土壤中磷的测定
土壤中磷的测定
5.1概述
土壤全磷(P)量是指土壤中各种形态磷素的总和。我国土壤全磷的含量(以P,g·kg-1表示)从第二次国各地土壤普查资料来看,大致在0.44~0.85 g·kg-1范围内,最高可达1.8 g·kg-1, 低的只有0.17 g·kg-1。南方酸性土壤全磷含量一般低于0.56g·kg-1;北方石灰性土壤全磷含量则较高。
土壤全磷含量的高低,受土壤母质、成土作用和耕作施肥的影响很大。一般而言,基性火成岩的风化母质含磷多于酸性火成岩的风化母质。我国黄土母质全
--磷含量比较高,一般在0.57g·kg1~0.70g·kg1之间。另外土壤中磷的含量与土壤
质地和有机质含量也有关系。粘土含磷多于砂性土,有机质丰富的土壤含磷亦较多。磷在土壤剖面中的分布,耕作层含磷量一般高于底土层。
大量资料的统计结果表明,我国不同地带的气候区的土壤其速效磷含量与全磷含量呈正相关的趋势。
在全磷含量很低的情况下(P0.17~0.44g·kg-1以下),土壤中有效磷的供应也常感不足,但是全磷含量较高的土壤,却不一定说明它已有足够的有效磷供应当季作物生长的需要,因为土壤中磷大部分成难溶性化合物存在。例如我国大面积发育于黄土性母质的石灰性土壤,全磷含量均在0.57~0.79g·kg-1之间,高的
-在0.87g·kg1以上。但由于土壤中大量游离碳酸钙的存在,大部分磷成为难溶性的磷酸钙盐,能被作物吸收利用的有并效磷含量很低,施用磷肥有明显的增产效果。因此,从作物营养和施肥的角度看,除全磷分析外,特别要测定土壤中有效磷含量,这样才能比较全面地说明土壤磷素肥力的供应状况。
土壤中磷可以分为有机磷和无机磷两大类。矿质土壤以无机磷为主,有机磷约占全磷的20%~50%。土壤有机磷是一个很复杂的问题,许多组成和结构还不清楚,大部分有机磷,以高分子形态存在,有效性不高,这一直是土壤学中一个重要的研究课题。
土壤中无机磷以吸附态和钙、铁、铝等的磷酸盐为主,土壤中无机磷存在的形态受pH的影响很大。石灰性土壤中以磷酸钙盐为主,酸性土壤中则以磷酸铝和磷酸铁占优势。中性土壤中磷酸钙、磷酸铝和磷酸铁的比例大致为1:1:1。酸性土壤特别是酸性红壤中,由于大量游离氧化铁存在,很大一部分磷酸铁被氧化铁薄膜包裹成为闭蓄态磷,磷的有效性大大降低。另外,石灰性土壤中游离碳酸钙的含量对磷的有效性影响也很大,例如磷酸一钙、磷酸二钙、磷酸三钙等随着钙与磷的比例增加,其溶解度和有效性逐渐降低。因此,进行土壤磷的研究时,除对全磷和有效磷测定外,很有必要对不同形态磷进行分离测定,磷的分级方法就是用来分离和测定不同形态磷的。
5.2土壤全磷的测定
5.2.1土壤样品的分解和溶液中磷的测定
土壤全磷测定要求把无机磷全部溶解,同时把有机磷氧化成无机磷,因此全磷的测定,第一步是样品的分解,第二步是溶液中磷的测定。
5.2.1.1土壤样品的分解 样品分解有NaCO3熔融法、HClO4—H2SO4消煮法、HF—HClO4消煮法等。目前 HClO4—H2SO4消煮法应用最普遍,因为操作方便,又不需要白金坩埚,虽然HClO4—H2SO4消煮法不及NaCO3融煮法样品分解完
全,但其分解率已达到全磷分析的要求。NaCO3熔法虽然操作手续较繁,但样品分解完全,仍是全磷测定分解的标准方法。目前我国已将NaOH碱熔钼锑抗比色法列为国家标准法。样品可在银或镍坩埚中用NaOH熔融是分解土壤全磷(或全钾)比较完全和简便方法。
5.2.1.2溶液中磷的测定 溶液中磷的测定,一般都用磷钼蓝比色法。多年来,人们对钼蓝比色法进行了大量的研究工作,特别是在还原剂的选用上有了很大改革。最早常用的还原剂有氯化亚锡、亚硫酸氢钠等,以后采用有机还原剂如1,2,4-胺基萘酚磺酸、硫酸联氨、抗坏血酸等,目前应用较普遍的是钼锑抗混合试剂。
还原剂中的氯化亚锡的灵敏度最高,显色快,但颜色不稳定。土壤速效磷的速测方法仍多用氯化亚锡作还原剂。抗坏血酸是近年被广泛应用的一种还原剂,它的主要优点是生成的颜色稳定,干扰离子的影响较小,适用范围较广,但显色慢,需要加温。如果溶液中有一定的三价锑存在时,则大大加快了抗坏血酸的还原反应,在室温下也能显色。
