土壤中磷的測定

土壤中磷的測定5.1概述土壤全磷（P）量是指土壤中各種形態(tài)磷素的總和。我國土壤全磷的含量（以P,g-kg—1表示）從第二次國各地土壤普查資料來看，大致在0.44?0.85g-kg—1范圍內(nèi)，最高可達1.8g?kg—1,低的只有0.17g-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則較高。土壤全磷含量的高低，受土壤母質(zhì)、成土作用和耕作施肥的影響很大。一般而言，基性火成巖的風化母質(zhì)含磷多于酸性火成巖的風化母質(zhì)。我國黃土母質(zhì)全磷含量比較高，一般在0.57g-kg—1?0.70g?kg—1之間。另外土壤中磷的含量與土壤質(zhì)地和有機質(zhì)含量也有關系。粘土含磷多于砂性土，有機質(zhì)豐富的土壤含磷亦較多。磷在土壤剖面中的分布，耕作層含磷量一般高于底土層。大量資料的統(tǒng)計結果表明，我國不同地帶的氣候區(qū)的土壤其速效磷含量與全磷含量呈正相關的趨勢。在全磷含量很低的情況下（P0.17?0.44g-kg—1以下），土壤中有效磷的供應也常感不足，但是全磷含量較高的土壤，卻不一定說明它已有足夠的有效磷供應當季作物生長的需要，因為土壤中磷大部分成難溶性化合物存在。例如我國大面積發(fā)育于黃土性母質(zhì)的石灰性土壤，全磷含量均在0.57?0.79g?kg—1之間，高的在0.87g-kg—1以上。但由于土壤中大量游離碳酸鈣的存在，大部分磷成為難溶性的磷酸鈣鹽，能被作物吸收利用的有并效磷含量很低，施用磷肥有明顯的增產(chǎn)效果。因此，從作物營養(yǎng)和施肥的角度看，除全磷分析外，特別要測定土壤中有效磷含量，這樣才能比較全面地說明土壤磷素肥力的供應狀況。土壤中磷可以分為有機磷和無機磷兩大類。礦質(zhì)土壤以無機磷為主，有機磷約占全磷的20%?50%。土壤有機磷是一個很復雜的問題，許多組成和結構還不清楚，大部分有機磷，以高分子形態(tài)存在，有效性不高，這一直是土壤學中一個重要的研究課題。土壤中無機磷以吸附態(tài)和鈣、鐵、鋁等的磷酸鹽為主，土壤中無機磷存在的形態(tài)受pH的影響很大。石灰性土壤中以磷酸鈣鹽為主，酸性土壤中則以磷酸鋁和磷酸鐵占優(yōu)勢。中性土壤中磷酸鈣、磷酸鋁和磷酸鐵的比例大致為1:1:1。酸性土壤特別是酸性紅壤中，由于大量游離氧化鐵存在，很大一部分磷酸鐵被氧化鐵薄膜包裹成為閉蓄態(tài)磷，磷的有效性大大降低。另外，石灰性土壤中游離碳酸鈣的含量對磷的有效性影響也很大，例如磷酸一鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣等隨著鈣與磷的比例增加，其溶解度和有效性逐漸降低。因此，進行土壤磷的研究時，除對全磷和有效磷測定外，很有必要對不同形態(tài)磷進行分離測定，磷的分級方法就是用來分離和測定不同形態(tài)磷的。5.2土壤全磷的測定5.2.1土壤樣品的分解和溶液中磷的測定土壤全磷測定要求把無機磷全部溶解，同時把有機磷氧化成無機磷，因此全磷的測定，第一步是樣品的分解，第二步是溶液中磷的測定。土壤樣品的分解 樣品分解有NaCO3熔融法、HClO4—H2SO4消煮法、HF—HClO4消煮法等。目前HClO4—H2SO4消煮法應用最普遍，因為操作方便，又不需要白金坩堝，雖然HClO4—H2SO4消煮法不及NaCO3融煮法樣品分解完全，但其分解率已達到全磷分析的要求。