土壤中全氮及水解氮含量的測定

土壤中氮素絕大部分為有機的結合形態(tài)。無機形態(tài)的氮一般占全氮的1％～5％。土壤有機質(zhì)和氮素的消長，主要決定于生物積累和分解作用的相對強弱以及氣候、植被、耕作制度諸因素，特別是水熱條件，對土壤有機質(zhì)和氮素含量有顯著的影響。
　
　
(一)土壤全氮量的測定

測定土壤全氮量的方法主要可分為干燒法和濕燒法兩類。濕燒法就是常用的凱氏法。這個方法是丹麥人凱道爾(J．KJeldahl)于1883年用于研究蛋白質(zhì)變化的，后來被用來測定各種形態(tài)的有機氮。由于設備比較簡單易得，結果可靠，為一般實驗室所采用。下面介紹目前廣泛采用的半微量凱氏法。

樣品在加速劑的參與下，用濃硫酸消煮時，各種含氮有機化合物，經(jīng)過復雜的高溫分解反應，轉化為氨，與硫酸結合成硫酸銨。堿化后蒸餾出來的氨用硼酸吸收，以標準酸溶液滴定，求出土壤全氮含量(不包括全部硝態(tài)氮)。
包括硝態(tài)和亞硝態(tài)氮的全氮測定，在樣品消煮前，需先用高錳酸鉀將樣品中的亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮后，再用還原鐵粉使全部硝態(tài)氮還原，轉化成銨態(tài)氮。
在高溫下硫酸是一種強氧化劑，能氧化有機化合物中的碳而分解有機質(zhì)。
　
　
儀器、設備及試劑
1.儀器
消煮爐，半微量蒸餾裝置，半微量滴定管(5mL)。
　
2.試劑

(1)10mol·L-1NaOH溶液：稱取420g工業(yè)用固體NaOH于硬質(zhì)玻璃燒杯中，加蒸餾水400mL溶解，不斷攪拌，冷卻后倒人塑料試劑瓶，加塞，(放置幾天)待Na2C％沉降后，將清液虹吸人盛有160mL無CO2的水中，以去CO2的蒸餾水定容至1
L。
(2)甲基紅—溴甲酚綠混合指示劑：0.5g溴甲酚綠和0.1 g甲基紅溶于100mL 95％的乙醇中。
(3)20g·L-1H3BO3：20g H3BO3 (化學純)溶于1
L水中，每升H3BO3溶液中加入甲基紅—溴甲酚綠混合指示劑5mL，并用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)至微紫紅色，此時該溶液的pH為4.8。指示劑用前與硼酸混合，此試劑宜現(xiàn)配，不宜久放。