5.2.1.2.1溶液中磷的测定 加钼酸铵于含磷的溶液中,在一定酸度条件下,溶液中的正磷酸与钼酸络合形成磷钼杂多酸。
H3PO4+12H2MoO4=H3[PMo12O40]+12H2O
杂多酸是由两种以上简单分子的酸组成的复杂的多元酸,是一类特殊的配合物。在分析化学中,主要是在酸性溶液中,利用H3PO4或H4SiO4等作为原酸,提供整个配合阳离子的中心体,再加钼酸根配位使生成相应的12-钼杂多酸,然后再进行光度法、容量法或重量法测定。
磷钼酸的铵盐不溶于水,因此,在过量铵离子存在下,同时磷的浓度较高量,即生成黄色沉淀磷钼酸铵(NH4)3[PMo12O40],这是质量法和容量法的基础。当少量磷存在时,加钼酸铵则不产生沉淀,仅使溶液略现黄色[PMo12O40]3-,其吸光度很低,加入NH4VO3使生成磷钒钼杂多酸。磷钒钼杂多酸是由正磷酸、钒酸和钼酸三种酸组合而成的杂多酸,称为三元杂多酸H3 (PMo11VO40)·nH2O。根据这个化学式,可以认为磷钒钼酸是用一个钒酸根取代12-钼磷酸分子中的一个钼酸的结果。三元杂多酸比磷钼酸具有更强的吸光作用,亦即有较高的吸光度,这是钒钼黄法测定的依据。但是在磷较少的情况下,一般都用更灵敏的钼蓝法,即在适宜试剂浓度下,加入适当的还原剂,使磷钼酸中的一部分Mo6+离子被还原为Mo5+,生成一种叫做“钼蓝”的物质,这是钼蓝比色法的基础。蓝色产生的速度、强度、稳定性等与还原剂的种类、试剂的适宜浓度特别是酸度以及干扰离子等有关。
5.2.1.2.2还原剂的种类 对于杂多酸还原的产物——钼蓝及其机理,虽然有很多人作过研究,但意见不一致。目前一般认为,杂多酸的蓝色还原产物是由Mo6+和原子构成,仍维持12-钼磷酸的原有结构不变,且Mo5+不再进一步被还原。一般认为磷钼杂多蓝的组成可能为H3PO4·10 MoO3·Mo2O5或H3PO4·8 MoO3·2Mo2O5,说明杂多酸阳离子中有两个或四个Mo6+被还原到Mo5+(有的书上把磷钼杂多蓝的组成写成H3PO4·10 MoO3·2MoO2,这样钼原子似乎被还原到四价,这是不大可能的)。
与钒相似,锑也能与磷钼酸反应生成磷锑钼三元杂多酸,其组成为P:Sb:Mo=1:2:12,此磷锑钼三元杂多酸在室温下能迅速被抗坏血酸还原为蓝色的络合物,而且还原剂与钼试剂配成单一溶液,一次加入,简化了操作手续,有利于测定方法的自动化。
H3PO4、H3AsO4和H3SiO4都能与钼酸结合生成杂多酸,在磷的测定中,硅的干扰可以控制酸度抑制之。磷钼杂多酸在较高酸度下形成(0.4~0.8mol·L-1,H+),而硅钼酸则在较低
酸度下生成;砷的干扰则比较难克服,所幸,土壤中砷的含量很低,而且砷钼酸还原速度较慢,灵敏度较磷低,在一般情况下,不致影响磷的测定结果。但是在使用农药砒霜量,要注意砷的干扰影响,在这种情况下,在未加钼试剂之前将砷还原成亚砷酸而克服之。
在磷的比色测定中,三价铁也是一种干扰离子,它将影响溶液的氧化还原势,抑制蓝色的生成。在用SnCl2作还原剂时,溶液中的Fe3+不能超过20mg·kg-1,因此过去全磷分析中,样品分解强调用NaCO3熔融或HClO4消化,进入溶液的Fe3+较少。但是用抗坏血酸作还原剂,Fe3+含量即使超过400 mg·kg-1,仍不致产生干扰影响。因为抗坏血酸能与Fe3络合,保持溶液的氧化还原势。因此,磷的钼蓝比色法中,抗坏血酸作为还原剂已广泛被采用。
钼蓝显色是在适宜的试剂浓度下进行的。不同方法所要求的适宜试剂浓度不同。所谓试剂的适宜浓度是指酸度。钼酸铵浓度以及还原剂用量要适宜,使一定浓度的磷产生最深最稳定的蓝色。磷钼杂多酸是一定酸度条件下生成的,过酸与不足均会影响结果。因此在磷的钼蓝比色测定中酸度的控制最为重要。不同方法有不同的酸度范围。兹将常用的三种钼蓝法的工作范围和各种试剂在比色液中的最终浓度列于表5-1。
上述三种方法SnCl2-H2SO4体系最灵敏,钼锑抗—硫酸体系的灵敏度接近SnCl2-H2SO4体系,而显色稳定,受干扰离子的影响亦较小,更重要的是还原剂与钼试剂配成单一溶液,一次加入,简化了操作手续,有利于测定方法的自动化,因此目前钼锑抗—硫酸体系被广泛采用。
5.2.2土壤全磷测定方法之一——HClO4—H2SO4法
