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肥料和土壤酸碱度测定方法探讨

花匠小妙招
2024-11-19 05:30

浙江省耕地质量与肥料管理总站,浙江杭州 310020

作者简介:季天委(1975—),女,浙江瑞安人,高级农艺师,硕士,主要从事浙江省土壤肥料质量监督检验工作,E-mail:twji2003@tom.com。

肥料领域涉及酸碱度测定的产品主要有有机肥料、有机-无机复混肥料、水溶肥料等3大类产品, 其中, 水溶肥料主要分为大量元素、中量元素、微量元素、含氨基酸和含腐植酸水溶肥料等5小类。酸碱度是肥料产品中要求的技术指标之一。有机肥料和有机-无机复混肥料产品标准(NY 525— 2012、GB 18877— 2009)中规定有酸碱度的测定方法, 5类水溶肥料酸碱度的测定均采用NY/T 1973— 2010中的方法。总的来看, 肥料的酸碱度测定均采用pH计法, 该方法操作简便。在测定肥料产品的酸碱度时, 浸提剂均采用的是去CO2蒸馏水。水溶肥料酸碱度测定的样液提取比率为1:250, 即每测定一个平行需要250 mL去CO2蒸馏水, 按每个样品重复2个平行算, 则测定每个样品需要消耗500 mL的去CO2蒸馏水。当有大批量的水溶肥料样品需要进行酸碱度测定时, 需要制备大量的去CO2蒸馏水, 这为高效率完成检测工作带来了不小的挑战。在现行的化工行业标准HG/T 3278— 2018《腐植酸钠》中, 采用蒸馏水测定产品中的酸碱度。近年来, 越来越多的实验室普遍开始使用超纯水仪或超纯水系统, 以更便捷地提供高纯度的实验室用水。为此, 本文尝试用现制现用超纯水代替去CO2蒸馏水测定肥料中的酸碱度。

土壤酸碱度是土壤重要的基本性质之一, 在耕地质量评价、重金属污染防治、土壤酸化治理等方面具有参考意义。现有的土壤酸碱度测定主要采用酸度计法。NY/T 1121.2— 2006中规定土液比为1:2.5, 搅动时间1 min, 静置时间30 min。酸度计法操作简单, 电极在土壤试液中平衡时即可直接读取数据。但是, 电极在不同质地土壤样品浸提液中的平衡时间不同, 容易沉降的土壤样品所需要的测定时间短, 而沉降慢的土壤样品所需要的测定时间长, 有些试液的电极读数测定时间可达5 min以上。此外, 测定时间跟待测土壤样品的细度也有关系:制备的土壤样品的碾碎细度不同, 会影响静置相同时间的待测液的澄清度。因此, 在实际检测过程中, 当要测定大批量的土壤样品时, 测试液的静置时间很难达到一致。为此, 本研究提出一种搅拌充分混匀、离心后测定的方法, 以缩短电极读数测定时间, 提高测定效率。同时, 对用现制现用超纯水代替去CO2蒸馏水测定土壤酸碱度的可行性一并进行探讨。

1 材料与方法

1.1 供试样品

有机肥料样品8个, 水溶肥料样品6个, 土壤样品30个。

1.2 主要仪器设备

酸度计(梅特勒FE20型, 带电极型号LE438), 离心机(日立CR21G Ⅲ 型), 50 mL离心管。

1.3 去CO2超纯水制备

在5 L三角瓶中加入不超过2/3瓶高度的超纯水, 置于电炉上加热煮沸, 煮沸30 min后取下, 稍冷, 用软木塞封住瓶口, 冷却待用。

1.4 测定方法

1.4.1 肥料酸碱度测定

取有机肥料样品(样品1~8), 按照1:10的样液提取比率, 用玻璃棒搅拌混匀约1 min, 静置30 min; 另取水溶肥料样品(样品9~14), 按照1:250的样液提取比率, 搅拌混匀约1 min, 静置15 min。分别以超纯水(Ⅰ )和去CO2超纯水(Ⅱ )为浸提液, 测定各试液的酸碱度。

1.4.2 土壤酸碱度测定

采用去CO2超纯水作为浸提液, 以过2 mm筛制备的4个土壤样品(1~4号)为材料, 采用土液比1:2.5的比例, 搅拌1 min, 分别静置30 min、1 h和2 h, 测定上清液的pH值。

采用去CO2超纯水作为浸提液, 按土液比1:2.5的比例和1 min的搅拌时间, 采用不同浸提方法处理过2 mm筛制备的10个土壤样品(5~14号), 分别测定其酸碱度。A法:土液混合后装入烧杯中, 用玻璃棒充分搅拌, 待其混匀后, 用pH计测定静置30 min后的上清液; B法:土液混合后装入50 mL离心管中, 用玻璃棒充分搅拌, 待其混匀后, 4 000 r· min-1离心3 min, 用pH计测定离心后的上清液。搅拌时间统一为1 min, 主要是为了搅拌充分。搅拌方法均采取2步走:先用玻璃棒搅拌至目测混匀, 静置约1 min, 再用玻璃棒搅拌8~10次。

分别使用超纯水(Ⅰ )和去CO2超纯水(Ⅱ )作为浸提液, 按土液比1:2.5、搅拌时间1 min, 将过2 mm筛制备的16个土壤样品(15~30号)与浸提液于50 mL离心管中混匀, 4 000 r· min-1离心3 min, 用pH计测定离心后的上清液。

