農(nóng)化分析三章

第三章土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定3.1概述

3.2土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法（1）土壤有機(jī)質(zhì)（OM）的形態(tài)。（2）OM的含量與分布。（3）OM與土壤肥力的關(guān)系。（4）OM的環(huán)境學(xué)意義（1）OM測(cè)定方法的比較與選用（2）干燒法（3）濕燒法（4）外加熱重鉻酸鉀容量法（5）稀釋熱重鉻酸鉀容量法1、分解很少，仍保持原來形態(tài)學(xué)特征的動(dòng)植物殘?bào)w；2、動(dòng)植物殘?bào)w的半分解產(chǎn)物及微生物代謝產(chǎn)物；3、有機(jī)質(zhì)分解和合成的較穩(wěn)定的高分子化合物——腐殖酸類物質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)—（除專門研究外）指操作者借助放大鏡用攝子剔除動(dòng)物殘?bào)w和植物細(xì)根后的土壤有機(jī)物質(zhì)總量。問題：如何降低動(dòng)植物殘?bào)w對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，提高測(cè)定結(jié)果的精密度？（1）土壤有機(jī)質(zhì)（OM）的形態(tài)土壤有機(jī)質(zhì)的成分中既有化學(xué)結(jié)構(gòu)單一、存在時(shí)間只有幾分鐘的單糖或多糖,也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在時(shí)間可達(dá)幾百到幾千年的腐殖質(zhì)類物質(zhì)(HumicSubstance),既包括主要成分為纖維素、半纖維素的正在腐解的植物殘?bào)w,也包括與土壤礦質(zhì)顆粒和團(tuán)聚體結(jié)合的植物殘?bào)w降解產(chǎn)物、根系分泌物和菌絲體。有機(jī)質(zhì)分組輕組有機(jī)質(zhì)重組有機(jī)質(zhì)比重<1.7，由未分解徹底的植物殘?bào)w及其碎片組成,還包括少量活的微生物及其分泌物等。主要成分為動(dòng)植物殘?bào)w、菌絲體、孢子、單糖、多糖、半木質(zhì)素，具有易被微生物分解和利用等特性,對(duì)氣候、環(huán)境變化和農(nóng)業(yè)管理措施反應(yīng)相當(dāng)敏感，是土壤的活性碳庫比重>1.7gcm3，由輕組有機(jī)質(zhì)經(jīng)徹底分解后殘留的或重新合成的、以芳香族物質(zhì)為主體的有機(jī)物質(zhì)(主要是腐殖質(zhì))。占有機(jī)質(zhì)總量的70~80%。其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)雜，是結(jié)合在土壤粘粒之間的，或在土壤團(tuán)聚體形成過程之中被包在團(tuán)聚體內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)，對(duì)維持團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)具有非常重要的作用,是很難被微生物利用的，是土壤的穩(wěn)定碳庫。有機(jī)質(zhì)分組松結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)與砂粒(>50μm)、粗粉砂粒(20~50μm)、細(xì)粘粒（<0.2μm）土壤顆粒結(jié)合的有機(jī)質(zhì)。與輕組有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切，土壤易分解的C庫緊（穩(wěn)）結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)與細(xì)粉砂粒(2~20μm)、粗粘粒（0.2~2μm）土壤顆粒結(jié)合的有機(jī)質(zhì)。土壤的惰性碳庫。含量：%數(shù)量級(jí)。一般農(nóng)田土壤1~1.5%左右，水田土壤2~4%左右。分布：受生物氣候帶、質(zhì)地和農(nóng)耕措施的影響由北→南，東→西逐步降低。問題： 若個(gè)別樣品有機(jī)質(zhì)含量特別高，原因是什么？（2）OM的含量與分布中國土壤有機(jī)質(zhì)含量圖級(jí)別一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí)六級(jí)有機(jī)質(zhì)273.46（8.95）**541.87(17.74)1038.62(34)795.02(26.02)71.71(2.35)21.39(0.7)全氮394.56(12.92)706.35(23.12)1025.03(33.55)421.53(13.8)146.63(4.8)47.95(1.57)有機(jī)質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

一級(jí)＞40gkg-1二級(jí)40-30

gkg-1

三級(jí)30-20

gkg-1

四級(jí)20-10

gkg-1

五級(jí)10-6

gkg-1

六級(jí)＜6gkg-1全國水田土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量分級(jí)*面積統(tǒng)計(jì)（萬公頃）全氮分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