5.2.2.1方法原理 用高氯酸分解样品,因为它既是一种强酸,又是一种强氧化剂,能氧化有机质,分解矿物质,而且高氯酸的脱水作用很强,有助于胶状硅的脱水,并能与Fe3+络合,在灰的比色测定中抑制了硅和铁的干扰。硫酸的存在提高消化液的温度,同时防止消化过程中溶液蒸干,以利消化作用的顺利进行。本法用于一般土壤样品分解率达97%~98%,但对红壤性土壤样品分解率只有95%左右。溶液中磷的测定采用钼锑抗比色法(其原理见5.2.1.2)
5.2.2.2主要仪器 721型分光光度计;LNK-872型红外消化炉。
5.2.2.3试剂
(1)浓硫酸(H2SO4,ρ≈1.84 g·cm-3,分析纯)。
(2)高氯酸[CO(HClO4)≈70%~72%,分析纯]。
(3)2,6-二硝基酚或2,4-二硝基酚指示剂溶液。溶解二硝基酚0.25g于100mL水中。此指示剂的变色点约为pH3,酸性时无色,碱性时呈黄色。
(4)4mol·L-1氢氧化钠溶液,。溶解NaOH16g于100mL水中。
(5)2mol·L-1(1/2H2SO4)溶液,吸取浓硫酸6mL,缓缓加入80mL水中,边加边搅动,冷却后加水至100mL。
(6)钼锑抗试剂。A.5 g·L-1酒石酸氧锑钾溶液:取酒石酸氧锑钾
[K(SbO)C4H4O6]0.5g,溶解于100mL水中。B.钼酸铵—硫酸溶液:称取钼酸铵
[(NH4)6Mo7O24·4H2O]10g,溶于450mL水中,缓慢地加入153mL浓H2SO4,边加边搅。再将上述A溶液加入到B溶液中,最后加水至1L。充分摇匀,贮于棕色瓶中,此为钼锑混合液。
临用前(当天),称取左旋抗坏血酸(C6H8O5,化学纯)1.5g,溶于100mL钼锑混合液中,混匀,此即钼锑抗试剂。有效期24小时,如藏冰箱中则有效期较长。此试剂中H2SO4为5.5mol·L-1(H+),钼酸铵为10 g·L-1,酒石酸氧锑钾为0.5 g·L-1,抗坏血酸为1.5 g·L-1。
(7)磷标准溶液。准确称取在105℃烘箱中烘干的KH2PO(分析纯)0.2195g,4
溶解在400mL水中,加浓H2SO45mL(加H2SO4防长霉菌,可使溶液长期保存),
-1转入1L容量瓶中,加水至刻度。此溶液为50μg·m LP标准溶液。 吸取上述
磷标准溶液25mL,即为5 g·m L-1P标准溶液(此溶液不宜久存)。
5.2.2.4操作步骤
(1)待测液的制备 准确称取通过100目筛子的风干土样0.5000~1.0000g(注1),置于50mL开氏瓶(或100mL消化管)中,以少量水湿润后,加浓H2SO48mL,摇匀后,再加70%~72%HClO410滴,摇匀,瓶口上加一个小漏斗,置于电沪上加热消煮(至溶液开始转白后继续消煮)20min。全部消煮时间为40~60min。在样品分解的同时做一个空白试验,即所用试剂同上,但不加土样,同样消煮得空白消煮液。
将冷却后的消煮液倒入100mL容量瓶中(容量瓶中事先盛水30~40mL),用水冲洗开氏瓶(用水应根据少量多次的原则),轻轻摇动容量瓶,待完全冷却后,加水定容。静置过夜,次日小心地吸取上层澄清液进行磷的测定;或者用干的定量滤纸过滤,将滤液接收在100mL干燥的三角瓶中待测定。
(2)测定 吸取澄清液或滤液5mL[(对含P,0.56g·kg-1以下的样品可吸取10mL),以含磷(P)在20~30μg为最好]注入50mL容量瓶中,用水冲稀至30mL,
-1加二硝基酚指示剂2滴,滴加4mol·L NaOH溶液直至溶液变为黄色,再加
2mol·L-1(1/2H2SO4)溶液1滴,使溶液的黄色刚刚褪去(这里不用NH4OH调节酸度,因消煮液酸浓度赠大,需要较多碱去中和,而NH4OH浓度如超过10g·L-1就会使钼蓝色迅速消退)。然后加钼锑抗试剂5mL,再加水定容50mL,摇匀。
(注2)30min后,用880nm或700nm波长进行比色,以空白液的透光率为100(或
吸光度为0),读出测定液的透光度或吸收值。
