杜馬斯燃燒法和凱式定氮法在小麥氮含量測定中的應(yīng)用研究

王 雪

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物系統(tǒng)分析與決策重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095）

氮素是組成蛋白質(zhì)、氨基酸等重要生物大分子的關(guān)鍵元素。作為促進(jìn)作物生長、產(chǎn)量形成和品質(zhì)改善的重要指標(biāo)，其實(shí)際含量的測定尤為必要。目前，常用的作物氮素含量的測定方法主要分為：以遙感技術(shù)監(jiān)測的野外非破壞性實(shí)時監(jiān)測和室內(nèi)破壞性實(shí)際測定。Kjeldahl 于1883 年提出了凱氏法定氮方法，但其消煮時間長、測試環(huán)節(jié)多、使用危險(xiǎn)化學(xué)試劑，對于批量樣品來說，檢測任務(wù)繁重、耗時、費(fèi)力，同時易造成環(huán)境污染等典型問題，這也成為室內(nèi)快速定氮研究中的一個重要障礙。Jean Baptiste Dumas 于1831 年提出的杜馬斯定氮燃燒法，目前在食品（如奶粉）、飼料（如大豆）等檢驗(yàn)領(lǐng)域均有應(yīng)用，但在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用卻發(fā)展緩慢。尤其是植株整個生長過程中隨著生育期的不同，植株的葉片、莖稈、穗的氮含量都時刻發(fā)生變化，需要一種能夠快速、準(zhǔn)確、高效的方法來測定大批量的植株樣品的全氮。文章探究杜馬斯燃燒法在小麥全生育期的應(yīng)用，為大批量測定植株全氮提供一種新的方法和借鑒。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與制備

樣品品種為寧麥13、徐麥30、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥14、揚(yáng)麥16。樣品生育期為拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期的不同器官。其中寧麥13、徐麥30 為小區(qū)試驗(yàn)、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥14、揚(yáng)麥16 為大田試驗(yàn)。樣品具體數(shù)量和種類見表1 和表2。

表1 小區(qū)試驗(yàn)樣品信息表Tab.1 The sample information table of plot test

1.2 測定方法

1.2.1 杜馬斯燃燒法

采用德國Rapid NIII 氮/蛋白質(zhì)分析儀（由德國Elementar Analysensysteme GmbH 公司開發(fā)），取樣品200 mg 于錫箔紙中，壓實(shí)，置于自動落樣器中。樣品落入燃燒反應(yīng)爐，在加熱爐溫 度 分 別 為Comb.tube：960℃；Postcomb.tube：800℃；Reduct.tube：815℃，O2減壓閥輸出壓力大約0.22 Mpa；CO2減壓閥輸出壓力大約0.12 Mpa；FlowCO2約650 mL/min 的條件下進(jìn)行燃燒，燃燒生成的氣體在載氣CO2攜帶被氧化銅和鉑混合物充分氧化。燃燒生成的氮氧化物被鎢還原為分子氮，同時過量的氧也會被結(jié)合。通過一系列的吸收劑將干擾成分和水蒸氣從被檢測氣流中除去。最后通過TCD 檢測器來檢測CO2載氣流中剩余的氮。根據(jù)樣品的質(zhì)量和存貯的校正曲線形成的檢測信號，就可自動計(jì)算、打印和存儲被測樣品中的氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。測試方法選擇系統(tǒng)中提供的標(biāo)準(zhǔn)方法。氮含量用樣品中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。

1.2.2 凱式定氮法

凱氏定氮法按照國標(biāo)法進(jìn)行測定和計(jì)算。

表2 大田試驗(yàn)樣品信息表Tab.2 The sample information table of field

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的全氮測定

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)樣品為生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，由國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)提供。樣品為GBW10010（GSB-1）和GBW10011（GSB-2），氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為（1.61+0.04）%和（2.40+0.06）%。每個標(biāo)準(zhǔn)樣品測試10 次。

由測定結(jié)果可見，杜馬斯燃燒法和凱式定氮法測量2 種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率在99.58%～101%，2 種實(shí)驗(yàn)方法的準(zhǔn)確度均較高（約95%～102%）；杜馬斯燃燒法和凱式定氮法測量2 種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的變異系數(shù)在0.28%～0.05%（cv＜0.05），2 種試驗(yàn)方法的精確度均較高；2 種方法均滿足實(shí)驗(yàn)條件，所測數(shù)據(jù)可靠可信。

2.2 不同品種小麥全生育期的全氮的測定

將不同品種、不同生育期的樣品進(jìn)行3 次重復(fù)測定，取平均值，進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)的測定。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對于穗部，通過不同樣品的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差測定，杜馬斯燃燒法的氮的損失量比凱氏定氮法的小，均一化程度比較高；同樣的方法進(jìn)行葉片的測定，得到了相同的結(jié)果；對于莖稈，不同的樣品測定的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差有所不同。綜上，杜馬斯燃燒法可以用于小麥氮含量的測定，效果比凱氏定氮法更好。

2.3 兩種方法的相關(guān)性分析

對上述2 種方法的測定數(shù)據(jù)間顯著性采用Excel 軟件中分析工具庫t- 檢驗(yàn)，進(jìn)行成對雙樣品均值分析，測定數(shù)據(jù)間進(jìn)行相關(guān)性分析，利用直線方程進(jìn)行回歸，并統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)系數(shù)的顯著性。

對小麥全生育期的所有樣品全氮含量測定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，兩種方法回歸直線方程為Y（Dumas-N）=1.0785×（Kjeldahl-N）+0.0793，相關(guān)系數(shù)R2=0.94（P＜0.05）。

3 結(jié)論與討論

綜上所述，杜馬斯燃燒法可以替代凱氏消解法。杜馬斯燃燒法在測定小麥穗部和葉片全氮含量時，具有更高的靈敏性，同時杜馬斯燃燒法具有省時省力、安全高效的特性，但杜馬斯定氮儀的價(jià)格相對較高，未來如果能降低成本，將在小麥大批量的測定具有廣泛的應(yīng)用前景。