不同植被下土壤有机质含量的测定

丁一雯，方祥轩

（上海市黄浦区环境监测站，上海 200011）

土壤有机质（soil organic matter，SOM）既指土壤中处于不同分解阶段过程中各种动植物等生命死亡的残体，也指以多种形式存在的含碳有机化合物[1-3]。它不只是构成土壤生态系统的一部分，也是评判土壤肥力高低以及质量好坏的重要方式[4-5]。土壤有机质对生态系统初级生产者的生长发育至关重要，但由于区域不同、气候条件差异及土壤管理方式不同导致其含量亦有所不同[4]。土壤有机质对于保护土壤环境和生态系统持续稳定发展等方面具有重大意义。土壤有机质的主要初始来源被认定是植物凋落物。凋亡生物经过复杂的腐解过程，在一定条件下转化为土壤有机质，为自然生态系统的稳定提供能量来源[2，6]。

目前用于测定土壤有机质含量的方法较多，常用方法有干烧法、湿烧法，直接灼烧法和容量分析法[7]。重铬酸钾外加热容量法不仅是当前实验室分析的一种常用方法[8]，同时也是我国农业部发布的用于测定土壤有机质含量的一种标准方法[9]。该标准方法测定土壤样品有机质的含量要在外加热的条件下，使用过量的重铬酸钾-硫酸溶液消煮、氧化，使土壤有机质中的碳元素氧化为CO2。再由重铬酸离子还原为三价铬离子，多余且未被氧化的重铬酸离子再用硫酸亚铁标准溶液滴定。有机碳的含量依据氧化前后消耗的重铬酸离子数计算，由有机碳乘以系数1.724，得出其有机质含量，将测得的有机质乘以氧化校正系数1.1，最终得出样品中土壤有机质含量[8]。

1 材料与方法

1.1 土壤样品的采集与处理

样品采集位于K117 公路9～11 km 路段，属江南丘陵地带。土壤样品采集依照随机、等量、多点混合的原则，分别采集于原始树林、受人为活动影响较大的竹林和茶田，并命名土壤样品一、土壤样品二以及土壤样品三。采集后的样品摊薄于样品盘上，并将其置于室内干净且整洁的通风处。捏碎大块土样并不时翻动，剔除其中杂质，使其自然风干。风干后的土样，平铺于制样板，木棍再反复碾压并剔除多余杂质。先用2 mm 孔径筛筛选，取出一部分（四分法），并继续研磨，使其能通过0.25 mm 孔径筛。放入样品瓶保存，用来测定土壤有机质的含量。

1.2 仪器与设备

TS-8200 型土壤有机质分析机器人，仪乐智能仪器有限公司；电子天平，瑞士梅特勒公司，AL204/01；20 mL 移液管、500 mL 量筒、1 000 mL 烧杯、1 000 mL容量瓶、5 mL 电子移液枪（16-6-48B）。

1.3 试剂与溶液配制

1.3.1 试剂

浓硫酸，分析纯；重铬酸钾，优级纯；七水合硫酸亚铁，分析纯；邻菲罗啉，分析纯；土壤有效态成分分析标准物质HTSB 系列：HTSB-3 和HTSB-5；纯水。

1.3.2 重铬酸钾-硫酸溶液的配制

使用电子天平称取20.0 g 重铬酸钾，溶于300～400 mL 纯水，逐次缓慢加入500 mL 浓H2SO4；最后加水至1 000 mL 烧杯。加入H2SO4过程中会放热，因此每加入50 mL 浓H2SO4需等待片刻。同时在配制过程中将1 000 mL 烧杯置于冷水或冰块的大塑料盆内冷却，边加H2SO4边搅拌；待烧杯内的液体不烫手时，方可继续加入H2SO4。

1.3.3 0.1 mol/L 硫酸亚铁溶液的配制

称取28.0 g 七水合硫酸亚铁，溶于600～800 mL纯水，加入20 mL 浓H2SO4并搅拌均匀，待冷却后定容至1000 mL 烧杯。硫酸亚铁溶液易分解，每次使用前均需重新标定。

1.3.4 0.100 0 mol/L 重铬酸钾标准溶液的配制

先称取适量重铬酸钾置于烘箱（130 ℃，烘2～3 h），再称取4.904 g 烘好的重铬酸钾晶体，加入少量纯水使其溶解，转移至1 000 mL 容量瓶定容，得到浓度为0.100 0 mol/L 的重铬酸钾标准溶液。

1.3.5 邻菲罗啉指示剂的配制

称取0.70 g 七水合硫酸亚铁，将其溶于100 mL 纯水中，再加入1.49 g 邻菲啰啉，待完全溶解后，储存于棕色试剂瓶中。

1.4 土壤样品的测定

提前标定硫酸亚铁标准溶液，先在样品杯内加入20 mL 重铬酸钾-硫酸溶液，再依次加入40 mL 纯水和5 mL H2SO4，搅拌机选择标定程序标定。然后在样品杯中称取0.200 0 g 石英砂代替土样并加入转子，选择空白程序进行两次空白实验。在样品杯中称取适量标准样品和提前制备好的土样（约0.2 g）并加入转子，选择样品程序滴定。仪器机械臂抓取样品杯置于加液位，泵入10 mL 重铬酸钾-硫酸溶液，样品杯放置在加热位消解。待土样消解完成后，样品杯归位后加入纯水，最后样品杯被机械臂移至滴定位，泵入指示剂和硫酸亚铁标准溶液并自动滴定。由仪器自动计算出消耗硫酸亚铁溶液的滴定体积以及土壤有机质含量的测定结果。