(3)标准曲线 准确吸取5μg·m L-1,P标准溶液0、1、2、4、6、8、10mL。分别放入50mL容量瓶中,加水至约30mL,再加空白试验定容后的消煮液5mL,调节溶液pH为3,然后加钼锑抗试剂5mL,最后用水定容至50mL。30min后开始进行比色。各瓶比色液磷的浓度分别为0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0μg·m L-1P。
5.2.2.5结果计算 从标准曲线上查得待测液的磷含量后,可按下式进行计算:
土壤全磷(P)量(g·kg-1)=V
mV2
V1103
式中:ρ——待测液中磷的质量浓度(g·kg-1);
V——样品制备溶液的mL数;
m——烘干土质量(g);
V1——吸取滤液mL数;
V2——显色的溶液体积(mL);
10-3——将μg数换算成的g·kg-1乘数。
注释:
注1.最后显色溶液中含磷量在20~30μg为最好。控制磷的浓度主要通过称取量或最后显色时吸取待测液的毫升数。
注2.本法钼蓝显色液比色时用880nm波长比700nm更灵敏,一般分光光度计为721型,只能选700nm波长。
5.2.3土壤全磷测定方法之二——NaOH熔融—钼锑抗比色法
土壤硅酸盐的溶解度决定于硅和金属元素的比例以及金属元素的碱度。硅和金属元素的比例愈小,金属元素的碱性愈强,则硅酸盐的溶解度愈大,用NaOH熔化土样,即增加样品中碱金属的比例,保证熔解物能为酸所分解,直至能溶解于水中。溶液中磷的测定用钼锑抗法(其原理见5.2.1.2)。
下面引用国家标准法GB8937-1988《土壤全磷测定法》氢氧化钠熔融—钼锑抗比色法。
5.2.3.1适用范围 本标准适用于测定各类土壤全磷含量。
5.2.3.2方法原理 土壤样品与氢氧化钠熔融,使土壤中含磷矿物及有机磷化合物全部转化为可溶性的正磷酸盐,用水和稀硫酸溶解熔块,在规定条件下样品溶液与钼锑抗显色剂反应,生成磷钼蓝,用分光光度法定量测定。
5.2.3.3仪器设备
(1)土壤样品粉碎机。
(2)土壤筛,孔径1mm和0.149mm。
(3)分析天平,感量为0.0001g。
(4)镍(或银)坩埚,容量≥30mL。
(5)高温电炉,温度可调(0~100℃)。
(6)分光光度计,要求包括700nm波长。
(7)容量瓶50、100、1000mL。
(8)移液管5、10、15、20mL。
(9)漏斗直径7cm。
(10)烧杯150、100mL。
(11)玛瑙研钵。
5.2.3.4试剂
所有试剂,除注明外,皆为分析纯,水均指蒸馏水或去离子水。
(1)氢氧化钠(GB620)
(2)无水乙醇(GB678)
(3)100g·L-1,碳酸钠溶液:10g无水碳酸钠(GB639)溶于水后,稀释至100mL,摇匀。
(4)50mL·L-1硫酸溶液:吸取5mL浓硫酸(GB625,95.0%~98.0%,比重
1.84)缓缓加入90mL水中,冷却后加水至100mL。
(5)3mol·L-1H2SO4溶液:量取160mL浓硫酸缓缓加入到盛有800mL左右水的大烧杯中,不断搅拌,冷却后,再加水至1000mL。
(6)二硝基酚指示剂:称取0.2g2,6-二硝基酚溶于100mL水中。
(7)5g·L-1酒石酸锑钾溶液:称取化学纯酒石酸锑钾0.5g溶于100mL水中。
(8)硫酸钼锑贮备液:量取126mL浓硫酸,缓缓加入到400mL水中,不断搅拌,冷却。另称取经磨细的钼酸铵(GB657)10g溶于温度约60℃300mL水中,冷却。然后将硫酸溶液缓缓倒入钼酸铵溶液中,再加入5g·L-1酒石酸锑钾溶液100mL,冷却后,加水稀释至1000mL,摇匀,贮于棕色试剂瓶中,此贮备液含10g·L-1钼酸铵,2.25mol·L-1H2SO4。
(9)钼锑抗显色剂:称取1.5g抗坏血酸(左旋,旋光度+21~22º)溶于100mL钼锑贮备液中。此溶液有效期不长,宜用时现配。
(10)磷标准贮备液:准确称取经105℃下烘干2h的磷酸二氢钾(GB1274,优级纯)0.4390g,用水溶解后,加入5mL浓硫酸,然后加水定容至1000mL,该溶液含磷100mg·L-1,放入冰箱可供长期使用。
(11)5mg·L-1磷(P)标准溶液:准确吸取5mL磷贮备液,放入100mL容量瓶中,加水定容。该溶液用时现配。
(12)无磷定量滤纸。