NaCO3熔法雖然操作手續(xù)較繁，但樣品分解完全，仍是全磷測定分解的標準方法。目前我國已將NaOH堿熔鉬銻抗比色法列為國家標準法。樣品可在銀或鎳坩堝中用NaOH熔融是分解土壤全磷（或全鉀）比較完全和簡便方法。溶液中磷的測定 溶液中磷的測定，一般都用磷鉬藍比色法。多年來，人們對鉬藍比色法進行了大量的研究工作，特別是在還原劑的選用上有了很大改革。最早常用的還原劑有氯化亞錫、亞硫酸氫鈉等，以后采用有機還原劑如1，2，4-胺基萘酚磺酸、硫酸聯(lián)氨、抗壞血酸等，目前應用較普遍的是鉬銻抗混合試劑。還原劑中的氯化亞錫的靈敏度最高，顯色快，但顏色不穩(wěn)定。土壤速效磷的速測方法仍多用氯化亞錫作還原劑?？箟难崾墙瓯粡V泛應用的一種還原劑，它的主要優(yōu)點是生成的顏色穩(wěn)定，干擾離子的影響較小，適用范圍較廣，但顯色慢，需要加溫。如果溶液中有一定的三價銻存在時，則大大加快了抗壞血酸的還原反應，在室溫下也能顯色。溶液中磷的測定加鉬酸銨于含磷的溶液中，在一定酸度條件下，溶液中的正磷酸與鉬酸絡合形成磷鉬雜多酸。H3PO4+12H2MoO4=H3[PMo12O40]+12H2O雜多酸是由兩種以上簡單分子的酸組成的復雜的多元酸，是一類特殊的配合物。在分析化學中，主要是在酸性溶液中，利用H3P04或H4SiO4等作為原酸，提供整個配合陽離子的中心體，再加鉬酸根配位使生成相應的12-鉬雜多酸，然后再進行光度法、容量法或重量法測定。磷鉬酸的銨鹽不溶于水，因此，在過量銨離子存在下，同時磷的濃度較高量，即生成黃色沉淀磷鉬酸銨(NH4)3[PMo12O40],這是質(zhì)量法和容量法的基礎。當少量磷存在時，加鉬酸銨則不產(chǎn)生沉淀，僅使溶液略現(xiàn)黃色[PMo12O40]3-，其吸光度很低，加入NH4VO3使生成磷釩鉬雜多酸。磷釩鉬雜多酸是由正磷酸、釩酸和鉬酸三種酸組合而成的雜多酸，稱為三元雜多酸H3(PMo11VO40)-nH2O。根據(jù)這個化學式，可以認為磷釩鉬酸是用一個釩酸根取代12-鉬磷酸分子中的一個鉬酸的結果。三元雜多酸比磷鉬酸具有更強的吸光作用，亦即有較高的吸光度，這是釩鉬黃法測定的依據(jù)。但是在磷較少的情況下，一般都用更靈敏的鉬藍法，即在適宜試劑濃度下，加入適當?shù)倪€原劑，使磷鉬酸中的一部分Mo6+離子被還原為Mo5+，生成一種叫做“鉬藍”的物質(zhì)，這是鉬藍比色法的基礎。藍色產(chǎn)生的速度、強度、穩(wěn)定性等與還原劑的種類、試劑的適宜濃度特別是酸度以及干擾離子等有關。還原劑的種類對于雜多酸還原的產(chǎn)物——鉬藍及其機理，雖然有很多人作過研究，但意見不一致。目前一般認為，雜多酸的藍色還原產(chǎn)物是由Mo6+和原子構成，仍維持12-鉬磷酸的原有結構不變，且Mo5+不再進一步被還原。一般認為磷鉬雜多藍的組成可能為H3PO4^10MoO3^Mo2O5或H3PO4-8MoO3-2Mo2O5,說明雜多酸陽離子中有兩個或四個Mo6+被還原到Mo5+(有的書上把磷鉬雜多藍的組成寫成H3PO4-10MoO3-2MoO2,這樣鉬原子似乎被還原到四價，這是不大可能的)。與釩相似，銻也能與磷鉬酸反應生成磷銻鉬三元雜多酸，其組成為P:Sb:Mo=1:2:12,此磷銻鉬三元雜多酸在室溫下能迅速被抗壞血酸還原為藍色的絡合物，而且還原劑與鉬試劑配成單一溶液，一次加入，簡化了操作手續(xù)，有利于測定方法的自動化。H3P04、H3AsO4和H3SiO4都能與鉬酸結合生成雜多酸，在磷的測定中，硅的干擾可以控制酸度抑制之。