(4)混合加速劑：100gK2SO4、10gCuS04·5H2O和1gSe粉混合研磨，通過80號篩充分混勻，貯于具塞瓶中。消煮時每毫升H2SO4加0.37g混合加速劑。
(5)0.02 mol·L-1硫酸標準溶液：量取2.83 mL H2SO4，加水稀釋至5 000mL，然后用標準堿或硼砂標定之。
(6)高錳酸鉀溶液：25g高錳酸鉀溶于500mL無離子水，貯于棕色瓶中。
(7)還原鐵粉：磨細通過孔徑0.149mm(100目)篩。
　
　
方法和步驟
1.樣品制備
稱取風干土樣(通過0.149mm篩)1.0000g。
　
2.土樣消煮
①不包括硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的消煮：將土樣送人干燥的凱氏瓶底部，用少量無離子水(0.5～1mL)濕潤土樣后，加入2g加速劑和5mL濃硫酸，搖勻，將開氏瓶傾斜置于300W變溫電爐上，用小火加熱，待瓶內(nèi)反應緩和時(10～15min)，加強火力使消煮的土液保持微沸，加熱的部位不超過瓶中的液面，以防瓶壁溫度過高而使銨鹽受熱分解，導致氮素損失。消煮的溫度以硫酸蒸氣在瓶頸上部1／3處冷凝回流為宜。待消煮液和土粒全部變?yōu)榛野咨詭ЬG色后，再繼續(xù)消煮1
h。消煮完畢，冷卻，待蒸餾。在消煮土樣的同時，做兩份空白測定，除不加土樣外，其他操作皆與測定土樣相同。
②包括硝態(tài)和亞硝態(tài)氮的消煮：將土樣送人干燥的凱氏瓶底部，加1mL高錳酸鉀溶液，搖動凱氏瓶，緩緩加入1：1硫酸2mL，不斷轉動凱氏瓶，然后放置5min，再加入1滴辛醇。通過長頸漏斗將0.50g(±0.01g)還原鐵粉送人凱氏瓶底部，瓶口蓋上小漏斗，轉動凱氏瓶，使鐵粉與酸接觸，待劇烈反應停止時(約5min)，將凱氏瓶置于電爐上緩緩加熱45min(瓶內(nèi)土液應保持微沸，以不引起大量水分丟失為宜)。待凱氏瓶冷卻后，通過長頸漏斗加2g加速劑和5mL濃硫酸，搖勻。按上述①的步驟，消煮至土液全部變?yōu)辄S綠色，再繼續(xù)消煮1
h。消煮完畢，冷卻，待蒸餾。在消煮土樣的同時，做兩份空白測定。
　
3.氨的蒸餾
①蒸餾前先檢查蒸餾裝置是否漏氣，并通過水的餾出液將管道洗凈。
②待消煮液冷卻后，用少量無離子水將消煮液全部轉入蒸餾器內(nèi)，并用水洗滌凱氏瓶4～5次(總用水量不超過30—35mL)。若用半自動式自動定氮儀，不需要轉移，可直接將消煮管放人定氮儀中蒸餾。
于150mL錐形瓶中，加入20g·L-1硼酸指示劑混合液5mL，放在冷凝管末端，管口置于硼酸液面以上3～4
cm處。然后向蒸餾室內(nèi)緩緩加入10mol·L-1NaOH溶液20mL，通入蒸汽蒸餾，待餾出液體積約50mL時，即蒸餾完畢。用少量已調(diào)節(jié)至pH4.5的水洗滌冷凝管的末端。
　
4.測定
用0.01mol·L-1H2SO4或0.01mol·L—1HCl標準溶液滴定餾出液，至餾出液由藍綠色剛變?yōu)樽霞t色為止。記錄所用酸標準溶液的體積(mL)�？瞻诇y定所用酸標準溶液的體積，一般不得超過0.4mL。
　
5.計算
式中：V——滴定試液時所用酸標準溶液的體積，mL；
V0——滴定空白時所用酸標準溶液的體積，mL；
c——H2SO4或HCl標準溶液濃度，mol·L—1；
m——風干土樣的質(zhì)量，g。
兩次平行測定結果允許絕對相差：土壤含氮量大于1.0g·kg-1時，不得超過0.005％；含氮1.0～0.6g·k
kg-1時，不得超過0.004％；含氮<0.6g·kg-1時，不得超過0.003％。
　
　
注意事項
①對于微量氮的滴定還可以用另一更靈敏的混合指示劑，即0.099