5.2.3.5土壤样品制备 取通过1mm孔径筛的风干土样在牛皮纸上铺成薄层,划分成许多小方格。用小勺在每个方格中提出等量土样(总量不少于20g)于玛瑙研钵中进一步研磨使其全部通过0.149mm孔径筛。混匀后装入磨口瓶中备用。
5.2.3.6操作步骤
(1)熔样。准确称取风干样品0.25g,精确到0.0001g,小心放入镍(或银)坩埚底部,切勿粘在壁上,加入无水乙醇3~4滴,湿润样品,在样品上平铺2g氢氧化钠,将坩埚(处理大批样品时,暂放入大干燥器中以防吸潮)放入高温电炉,升温。当温度升至400℃左右时,切断电源,暂停15min。然后继续升温至720℃,并保持15min,取出冷却,加入约80℃的水10mL和用水多次洗坩埚,洗涤液也一并移入该容量瓶,冷却,定容,用无磷定量滤纸过滤或离心澄清,同时做空白试验。
(2)绘制校准曲线。分别准确吸取5 mg·L-1磷(P)标准溶液0、2、4、6、8、10 mL于50 mL容量瓶中,同时加入与显色测定所用的样品溶液等体积的空白溶液二硝基酚指示剂2~3滴,并用100 g·L-1碳酸钠溶液或50mL·L-1硫酸溶液调节溶液至刚呈微黄色,准确加入钼锑抗显色剂5 mL,摇匀,加水定容,即得含磷(P)量分别为0.0、0.2、0.4、0.8、1.0 mg·L-1的标准溶液系列。摇匀,于15℃以上温度放置30min后,在波长700nm处,测定其吸光度,在方格坐标纸上以吸光度为纵坐标,磷浓度(mg·L-1)为横坐标,绘制校准曲线。
(3)样品溶液中磷的定量。
①显色:准确吸取待测样品溶液2~10 mL(含磷0.04~1.0µg)于50 mL容量瓶中,用水稀释至总体积约3/5处,加入二硝基酚指示剂2~3滴,并用100g·L-1碳酸钠溶液或50mL·L-1硫酸溶液调节溶液至刚呈微黄色,准确加入5 mL钼锑抗显色剂,摇匀,加水定容,室温15℃以上,放置30min。
②比色:显色的样品溶液在分光光度计上,用700nm、1cm光径比色皿,以空白试验为参比液调节仪器零点,进行比色测定,读取吸光度,从校准曲线上查
得相应的含磷量。
5.2.3.7结果计算
土壤全磷(P)含量(g·kg-1)=V1
mV2
V3103100100H
式中:ρ——从校准曲线上查得待测样品溶液中磷的质量浓度(g·kg-1); m——称样质量(g);
V1——样品熔后的定容体积(mL);
V2——显色时溶液定容的体积(mL);
10-3——将mg·L-1浓度单位换算成的kg质量的换算因素;
100/(100-H)——将风干土变换为烘干土的转换因数;
H——风干土中水分含量百分数。
用两平行测定的结果的算术平均值表示,小数点后保留三位。
允许差:平行测定结果的绝对相差,不得超过0.05g·kg-1。
附加说明:
本标准由全国农业分析标准化技术委员会归口。
本标准由中国农业科学院分析测试中心负责起草。
本标准主要起草人肖国壮、张辉、苏方康、杨杰。
[编者注]为了全书统一,文中不符合国家法定计量单位的地方,加以修改,特此说明。
5.3土壤速效磷的测定
5.3.1概述
了解土壤中速效磷供应状况,对于施肥有着直接的指导意义。土壤中速效磷的测定方法很多。有生物方法、化学速测方法、同位素方法、阴离子交换树脂法等。
在测定土壤有效磷之前,先了解一些名词的涵义是重要的。文献中常用土壤中有效磷含量、土壤中磷的有效性、“磷位”、磷素供应的强度因素、容量因素、速率等。弄清楚这些名词,对土壤有效磷的提取是有帮助的。
土壤中有效磷含量是指能为当作物吸收的磷量。因此,有效磷的测定生物方法是最直接的,即在温室中进行盆钵试验,测定在一定生长时间内作物从土壤吸收的磷量。
土壤中磷的有效性是指土壤中存在的磷能为植物吸收利用的程度,有的比较容易,有的则较难。这里就涉及到强度、容量、速率等因素。
土壤固相磷→溶液中磷→植物从溶液吸收磷
植物吸收磷,首先决定于溶液中磷的浓度(强度因素),溶液中磷的浓度高,则植物吸收的磷就多。当植物从溶液中吸收磷时,溶液中磷的浓度降低,则固相磷不断补给以维持溶液中磷的浓度不降低,这就是土壤的磷供应容量。
固相磷进入溶液的难易,或土壤吸持磷的能力,即所谓“磷位”(1/2pCa+pH2PO4)。它与土壤水分状况用pF表示相似,即用能量概念来表示土壤的供磷强度。土壤吸持磷的能力愈强,则磷对植物的有效性愈低。
