土壤中全氮及水解氮含量的測(cè)定

土壤中氮素絕大部分為有機(jī)的結(jié)合形態(tài)。無機(jī)形態(tài)的氮一般占全氮的1％～5％。土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的消長(zhǎng)，主要決定于生物積累和分解作用的相對(duì)強(qiáng)弱以及氣候、植被、耕作制度諸因素，特別是水熱條件，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素含量有顯著的影響。
　
　
(一)土壤全氮量的測(cè)定

測(cè)定土壤全氮量的方法主要可分為干燒法和濕燒法兩類。濕燒法就是常用的凱氏法。這個(gè)方法是丹麥人凱道爾(J．KJeldahl)于1883年用于研究蛋白質(zhì)變化的，后來被用來測(cè)定各種形態(tài)的有機(jī)氮。由于設(shè)備比較簡(jiǎn)單易得，結(jié)果可靠，為一般實(shí)驗(yàn)室所采用。下面介紹目前廣泛采用的半微量凱氏法。

樣品在加速劑的參與下，用濃硫酸消煮時(shí)，各種含氮有機(jī)化合物，經(jīng)過復(fù)雜的高溫分解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氨，與硫酸結(jié)合成硫酸銨。堿化后蒸餾出來的氨用硼酸吸收，以標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定，求出土壤全氮含量(不包括全部硝態(tài)氮)。
包括硝態(tài)和亞硝態(tài)氮的全氮測(cè)定，在樣品消煮前，需先用高錳酸鉀將樣品中的亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮后，再用還原鐵粉使全部硝態(tài)氮還原，轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮。
在高溫下硫酸是一種強(qiáng)氧化劑，能氧化有機(jī)化合物中的碳而分解有機(jī)質(zhì)。
　
　
儀器、設(shè)備及試劑
1.儀器
消煮爐，半微量蒸餾裝置，半微量滴定管(5mL)。
　
2.試劑

(1)10mol·L-1NaOH溶液：稱取420g工業(yè)用固體NaOH于硬質(zhì)玻璃燒杯中，加蒸餾水400mL溶解，不斷攪拌，冷卻后倒人塑料試劑瓶，加塞，(放置幾天)待Na2C％沉降后，將清液虹吸人盛有160mL無CO2的水中，以去CO2的蒸餾水定容至1
L。
(2)甲基紅—溴甲酚綠混合指示劑：0.5g溴甲酚綠和0.1 g甲基紅溶于100mL 95％的乙醇中。
(3)20g·L-1H3BO3：20g H3BO3 (化學(xué)純)溶于1
L水中，每升H3BO3溶液中加入甲基紅—溴甲酚綠混合指示劑5mL，并用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)至微紫紅色，此時(shí)該溶液的pH為4.8。指示劑用前與硼酸混合，此試劑宜現(xiàn)配，不宜久放。