一級(jí)＞2gkg-1

二級(jí)2-1.5gkg-1

三級(jí)1.5-1.0gkg-1

四級(jí)1.0-0.75gkg-1

五級(jí)0.75-0.5gkg-1

六級(jí)＜0.5gkg-1為什么？土壤全氮量（g/kg)=土壤有機(jī)質(zhì)（g/kg）×0.05(或0.06)（3）OM與土壤肥力的關(guān)系與土壤肥力關(guān)系密切提供N、P、K及多種微量元素土壤結(jié)構(gòu)形成、微團(tuán)聚體的穩(wěn)定性方面意義重大同時(shí)帶2種電荷，可吸附NO3-和H2PO4-等陰離子，也可吸附K+、NH4+等陽離子，決定了土壤的保肥能力含有COOH等酸性功能基團(tuán)，提高了土壤的酸堿緩沖能力促進(jìn)微生物活動(dòng)，提高酶活性，影響?zhàn)B分轉(zhuǎn)化過程（3）OM與土壤肥力的關(guān)系與土壤污染凈化、溫室氣體排放關(guān)系密切-COOH、-OH、-NH2等功能基團(tuán)，對(duì)重金屬具有很強(qiáng)的絡(luò)合、螯合能力，影響重金屬的遷移和穩(wěn)定。與有機(jī)污染具有較強(qiáng)的親和力，可刺激微生物活動(dòng)，影響有機(jī)污染的活性及生物轉(zhuǎn)化過程。土壤是全球最大的碳庫，碳儲(chǔ)量約為770×108t，是溫室氣體CH4和CO2、H2S、N2O的源。厭氧時(shí)，有機(jī)碳礦化產(chǎn)生CO2，CO2被還原產(chǎn)生CH4，S被還原產(chǎn)生H2S，NO3-被還原產(chǎn)生N2O;光照、好氧狀態(tài)，有機(jī)碳礦化產(chǎn)生CO2，CO2可被細(xì)菌光合固定，H2S也可被光合固定（4）OM的環(huán)境學(xué)意義土壤C+氧化劑=CO2（氣體）+土壤W1W2干燒法、濕燒法重量法測(cè)定手段容量法比色法干燒法濕燒法外加熱法稀釋熱法重量法無機(jī)碳干擾，碳酸鈣等碳酸鹽，亞硫酸去除水分干擾還原性物質(zhì)干擾，F(xiàn)e2+、Cl-等，充分風(fēng)干，硝酸銀去除等清液渾濁干擾非色散紅外光譜法TOC分析儀（1）OM測(cè)定方法的比較與選用土壤+

C+氧化劑=CO2（氣體）↑+土壤重量法原理：通過測(cè)定灼燒前后土壤的重量差值計(jì)算含碳量。測(cè)試條件：高溫電爐1000℃，3h誤差來源：灼燒過程中無機(jī)碳酸鹽分解，土壤水分揮發(fā)、其他高溫條件下可以損失的元素等都會(huì)對(duì)本方法的測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響。誤差控制：干擾因素多，難于控制，本方法已退出歷史舞臺(tái)。（1）OM測(cè)定方法的比較與選用土壤+

C+氧化劑=CO2（氣體）↑+土壤干燒法濕燒法測(cè)試條件：高溫電爐，密閉燒管，1000℃，3h誤差來源：無機(jī)碳酸鹽消除方法：測(cè)定前用亞硫酸去除方法優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)碳全部分解，干擾因素少，結(jié)果準(zhǔn)確。方法缺點(diǎn)：需要特殊的儀器設(shè)備，費(fèi)時(shí)間，不適合大量樣品分析。測(cè)試條件：鉻酸、磷酸，160℃，3h誤差來源：無機(jī)碳酸鹽消除方法：測(cè)定前用亞硫酸去除方法優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)碳全部分解，干擾因素少，結(jié)果準(zhǔn)確，常用。方法缺點(diǎn)：需要特殊的儀器設(shè)備，費(fèi)時(shí)間，不適合大量樣品分析。CO2的產(chǎn)生方式堿石灰管吸收稱重標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鋇溶液吸收，標(biāo)準(zhǔn)酸滴定CO2的測(cè)定方法氣量法土壤+

C+氧化劑=CO2（氣體）↑+土壤測(cè)定手段K2Cr2O7比色法容量法方法原理：利用比色的方法測(cè)試重鉻酸鉀顏色的變化計(jì)算氧化劑的消耗量，進(jìn)而計(jì)算有機(jī)碳含量。誤差來源：Fe2+、Mn2+、Cl-等氧化還原性物質(zhì)，懸液渾濁。消除方法：測(cè)定前充分風(fēng)干，加入AgSO4方法優(yōu)點(diǎn)：快速簡(jiǎn)便，適合批量樣品分析。方法缺點(diǎn)：有機(jī)碳分解77-90%，干擾因素多，難于消除，僅用于速測(cè)。方法原理：利用過量重鉻酸鉀氧化有機(jī)C，剩余重鉻酸鉀采用已知濃度硫酸亞鐵滴定，據(jù)硫酸亞鐵用量計(jì)算氧化劑消耗量。誤差來源：