土壤有效磷的测定,生物的方法被认为是最可靠的。目前用同位素32P稀释法测得的“A”值被认为是标准方法。阴离子树脂方法有类似植物吸收磷的作用,
即树脂不断从溶液中吸附磷,是单方向的,有助于固相磷进入溶液,测出的结果也接近“A”值。但是用得最普遍的是化学速测方法。化学速测方法即用提取剂提取土壤中的有效磷。
5.3.2土壤有效磷的化学浸提方法
(1)用水作提取剂。植物吸收的磷主要是H2PO4-的形态,因此测定土壤中水溶性磷应是测定土壤有效磷的一个可靠方法。但是用水提取不易获得澄清的滤液;水溶液缓冲能力弱,溶液pH容易改变,影响测定结果,而且很多含有效磷低的土壤,测定也有困难,因为水的提取能力较弱。因此本方法未能广泛被采用。砂性土壤用这个方法是比较合适的,因为砂性土壤固定磷的能力不大,存在砂性土壤中的磷以水深性磷为主。
(2)饱和以CO2的水为提取剂。它的理论根据是植物根分泌CO2,根部周围溶液的pH约为5。实践证明,石灰性土壤中磷的溶解度随着水溶液中CO2浓度的增加而增加。虽然操作手续较繁,仍是石灰性土壤有效磷测定的一个很好的方法。
(3)有机酸溶液为提取剂。用有机酸作土壤有效磷的提取剂,其理论根据与饱和以CO2的水一样,植物根分泌有机酸,其溶解能力相当于饱和以CO2的水。常用的有机酸有柠檬酸、乳酸、醋酸等。这些有机酸提取剂西欧国家用得比较多,例如英国用1%柠檬酸作提取剂,德国用乳酸铵钙缓冲液。
(4)无机酸为提取剂。无机酸的选用主要是从分析方法的方便来考虑的,当然它需与作物吸收磷有相关性。一般均用缓冲溶液如HOAc—NaOAc溶液,pH4.8、0.001 mol·L-1H2SO4—(NH4)2 SO4,pH3;0.025mol·L-1HCl—0.03 mol·L-1NH4F等,也有用0.2 mol·L-1HCl,0.05 mol·L-1HCl—0.025mol·L-1 (1/2 H2SO4)双酸法。这些提取剂中 HOAc—NaOAc法曾被称为通用方法,它不仅能提取有效磷,而且也能提取NO3-、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+等。HCl—H2SO4双酸法也有此优点。这些方法主要用于酸性土壤,不适用于石灰性土壤。
(5)碱性液为提取剂。目前0.05 mol·L-1NaHCO3溶液是用得最广的碱提取剂。它的理论根据是在pH8.5的NaHCO3溶液中Ca2+、Al3+、Fe3+等离子的活度很低,有利于磷的提取,而溶液中OH-、HCO3-、CO32-等阴离子均能置换H2PO4-。这个方法主要用于石灰性土壤,但也可用于中性和酸性土壤。
影响有效磷提取的因素:①提取剂和种类。各种阴离子从固相上置换磷酸根
------的能力如下:F>柠檬酸>HCO3>CH3COO>SO4>Cl,由于F溶解磷的能力较强,
同时又能与铁、铝等阳离子络合,因此0.025mol·L-1HCl—0.03 mol·L-1NH4F法被广泛用于酸性土壤有效磷的测定;但对水稻土不太适宜;②水土比例。提取过程中磷的再固定是一个重要因素,增大水土比例,不仅能增加磷的溶解,而且能减少磷的再固定,因此水土比例不同,测出的结果相差很大;③振荡时间。固相磷的溶解作用和交换作用都与作用时间有关,因此振荡时间必须规定,才能比较好的结果;④温度的影响。提取和显色过程受温度的影响很大,一般要在室温(20~25℃)下进行。
总之,提取液的浓度越高,水土比例愈大,振荡时间愈长,浸提出来的养分愈多。但这里必须指出,化学速测方法提取的磷只是有效磷的一部分,并不要求提取出全部有效磷,只要求提取出来的有效磷能与作物吸收的磷有密切相关。因此并不是水土比例愈大愈好。相反,提取有效磷时不希望太大的水土比例。有人认为,在土壤有效磷的提取过程中,克服非有效磷的溶解是方法成败的关键。因此水土比例 能太大,振荡时间也不要太长。表5-2列出三种常用的化学提取方
法。所以有效磷含量只是一个相对指标,只有用一方法在相同条件下测得的结果才有相对比较的意义,不能根据测定结果直接来计算施肥量。因此,在报告有效磷结果时,必须同时注明所用的测定方法。