2 结果与分析

2.1 硫酸亚铁标准溶液的浓度及空白土壤样品消耗该溶液的体积

按照上述方法对硫酸亚铁分两次标定取平均值，两次硫酸亚铁标准溶液消耗量分别为19.43 mL 和19.36 mL。由滴定结果得出其浓度，分别是0.1029 mol/L和0.1033 mol/L。取二者平均值，则硫酸亚铁标准溶液的浓度是0.1031 mol/L。两次空白土壤样品所消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，分别是40.92 mL 和41.09 mL，空白土壤样品所消耗硫酸亚铁标准溶液的体积的最终值（取两次滴定结果的平均值）为41.00 mL。

2.2 土壤样品的实验结果

2.2.1 土壤样品一的实验结果

按照上述样品分析方法，依次称取土壤样品一0.277 2、0.153 6、0.230 4、0.222 7 g，由仪器计算出该土样测定过程中消耗硫酸亚铁标准溶液的体积；对应消耗体积为35.36、37.98、36.51、36.58 mL。由此得出4 次测定土壤有机质含量分别为11.9、11.5、11.4、11.6 g/kg，4 组数据的绝对相差＜1.0 g/kg，符合标准[9]对绝对相差的要求，4 组数据的相对标准偏差为1.86%，由此可以得出原始树林样品中的土壤有机质含量平均值为11.6 g/kg（结果见表1）。

表1 土壤样品一的土壤有机质含量测定结果

2.2.2 土壤样品二的实验结果

按照上述样品分析方法，依次称取土壤样品二0.188 6、0.165 7、0.235 1、0.201 8 g，由仪器计算出该土样测定过程中消耗硫酸亚铁标准溶液的体积；对应消耗体积为29.30、30.62、26.35、28.06 mL。由此可以计算出4 次测定土壤有机质含量分别为36.4、36.7、36.6、37.6 g/kg，4 组数据的绝对相差＜1.0 g/kg，符合标准[9]对绝对值的要求，4 组数据的相对标准偏差为1.44%，由此可以得出竹林土壤样品中的土壤有机质含量平均值为36.8 g/kg（结果见表2）。

表2 土壤样品二的土壤有机质含量测定结果

2.2.3 土壤样品三的实验结果

按照上述样品分析方法，依次称取土壤样品三0.150 2、0.171 3、0.261 8、0.252 6 g，由仪器计算出该土样测定过程中消耗硫酸亚铁标准溶液的体积；对应消耗体积为36.14、35.63、32.09、32.68 mL。由此可以计算出4 次测定土壤有机质含量为19.0、18.4、20.0、19.3 g/kg，4 组平行数据的绝对相差＜1.0 g/kg，符合标准[9]对绝对相差的要求，4 组数据的相对标准偏差为3.47%，由此可以得出茶田样品中土壤有机质的含量测定结果平均值为19.2 g/kg（结果见表3）。

表3 土壤样品三的土壤有机质含量测定结果

2.3 质量保证与质量控制

2.3.1 HTSB-3 标准土壤样品的测定结果

为了验证本次实验结果的准确性和完整性，选取HTSB-3 标准土壤样品（不确定度为12.5 g/kg±1.2 g/kg）作为质控样，对其含量进行测定。分别称取0.2240 g和0.205 3 g HTSB-3 标准土壤样品，由仪器计算出该土样测定过程中消耗硫酸亚铁标准溶液的体积；对应消耗体积为36.07 mL 和36.44 mL。由此可以计算出HTSB-3 土壤有机质含量分别为12.9 g/kg 和13.0 g/kg；经过比对，发现两次测定结果均能满足其不确定度范围要求。

2.3.2 空白实验及方法检出限、相对标准偏差的检验

使用约0.200 0 g 石英砂代替土壤样品进行7 次空白测定，消耗硫酸亚铁标准溶液的滴定体积分别为32.54、32.51、32.54、32.46、32.46、32.54、32.39 mL，7 次空白实验的平均值为32.49 mL，标准偏差0.06 mL。

为了检测本次试验结果的精密度与准确度；对HTSB-5 标准土壤样品（26.0 g/kg±1.2 g/kg）结果测定，在同一天内重复测定6 次；6 次测定的土壤有机质含量分别为25.8、26.1、26.0、25.8、25.3、24.8 g/kg，6 次测定均在标准物质标准值范围内，其平均值为25.6 g/kg，标准偏差0.496 g/kg，测定结果的相对标准偏差为1.93%（结果见表4）。

表4 HTSB-5 标准土壤样品中土壤有机质含量的检验

因此，当取样量为0.200 0 g 时，实验方法检出限为0.19 g/kg，测定下限为0.76 g/kg，相对标准偏差为1.93%；HTSB-5 标准土壤样品的土壤有机质含量测定结果为25.6 g/kg，符合该标准土壤样品的不确定度范围要求。

3 结论

土壤有机质含量的测定对评价土壤质量的好坏具有重要作用，也是现代农业生产中评价土壤肥力高低的重要因子。本文采集了原始森林、竹林和茶田这3 种不同植被的土壤，在实验室使用重铬酸钾氧化法测定三种植被下土壤样品中的土壤有机质含量。结果发现，原始树林土壤有机质含量为11.6 g/kg，茶田为19.2 g/kg，竹林为36.8 g/kg。其中受到人为活动影响较大的植被土壤样品，土壤有机质的含量均出现了明显提升，茶田的土壤有机质含量提高了7.6 g/kg，竹林的土壤有机质含量提高了25.2 g/kg。导致土壤有机质的含量大幅提升可能与人类活动有关，如土地的田间管理和频繁施肥等。

重铬酸钾外加热容量法测定土壤有机质含量相较于其他测定方法简单安全高效，样品的制取及前处理过程具有明显优势。同时该方法测定步骤较为简单，不需人工消解土壤样品，且较其他方法安全性更高，并且其精密度和准确度也能符合试验要求。