磷鉬雜多酸在較高酸度下形成(0.4?0.8mol-L-1,H+),而硅鉬酸則在較低酸度下生成；砷的干擾則比較難克服，所幸，土壤中砷的含量很低，而且砷鉬酸還原速度較慢，靈敏度較磷低，在一般情況下，不致影響磷的測定結果。但是在使用農(nóng)藥砒霜量，要注意砷的干擾影響，在這種情況下，在未加鉬試劑之前將砷還原成亞砷酸而克服之。在磷的比色測定中，三價鐵也是一種干擾離子，它將影響溶液的氧化還原勢，抑制藍色的生成。在用SnCl2作還原劑時，溶液中的Fe3+不能超過20mg-kg-1,因此過去全磷分析中，樣品分解強調(diào)用NaC03熔融或HC104消化，進入溶液的Fe3+較少。但是用抗壞血酸作還原劑，F(xiàn)e3+含量即使超過400mg-kg-1,仍不致產(chǎn)生干擾影響。因為抗壞血酸能與Fe3絡合，保持溶液的氧化還原勢。因此，磷的鉬藍比色法中，抗壞血酸作為還原劑已廣泛被采用。鉬藍顯色是在適宜的試劑濃度下進行的。不同方法所要求的適宜試劑濃度不同。所謂試劑的適宜濃度是指酸度。鉬酸銨濃度以及還原劑用量要適宜，使一定濃度的磷產(chǎn)生最深最穩(wěn)定的藍色。磷鉬雜多酸是一定酸度條件下生成的，過酸與不足均會影響結果。因此在磷的鉬藍比色測定中酸度的控制最為重要。不同方法有不同的酸度范圍。茲將常用的三種鉬藍法的工作范圍和各種試劑在比色液中的最終濃度列于表5-1。表5-1三種鉬藍法的工作范圍和試劑濃度項目SnCl2-H2SO4體系SnCl2-HCl體系鉬銻抗體系工作范圍（mg?kg-1,P）0.02?1.00.05?20.01?0.6顯色時間（min）5?155?1530?60穩(wěn)定性15min20min8h*最后顯色酸度（mol-LT,H+）0.39?0.400.6?0.7035?0.55顯色適宜溫度（℃）20?2520?2520?60鉬酸銨（g-LT）還原劑（g-L-1）1.00.073.00.121.0抗壞血酸0.8?1.5酒石酸氧銻鉀0.024?0.05*見《土壤農(nóng)業(yè)化學常規(guī)分析方法》，科學出版社，1983年，P96上述三種方法SnCl2-H2SO4體系最靈敏，鉬銻抗一硫酸體系的靈敏度接近SnCl2-H2SO4體系，而顯色穩(wěn)定，受干擾離子的影響亦較小，更重要的是還原劑與鉬試劑配成單一溶液，一次加入，簡化了操作手續(xù)，有利于測定方法的自動化，因此目前鉬銻抗—硫酸體系被廣泛采用。5.2.2土壤全磷測定方法之一——HClO4—H2SO4法方法原理用高氯酸分解樣品，因為它既是一種強酸，又是一種強氧化劑，能氧化有機質(zhì)，分解礦物質(zhì)，而且高氯酸的脫水作用很強，有助于膠狀硅的脫水，并能與Fe3+絡合，在灰的比色測定中抑制了硅和鐵的干擾。硫酸的存在提高消化液的溫度，同時防止消化過程中溶液蒸干，以利消化作用的順利進行。本法用于一般土壤樣品分解率達97%?98%，但對紅壤性土壤樣品分解率只有95%左右。溶液中磷的測定采用鉬銻抗比色法(其原理見5.2.1.2)主要儀器 721型分光光度計；LNK-872型紅外消化爐。試劑(1)濃硫酸(H2SO4，P^1.84g-cm-3，分析純)。(2)高氯酸［CO(HClO4)^70%?72%，分析純］。2，6-二硝基酚或2,4-二硝基酚指示劑溶液。溶解二硝基酚0.25g于100mL水中。此指示劑的變色點約為pH3,酸性時無色，堿性時呈黃色。4mol?L-1氫氧化鈉溶液，。溶解NaOH16g于100mL水中。2mol?L-1(1/2H2SO