g溴甲酚綠和0.066g甲基紅溶于100mL乙醇中。20g·L—1H3BO3指示劑溶液的配制：稱取硼酸(分析純)20g溶于約950mL水中，加熱攪動直至H3BO3溶解，冷卻后，加入混合指示劑20吐混勻，并用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)至紫紅色(pH約5)，加水稀釋至1L混勻備用。宜現(xiàn)配。
②一般應使樣品中含氮量為1.0～2.0mg，如果土壤含氮量在2g·kg-1以下，應稱土樣1g；含氮量在2.0～4.0g·kg-1者，應稱0.5～1.0g；含氮量在4.0g·kg-1以上者應稱0.5g。
③硼酸的濃度和用量以能滿足吸收NH3為宜，大致可按每毫升10g·L-1H3BO3能吸收氮(N)量為0.46噸計算。例如，20g·L-1
H3BO3溶液5mL最多可吸收的氮(N)量為5X2X0.46=4.6mg。因此，可根據(jù)消煮液中含氮量估計硼酸的用量，適當多加。
④在半微量蒸餾中，冷凝管口不必插入硼酸液中，這樣可防止倒吸減少洗滌手續(xù)。但在常量蒸餾中，由于含氮量較高，冷凝管須插入硼酸溶液，以免損失。
　
(二)土壤水解氮的測定（堿解擴散法）
土壤水解氮也稱土壤有效氮，它包括無機態(tài)氮和部分有機物質(zhì)中易分解的比較簡單的有機態(tài)氮，它是氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨基酸、酰銨和易水解的蛋白質(zhì)氮的總和。測定水解氮可以了解一定時期(如一個生長季或一年)內(nèi)土壤中氮素的供應水平，對于制定改土培肥規(guī)劃、擬定合理施肥方案、確定田間施肥量和作物管理等都有參考價值。
本實驗所述堿解擴散法是利用稀堿與土樣在一定條件下進行水解作用，使土壤中易水解的有機態(tài)氮轉化為氨氣狀態(tài)，并不斷地擴散逸出，連同土壤中原有的氨態(tài)氮一并由硼酸吸收，再用標準酸滴定，計算出水解性氮的含量。但此法測得的有效氮中不包括土壤中的硝態(tài)氮。
　
儀器、設備及材料
1.儀器與設備
土樣篩(1mm) 電子天平 擴散皿 溫箱 半微量滴定管
2.試劑
(1)1mol·L—1NaOH溶液：40g化學純NaOH溶于1L水中。
(2)堿性甘油：最簡單的配法是在甘油中溶解幾小粒固體NaOH即成。
(3)2％硼酸溶液(內(nèi)含溴甲酚綠—甲基紅指示劑)：將20gH3B03溶于1
L水中，加入溴甲酚綠—甲基紅指示劑10mL，并用稀NaOH(約0.1mol·L-1)或稀HCl(0.1mol·L-1)調(diào)節(jié)至紫紅色(pH4.5)。
(4)溴甲酚綠—甲基紅指示劑：0.5g溴甲酚綠和0.1g甲基紅溶于100mL95％酒精中。
(5)0.01mol·L-1HCl標準溶液：先配制1.0mol·L-1HCl溶液，稀釋100倍，用硼砂或180℃下烘干的Na2CO3標定其準確的濃度。
　
方法與步驟

稱取風干土樣(通過1mm篩)2.00g，置于擴散皿外室，輕輕地旋轉擴散皿使土壤均勻地鋪平。取2mL2％硼酸指示劑放于擴散皿內(nèi)室，然后在擴散皿外室邊緣涂上堿性甘油，蓋上毛玻璃，旋轉數(shù)次，使皿邊與毛玻璃完全粘合，再漸漸轉開毛玻璃一邊，使擴散皿外室露出一條狹縫，迅速加入10.0
mL濃度為1mol·L-1NaOH，立即蓋嚴，再用橡皮筋圈緊，使毛玻璃固定。隨后放人40±l℃恒溫箱中，堿解擴散24±0.5h后取出。內(nèi)室吸收液中的氨氣用半微量滴定管裝盛0.01mol·L—1HCl標準溶液滴定(由藍色滴到微紅色)。在樣品測定同時進行空白實驗，矯正試劑和滴定操作中的誤差。
結果計算按下式：
式中：V，Vo——土樣測定和空白實驗所用標準HCl的體積，mL；
c——標準酸的濃度，mol·L·；
14.0——氮原子的摩爾質(zhì)量；
W——風干土土樣稱重，g；
兩次平行測定結果允許誤差為5mg·kg-1。