5.3.3中性和石灰性土壤速效磷的测定——0.05 mol·L-1NaHCO3法
5.3.3.1方法原理 石灰性土壤由于大量游离碳酸钙存在,不能用酸溶液来提有效磷。一般用碳酸盐的碱溶液。由于碳酸根的同离子效应,碳酸盐的碱溶液降低碳酸钙的溶解度,也就降低了溶液中钙的浓度,这样就有利于磷酸钙盐的提取。同时由于碳酸盐的碱溶液,也降低了铝和铁离子的活性,有利于磷酸铝和磷酸铁的提取。此外,碳酸氢钠碱溶液中存在着OH-、HCO3-、CO32-等阴离子,有利于吸附态磷的置换,因此NaHCO3不仅适用于石灰性土壤,也适应于中性和酸性土壤中速效磷的提取。待测液中的磷用钼锑抗试剂显色,进行比色测定。
5.3.3.2主要仪器 往复振荡机、分光光度计或比色计。
5.3.3.3试剂
(1)0.05 mol·L-1NaHCO3浸提液 溶解NaH CO342.0g于800mL水中,以0.5 mol·L-1NaOH溶液调节浸提液的pH至8.5。此溶液曝于空气中可因失去CO2而使pH增高,可于液面加一层矿物油保存之。此溶液贮存于塑料瓶中比在玻璃中容易保存,若贮存超过1个月,应检查pH是否改变。
(2)无磷活性炭。活性炭常含有磷,应做空白试验,检验有无磷存在。如含磷较多,须先用2mol·L-1HCl浸泡过夜,用蒸馏水冲冼多次后,再用0.05 mol·L-1NaHCO3浸泡过夜,在平瓷漏斗上抽气过滤,每次用少量蒸馏水淋洗多次,并检查到无磷为止。如含磷较少,则直接用NaHCO3处理即可。
其他钼锑抗试剂、磷标准溶液同5.2.2.3试剂中(6)、(7)。
5.3.3.4操作步骤 称取通过20目筛子的风干土样2.5g(精确到0.001g)于150mL三角瓶(或大试管)中,加入0.05 mol·L-1NaHCO3溶液50mL,再加一勺无磷活性炭(注1),塞紧瓶塞,在振荡机上振荡30min(注2),立即用无磷滤纸过滤,滤液承接于100mL三角瓶中,吸取滤液10mL(含磷量高时吸取2.5~5.0mL,同时应补加0.05 mol·L-1NaHCO3溶液至10mL)于150mL三角瓶中(注3),再用滴定管准确加入蒸馏水35mL,然后移液管加入钼锑抗试剂5mL(注4),摇匀,放置30min后,用880nm或700nm波长进行比色。以空白液的吸收值为0,读出待测液的吸收值(A)。
标准曲线绘制:分别准确吸取5µg·mL-1磷标准溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL于150mL三角瓶中,再加入0.05 mol·L-1NaHCO310mL,准确加水使各瓶的总体积达到45mL,摇匀;最后加入钼锑抗试剂5mL,混匀显色。同待测液一样进行比色,绘制标准曲线。最后溶液中磷的浓度分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5µg·mL-1P。
5.3.3.5结果计算
土壤中有效磷(P)含量(mg·kg-1)=Vts
m10k31000
式中::ρ——从工作曲线上查得磷的质量浓度(µg·mL-1);
m——风干土质量(g);
V——显色时溶液定容的体积(mL);
103——将µg 换算成的mg;
ts——为分取倍数;(即浸提液总体积与显色对吸取浸提液体积之比);
k——将风干土换算成烘干土质量的系数;
1000——换算成每kg含磷量。
注释
注1.活性炭对PO43-有明显的吸附作用,当溶液中同时存在大量的HCO3-离子饱和了活性炭颗粒表面,抑制了活性炭对PO43-的吸附作用。
注2.本法浸提温度对测定结果影响很大。有关资料曾用不同方式校正该法浸提温度对测定结果的影响,但这些方法都是在某些地区和某一条件下所得的结果,对于各地区不同土壤和条件下不能完全适用,因此必须严格控制浸提时的温度条件。一般要在室温(20~25℃)下进行,具体分析时,前后各批样品应在这个范围内选择一个固定温度以便对各批结果进行相对比较。最好在恒温振荡机上进行提取。显色温度(20℃左右)较易控制。