(4)混合加速劑：100gK2SO4、10gCuS04·5H2O和1gSe粉混合研磨，通過80號(hào)篩充分混勻，貯于具塞瓶中。消煮時(shí)每毫升H2SO4加0.37g混合加速劑。
(5)0.02 mol·L-1硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液：量取2.83 mL H2SO4，加水稀釋至5 000mL，然后用標(biāo)準(zhǔn)堿或硼砂標(biāo)定之。
(6)高錳酸鉀溶液：25g高錳酸鉀溶于500mL無離子水，貯于棕色瓶中。
(7)還原鐵粉：磨細(xì)通過孔徑0.149mm(100目)篩。
　
　
方法和步驟
1.樣品制備
稱取風(fēng)干土樣(通過0.149mm篩)1.0000g。
　
2.土樣消煮
①不包括硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的消煮：將土樣送人干燥的凱氏瓶底部，用少量無離子水(0.5～1mL)濕潤(rùn)土樣后，加入2g加速劑和5mL濃硫酸，搖勻，將開氏瓶?jī)A斜置于300W變溫電爐上，用小火加熱，待瓶?jī)?nèi)反應(yīng)緩和時(shí)(10～15min)，加強(qiáng)火力使消煮的土液保持微沸，加熱的部位不超過瓶中的液面，以防瓶壁溫度過高而使銨鹽受熱分解，導(dǎo)致氮素?fù)p失。消煮的溫度以硫酸蒸氣在瓶頸上部1／3處冷凝回流為宜。待消煮液和土粒全部變?yōu)榛野咨詭ЬG色后，再繼續(xù)消煮1
h。消煮完畢，冷卻，待蒸餾。在消煮土樣的同時(shí)，做兩份空白測(cè)定，除不加土樣外，其他操作皆與測(cè)定土樣相同。
②包括硝態(tài)和亞硝態(tài)氮的消煮：將土樣送人干燥的凱氏瓶底部，加1mL高錳酸鉀溶液，搖動(dòng)凱氏瓶，緩緩加入1：1硫酸2mL，不斷轉(zhuǎn)動(dòng)凱氏瓶，然后放置5min，再加入1滴辛醇。通過長(zhǎng)頸漏斗將0.50g(±0.01g)還原鐵粉送人凱氏瓶底部，瓶口蓋上小漏斗，轉(zhuǎn)動(dòng)凱氏瓶，使鐵粉與酸接觸，待劇烈反應(yīng)停止時(shí)(約5min)，將凱氏瓶置于電爐上緩緩加熱45min(瓶?jī)?nèi)土液應(yīng)保持微沸，以不引起大量水分丟失為宜)。待凱氏瓶冷卻后，通過長(zhǎng)頸漏斗加2g加速劑和5mL濃硫酸，搖勻。按上述①的步驟，消煮至土液全部變?yōu)辄S綠色，再繼續(xù)消煮1
h。消煮完畢，冷卻，待蒸餾。在消煮土樣的同時(shí)，做兩份空白測(cè)定。
　
3.氨的蒸餾
①蒸餾前先檢查蒸餾裝置是否漏氣，并通過水的餾出液將管道洗凈。
②待消煮液冷卻后，用少量無離子水將消煮液全部轉(zhuǎn)入蒸餾器內(nèi)，并用水洗滌凱氏瓶4～5次(總用水量不超過30—35mL)。若用半自動(dòng)式自動(dòng)定氮儀，不需要轉(zhuǎn)移，可直接將消煮管放人定氮儀中蒸餾。
于150mL錐形瓶中，加入20g·L-1硼酸指示劑混合液5mL，放在冷凝管末端，管口置于硼酸液面以上3～4
cm處。然后向蒸餾室內(nèi)緩緩加入10mol·L-1NaOH溶液20mL，通入蒸汽蒸餾，待餾出液體積約50mL時(shí)，即蒸餾完畢。用少量已調(diào)節(jié)至pH4.5的水洗滌冷凝管的末端。
　
4.測(cè)定
用0.01mol·L-1H2SO4或0.01mol·L—1HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定餾出液，至餾出液由藍(lán)綠色剛變?yōu)樽霞t色為止。記錄所用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(mL)�？瞻诇y(cè)定所用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，一般不得超過0.4mL。
　
5.計(jì)算
式中：V——滴定試液時(shí)所用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；
V0——滴定空白時(shí)所用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；
c——H2SO4或HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol·L—1；
m——風(fēng)干土樣的質(zhì)量，g。
兩次平行測(cè)定結(jié)果允許絕對(duì)相差：土壤含氮量大于1.0g·kg-1時(shí)，不得超過0.005％；含氮1.0～0.6g·k
kg-1時(shí)，不得超過0.004％；含氮<0.6g·kg-1時(shí)，不得超過0.003％。
　
　
注意事項(xiàng)
①對(duì)于微量氮的滴定還可以用另一更靈敏的混合指示劑，即0.099
g溴甲酚綠和0.066g甲基紅溶于100mL乙醇中。20g·L—1H3BO3指示劑溶液的配制：稱取硼酸(分析純)20g溶于約950mL水中，加熱攪動(dòng)直至H3BO3溶解，冷卻后，加入混合指示劑20吐混勻，并用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)至紫紅色(pH約5)，加水稀釋至1L混勻備用。宜現(xiàn)配。
②一般應(yīng)使樣品中含氮量為1.0～2.0mg，如果土壤含氮量在2g·kg-1以下，應(yīng)稱土樣1g；含氮量在2.0～4.0g·kg-1者，應(yīng)稱0.5～1.0g；含氮量在4.0g·kg-1以上者應(yīng)稱0.5g。
③硼酸的濃度和用量以能滿足吸收NH3為宜，大致可按每毫升10g·L-1H3BO3能吸收氮(N)量為0.46噸計(jì)算。例如，20g·L-1
H3BO3溶液5mL最多可吸收的氮(N)量為5X2X0.46=4.6mg。因此，可根據(jù)消煮液中含氮量估計(jì)硼酸的用量，適當(dāng)多加。
④在半微量蒸餾中，冷凝管口不必插入硼酸液中，這樣可防止倒吸減少洗滌手續(xù)。但在常量蒸餾中，由于含氮量較高，冷凝管須插入硼酸溶液，以免損失。
　
(二)土壤水解氮的測(cè)定（堿解擴(kuò)散法）
土壤水解氮也稱土壤有效氮，它包括無機(jī)態(tài)氮和部分有機(jī)物質(zhì)中易分解的比較簡(jiǎn)單的有機(jī)態(tài)氮，它是氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨基酸、酰銨和易水解的蛋白質(zhì)氮的總和。測(cè)定水解氮可以了解一定時(shí)期(如一個(gè)生長(zhǎng)季或一年)內(nèi)土壤中氮素的供應(yīng)水平，對(duì)于制定改土培肥規(guī)劃、擬定合理施肥方案、確定田間施肥量和作物管理等都有參考價(jià)值。
本實(shí)驗(yàn)所述堿解擴(kuò)散法是利用稀堿與土樣在一定條件下進(jìn)行水解作用，使土壤中易水解的有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨氣狀態(tài)，并不斷地?cái)U(kuò)散逸出，連同土壤中原有的氨態(tài)氮一并由硼酸吸收，再用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定，計(jì)算出水解性氮的含量。但此法測(cè)得的有效氮中不包括土壤中的硝態(tài)氮。
　
儀器、設(shè)備及材料
1.儀器與設(shè)備
土樣篩(1mm) 電子天平 擴(kuò)散皿 溫箱 半微量滴定管
2.試劑
(1)1mol·L—1NaOH溶液：40g化學(xué)純NaOH溶于1L水中。
(2)堿性甘油：最簡(jiǎn)單的配法是在甘油中溶解幾小粒固體NaOH即成。
(3)2％硼酸溶液(內(nèi)含溴甲酚綠—甲基紅指示劑)：將20gH3B03溶于1
L水中，加入溴甲酚綠—甲基紅指示劑10mL，并用稀NaOH(約0.1mol·L-1)或稀HCl(0.1mol·L-1)調(diào)節(jié)至紫紅色(pH4.5)。
(4)溴甲酚綠—甲基紅指示劑：0.5g溴甲酚綠和0.1g甲基紅溶于100mL95％酒精中。
(5)0.01mol·L-1HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液：先配制1.0mol·L-1HCl溶液，稀釋100倍，用硼砂或180℃下烘干的Na2CO3標(biāo)定其準(zhǔn)確的濃度。
　
方法與步驟