Fe2+、Mn2+、Cl-等氧化還原性物質(zhì)，消除方法：測(cè)定前充分風(fēng)干，加入AgSO4方法優(yōu)點(diǎn)：干擾因素易于控制，結(jié)果準(zhǔn)確，適合批量分析，常用。方法缺點(diǎn)：有機(jī)碳分解90%。原理

在一定溫度（1000~1500℃）的電爐里高溫氧化含碳物質(zhì)，釋放的CO2用適當(dāng)?shù)脑噭┪蘸笥萌萘糠?、重量法、氣量法、電?dǎo)法，或把CO2還原為CH4用氣相色譜法等方法測(cè)定。 優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確。 缺點(diǎn)：操作、儀器要求高，受無機(jī)碳的干擾。問題：設(shè)想如何用容量法、重量法、氣量法、電導(dǎo)法測(cè)定CO2的量？（2）干燒法流程土壤與含有氧化劑（重鉻酸鉀、鉻酸高錳酸鉀等）、硫酸和磷酸的混合物消化，在煮沸的溫度下（180~210℃）可將有機(jī)物完全氧化為CO2，用適當(dāng)?shù)奈談┪蘸笥弥亓糠?、容量法等進(jìn)行測(cè)定。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果與干燒法相近，長(zhǎng)期被當(dāng)作測(cè)定全碳的標(biāo)準(zhǔn)方法，儀器可在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室組裝。缺點(diǎn)：受無機(jī)碳干擾，操作技術(shù)要求高，費(fèi)時(shí)。原理（3）濕燒法裝置裝置 加熱條件下，在磷酸、鉻酸中，有機(jī)質(zhì)被氧化，生成的二氧化碳被定量標(biāo)準(zhǔn)堿吸收，加入氯化鋇使其生成碳酸鋇沉淀，多余的堿用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定，計(jì)算有機(jī)質(zhì)的含量。原理樣品加入下部的消化管中，加入氧化液鉻酸、磷酸，后立即將消化管與截流裝置B、C和防止大氣CO2進(jìn)入的D連接。B、C應(yīng)該事先加入吸收液（KOH）樣品中不能有無機(jī)碳酸鹽，故而需要在測(cè)定前用稀酸處理。30分鐘后無氣泡冒出時(shí)加入氧化液，蓋上B、C、D測(cè)定。也可直接蓋上B、C、D測(cè)定無機(jī)碳量，30分鐘后無氣泡冒出時(shí)更換B、C、D測(cè)定有機(jī)碳。2K2CrO7+8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr(SO4)3+3CO2+8H2O2K2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O

與干燒法相比，該法只能氧化90%有機(jī)碳。 滴定酸度：1mol/LH2SO4;突躍電位：0.85~1.22V。問題：據(jù)原理說明本方法測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍如何？原理（4）外加熱重鉻酸鉀容量法用定量、過量的重鉻酸鉀在強(qiáng)酸性條件下氧化土壤有機(jī)碳，剩余的重鉻酸鉀采用硫酸亞鐵滴定。據(jù)氧化有機(jī)碳消耗的重鉻酸鉀量計(jì)算有機(jī)質(zhì)含量。2K2CrO7+8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr(SO4)3+3CO2+8H2O (1)K2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O(2)土壤C重鉻酸鉀重鉻酸鉀硫酸亞鐵所以，知道還原重鉻酸鉀所需的Fe(II)量及定量過量的氧化劑消耗的Fe(II)（空白試驗(yàn)）便可知道土壤的有機(jī)碳量。1MC相當(dāng)于4MFe(II)的還原能力。測(cè)定的是Fe(II)的摩爾濃度，計(jì)算C摩爾濃度，需要除以4.然而硫酸亞鐵屬于無法精配的試劑，無法直接配置準(zhǔn)確的濃度，故而需要標(biāo)定。硫酸亞鐵用量計(jì)算可采用濃度乘以體積的辦法獲取，體積可由滴定管直接讀出。重鉻酸鉀重鉻酸鉀硫酸亞鐵K2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O(2)硫酸亞鐵標(biāo)定硫酸亞鐵濃度，也就是本實(shí)驗(yàn)的空白試驗(yàn)重鉻酸鉀可以精配。吸取定量的已知濃度的重鉻酸鉀。加入Fe(II)指示劑后直接用硫酸亞鐵滴定，得到還原定量重鉻酸鉀所需硫酸亞鐵的體積。有機(jī)碳量（以Fe(II)計(jì)）=定量過量氧化劑的量-剩余氧化劑消耗的Fe(II)測(cè)定的方法是滴定，指示劑指示的是Fe(II)還有沒有，得到的數(shù)據(jù)時(shí)滴定用的Fe(II)的體積（ml），已知數(shù)據(jù)是Fe(II)的濃度和氧化劑的濃度。Fe(II)極易被O2氧化，故其濃度不準(zhǔn)確。需要標(biāo)定。氧化劑K2Cr2O7相對(duì)穩(wěn)定，可以精確配置。V0為空白試驗(yàn)滴定定量過量K2Cr2O7時(shí)用的Fe(II)的體積，mlV為滴定氧化過有機(jī)碳剩余的K2Cr2O7時(shí)用的Fe(II)的體積，mlC為K2Cr2O7的濃度，mol/LCx為Fe(II)的濃度有機(jī)碳（以Fe(II)）計(jì)的摩爾數(shù)=Cx×V0—Cx×V=Cx×（V0-V）Cx=C×標(biāo)定時(shí)（空白試驗(yàn)）加入氧化劑的體積（書上用的是5ml）/V0Cx=C×5/V0所以，有機(jī)碳（以Fe(II)計(jì)）的摩爾數(shù)=Cx×V0—Cx×V=Cx×（V0-V）=C×5/V0×（V0-V）因?yàn)椋琕0和V的單位是ml，而C的單位是mol/L，需要把ml換算成L，需要乘以10-3，而且1MC相當(dāng)于4MFe(II)所以，有機(jī)碳的摩爾數(shù)=C×5/V0×(V0-V)×10-3/4有機(jī)碳的質(zhì)量（g）=C×5/V0×(V0-V)×10-3/4×12