注3.由于取0.05 mol·L-1NaHCO3浸提滤液10mL于50mL容量瓶中,加水和钼锑抗试剂后,即产生大量的CO2气体,由于容量瓶口小,CO2气体不易逸出,在摇匀过程中,常造成试液外溢,造成测定误差。为了克服这个缺点,可以准确加入提取液、水和钼锑抗试剂(共计50mL)于三角瓶中,混匀,显色。
注4.全磷钼锑抗法,其显色溶液的酸的浓度为0.55mol·L-1 (1/2 H2SO4),钼酸铵浓度为1g·L-1。 在A.L.Page,Methods of Soil Analysis.part 2,1982(419~422页)Olsen法中先用H2SO4中和NaHCO3提取液至pH5,再加钼锑抗试剂使最后显色溶液的酸的浓度为0.42mol·L-1 (1/2 H2SO4),钼酸铵浓度为0.96g·L-1。经试验,用本法测定磷的含量,其结果是很理想的。为了统一应用全磷测定中的钼锑抗试剂,同时考虑到Olsen法是属于例行方法,可以省去中和步骤, 这样最后显色液酸的浓度约为0.45mol·L-1 (1/2 H2SO4),钼酸铵浓度为1.0g·L-1,这样仍在合适的显色的酸的浓度范围。
5.3.4酸性土壤速效磷的测定方法A——0.03 mol·L-1NH4F—0.025mol·L-1HCl
5.3.4.1方法原理 NH4F—HCl法主要提取酸溶性磷和吸附磷,包括大部分磷酸钙和一部分磷酸铝和磷酸铁。因为在酸性溶液中氟离子能与三价铝离子和铁离子形成络合物,促使磷酸铝和磷酸铁的溶解:
3NH4F +3HF+AlPO4→H3PO4+(NH4)3AlF6
3NH4F +3HF+FePO4→H3PO4+(NH4)3FeF6
溶液中磷与钼酸铵作用生成磷钼杂多酸,在一定酸度睛被SnCl2还原成磷钼蓝,蓝色深浅与磷的浓度成正比。 5.3.4.2试剂
(1)0.5mol·L-1盐酸溶液。20.2mL浓盐酸用蒸馏水稀释至500mL。 (2)1mol·L-1氟化铵溶液。溶解NH4F37g于水中,稀释至1L,贮存在塑料瓶中。
(3)浸提液。分别吸取1.0mol·L-1NH4F溶液15mL和0.5mol·L-1盐酸溶液25mL,加入到460mL蒸馏水中,此即0.03mol·L-1NH4F—0.025mol·L-1HCl溶液。
(4)钼酸铵试剂。溶解钼酸铵(NH4)6MoO24·4H2O15g于350mL蒸馏水中,徐徐加入10mol·L-1HCl350mL,并搅动,冷却后,加水稀释至1L,贮于棕色瓶中。
(5)25g·L-1氯化亚锡甘油溶液。溶解SnCl2·2H2O 2.5g于10mL浓盐酸中,待SnCl2全部溶解溶液透明后,再加化学纯甘油90mL,混匀,贮存于棕色瓶中(注1)。
(6)50µg·mL-1磷(P)标准溶液参照土壤全磷测定方法一。吸取50µg·mL-1磷溶液50mL于250mL容量瓶中,加水稀释定容,即得10g·mL-1磷(P)标准溶液。
5.3.4.3操作步骤 称1.000g土样,放入20mL度管中,从滴定管中加入浸提液7mL。试管加塞后,摇动1min,用无磷干滤纸过滤。如果滤液不清,可将滤液倒回滤纸上再过滤,吸取滤液2mL(注2),加蒸馏水6mL和钼酸铵试剂2mL,混
(注3)
匀后,加氯化亚锡甘油溶液1滴,再混匀。在5~15min内,在分光光度计上用700nm波长进行比色(注4)。
标准曲线的绘制:分别准确吸取10g·mL-1磷(P)标准溶液2.5、5.0、10.0、15.0、20.0和25.0mL,放入50mL容量瓶中,加水至刻度,配成0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0µg·mL-1磷(P)系列标准溶液。
分别吸取系列标准溶液各2mL,加水6mL和钼试剂2mL,再加1滴氯化亚锡甘油溶液进行显色,绘制标准曲线。
*包括2mL提取液。
表5-4 磷的系列标准溶液(NH
5.3.4.5结果计算
土壤速效磷(P)含量(mg·kg-1)=
107
m210
3
100035
式中:ρ——从标准曲线上查得磷的质量浓度(µg·mL-1); m——风干土质量(g);
10——显色时定容体积(mL); 7 ——浸提剂的体积(mL); 2 —— 吸取滤液的体积(mL);
103——将µg 换算成的mg;
1000——换算成每kg含磷量。