論農(nóng)業(yè)面源污染及其防治對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)科技管理，2006，25（3）：22-23.