=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3因?yàn)楸痉椒▋H可氧化樣品中有機(jī)碳的90%樣品中有機(jī)碳的質(zhì)量（g）=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×100/90

=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×1.1樣品質(zhì)量m（g），風(fēng)干土中含有水，水中不含碳，需要把風(fēng)干土換算為烘干土，乘以換算系數(shù)k。樣品中有機(jī)碳的含量（g/g）=C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×1.1/mk樣品中有機(jī)碳的含量(g/kg)==C×5/V0×(V0-V)×10-3×3×1.1/mk×10-3因?yàn)?，有機(jī)質(zhì)含C量約58%（經(jīng)驗(yàn)值），所以，結(jié)果需要乘以100/58（1.724）

本法是通過測(cè)定土壤C的還原能力，來計(jì)算有機(jī)碳的含量。故而，土壤中具有還原能力的可被K2Cr2O7氧化的Fe(II)、Mn(II)、Cl及其他還原性物質(zhì)會(huì)使結(jié)果偏高。因?yàn)楸痉▋H能氧化90%的碳，需要乘以1.1的矯正系數(shù)，能氧化90%是在180℃條件下沸騰5分鐘的結(jié)果。故而氧化的溫度和時(shí)間也會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。需要嚴(yán)格控制，另外，在測(cè)定高碳酸鹽土壤時(shí)，碳酸鹽遇酸后放出CO2氣泡，可能被誤認(rèn)為已經(jīng)沸騰。不同土壤有機(jī)質(zhì)的含碳量可能不一定都是58%，所以，現(xiàn)在一般用有機(jī)碳含量來表征有機(jī)質(zhì)，而不再換算。有機(jī)碳的氧化校正系數(shù)有機(jī)質(zhì)含量的計(jì)算：

VanBemmelenFactor=1.724(也有人用1.9~2.5)稱100目樣0.1~1.0000g→硬質(zhì)試管→K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)液和濃H2SO4各5ml→180℃沸5min→冷卻后洗入250mL三角瓶至體積60~70mL→鄰啡羅啉指示劑3滴→FeSO4滴定由橙黃-亮綠-磚紅色。（每批消化同時(shí)做空白）4、計(jì)算：土壤有機(jī)質(zhì)(g/kg)=c×5(V0-V)/V0×0.003×1.1×1.724×1000/m5、問題：

（1）做好本實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意些什么？ （2）干擾有哪些，如何克服？ （3）本法適用于哪些樣品的分析？

(4)本法還能用于其它樣品有機(jī)物含量的測(cè)定嗎？步驟

關(guān)于標(biāo)定(通過精配溶液的濃度計(jì)算不能精配溶液準(zhǔn)確濃度的方法)2K2CrO7+8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr(SO4)3+3CO2+8H2OK2CrO7+6FeSO4+7H2SO4→K2SO4+3Cr(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O

與干燒法相比，該法只能氧化77%有機(jī)碳。 滴定酸度：1mol/LH2SO4;突躍電位：0.85~1.