2 结果与分析

2.1 肥料酸碱度测定结果对比

如表1所示, 经成对样本t检验分析, 2种方法测定的肥料样品酸碱度结果无显著性差异, 且2种方法测定结果的绝对差值均小于0.10, 满足规定允差要求。

表1 不同方法测定肥料样品的酸碱度结果

水溶肥料产品易溶于水, 加水搅拌容易澄清, 用玻璃棒极易搅拌混匀。搅拌方法:用玻璃棒搅拌5~8次, 静置约1 min, 再搅拌3~5次, 这样就能充分混匀。有机肥料难溶于水, 用25 mL高型烧杯称取2 g试样, 再加入20 mL超纯水, 可使操作更简便。由于很多有机肥料产品的质地轻, 与标准中5 g的称样量相比, 称样2 g可使操作更简便快速些, 且加入超纯水后也更容易混匀。有机肥料的具体搅拌方法也适合分2步操作:先用玻璃棒充分搅拌混匀(目测搅拌混匀程度), 静置1~2 min后, 再搅拌3~5次, 这样就能充分混匀。

2.2 土壤酸碱度测定结果对比

2.2.1 静置时间的影响

如表2所示, 4个土壤样品的酸碱度在不同静置时间的测定结果有差异:1和2号样品(酸性), 其上清液的pH值在静置1 h后趋于稳定; 3和4号样品(碱性), 其上清液的pH值在2 h内较稳定。

表2 静置不同时间对4个样品土壤酸碱度测定结果的影响

2.2.2 浸提方法的影响

如表3所示, 测定结果经成对样本t检验分析, 2种浸提方法对土壤酸碱度测定结果无显著影响。采用离心方法的测定耗时比静置30 min大大缩短, 可以在很大程度上提高测试效率。

表3 不同浸提方法对5~14号土壤酸碱度测定结果的影响

在传统的批量测定土壤样品时, 很难精确控制每个样品的静置时间都为30 min, 而静置时间不同会对酸碱度测定结果有影响。另外, 土壤质地也会影响一定时间内浸提液的沉降程度。土壤样品在与浸提液充分搅拌混匀后离心, 可以得到稳定的上清液, 从而得到相对稳定浸提条件下的土壤酸碱度测试结果。但要指出的是, 由于离心管底部是半球形, 因此, 要实现搅拌混匀比高型烧杯条件下略困难, 当测定样品的数量少于5时, 静置30 min的方法可能会更方便。

土壤重金属监测评价需要有较准确的土壤酸碱度测定结果。在测定土壤重金属项目时, 通常只提供0.250 mm或0.149 mm细度的土壤试样。当测定这种土壤试样的酸碱度时, 采用高型烧杯混匀、静置30 min测定上清液pH值的方法是不可靠的。这是因为, 在该条件下, pH电极达到饱和平衡的耗时很长, 从而导致测试效率过低。离心的方法可以有效解决这类土壤酸碱度测定结果不可靠的问题。另外, 离心方法也适用于大批量细度2 mm土壤样品的酸碱度测定。

值得指出的是, 如果实验室购置的酸度计有测定土壤样品的专用电极, 则适合采用搅拌充分静置后直接测定上清样的方法。

2.2.3 浸提液的影响

如表4所示, 测定结果经成对样本t检验分析, 2种浸提液对土壤样品的酸碱度测定结果无显著影响。按照相关标准, 酸性土壤的测定规定允差不大于0.1个pH单位, 碱性土壤的测定规定允差不大于0.2个pH单位。本研究的测定结果能满足标准要求。

表4 不同浸提液对15~30号土壤酸碱度测定结果的影响

3 小结与讨论

随着科技进步, 以及先进仪器设备的投入使用, 实验室用水在质量上和便捷获取上较10年前有了很大改善。虽然pH计法测定酸碱度操作简单, 但在实际工作中发现存在可以进一步完善的操作。本试验表明, 现制现用电阻率18.2 MΩ · cm超纯水代替去CO2超纯水测定肥料产品或土壤样品的酸碱度是可行的, 测定结果能满足现行标准要求, 既节约能量, 又简化操作步骤。与隔夜保存的去CO2超纯水相比, 现制现用超纯水更可靠, 且保存时间长的去CO2超纯水, 存在吸收其他酸性气体的风险, 有可能使得结果不可靠。

实验室在进行肥料产品的酸碱度测定时通常采用手工搅拌的方式。有机肥料酸碱度测定的搅动时间规定为15 min, 但其可操作性不强, 实际检测中往往很难真正搅拌这么长时间。本研究发现, 只要搅拌充分混匀, 即可满足测定要求。在25 mL高型烧杯中称取2 g有机肥料, 加入20 mL超纯水, 用玻璃棒打圈搅拌8~10次, 静置约1 min, 再搅拌3~5次, 就能完全充分混匀, 静置30 min后, 用pH计测定上清液的pH值, 即为有机肥料的酸碱度结果。有机-无机复混肥料酸碱度测定时, 静置时间可以比规定的5 min长一些, 以确保上清液澄清。测定大批量土壤样品和细度在0.250 mm及以下的土壤样品时, 充分搅拌的方法可以分2步走:先用玻璃棒搅拌至目测混匀, 静置约1 min; 再用玻璃棒搅拌8~10次。之后, 4 000 r· min-1离心3 min, 用pH计测定澄清液部分的pH值, 即为土壤的酸碱度结果。

(责任编辑:高峻)