稱取風(fēng)干土樣(通過1mm篩)2.00g，置于擴(kuò)散皿外室，輕輕地旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散皿使土壤均勻地鋪平。取2mL2％硼酸指示劑放于擴(kuò)散皿內(nèi)室，然后在擴(kuò)散皿外室邊緣涂上堿性甘油，蓋上毛玻璃，旋轉(zhuǎn)數(shù)次，使皿邊與毛玻璃完全粘合，再漸漸轉(zhuǎn)開毛玻璃一邊，使擴(kuò)散皿外室露出一條狹縫，迅速加入10.0
mL濃度為1mol·L-1NaOH，立即蓋嚴(yán)，再用橡皮筋圈緊，使毛玻璃固定。隨后放人40±l℃恒溫箱中，堿解擴(kuò)散24±0.5h后取出。內(nèi)室吸收液中的氨氣用半微量滴定管裝盛0.01mol·L—1HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(由藍(lán)色滴到微紅色)。在樣品測(cè)定同時(shí)進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，矯正試劑和滴定操作中的誤差。
結(jié)果計(jì)算按下式：
式中：V，Vo——土樣測(cè)定和空白實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)HCl的體積，mL；
c——標(biāo)準(zhǔn)酸的濃度，mol·L·；
14.0——氮原子的摩爾質(zhì)量；
W——風(fēng)干土土樣稱重，g；
兩次平行測(cè)定結(jié)果允許誤差為5mg·kg-1。