一种土壤活性碳氮比的测定方法与流程

1.本发明涉及土壤检测技术领域，尤其涉及一种土壤活性碳氮比的测定方法。


背景技术：

2.土壤碳氮一直以来都是农田土壤研究的重点和热点，碳氮含量是反应土壤质量和生产力的重要指标。土壤碳氮比是土壤有机物中碳总含量与氮总含量的比值，其通过影响微生物繁殖和活动进而调整有机质的分解速率，从而影响土壤碳氮循环。土壤碳氮比是评价土壤质量的重要指标，同时也是衡量土壤碳氮营养平衡状况的指标，它的变化会影响土壤微生物生物量和有机肥中元素的固定与释放，进而影响土壤肥力和土壤碳氮循环。土壤碳氮比较小时，微生物分解活动能力会增强，从而使土壤有效养分增加；碳氮比较高时，虽然能提高土壤固定有机碳的能力，但土壤氮素活性低，作物生长可能会受到氮素供应不足的制约；适当的土壤碳氮比例，有助于提高土壤微生物代谢。
3.土壤碳氮比由土壤有机碳和土壤全氮共同决定，土壤有机质年变化范围不大，土壤全氮年变化不明显，因此通常情况下土壤碳氮比也是一个相对稳定的数值。通常情况下，土壤碳氮比为20是最佳的碳氮比。但土壤有机质是一个复杂的机体，有的物质活性程度高，比如还原糖等，微生物容易吸收利用，有些物质比如复杂的纤维素等，微生物不容易利用。通常的土壤碳氮比20无法满足对微生物碳氮利用研究的需求。
4.土壤有机质是一个变化很缓慢的指标，土壤全氮变化不大，土壤全氮含量在0.01～5％，施肥主要增加速效的氮素含量，主要是水解态氮，研究学者发现水解态氮含量与作物需氮情况相关性明显，而水解态氮素不足土壤全氮含量的5％，通常情况下施肥量在10kg纯氮左右，在0～20cm土层中土壤全氮的改变量为0.0377g/kg。因此，施肥对土壤碳氮比的影响不大，用土壤碳氮比来指导农业施肥管理措施有其不合理的地方。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种土壤活性碳氮比的测定方法，所述土壤活性碳氮比在指导农业施肥管理措施方面更有实际意义。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种土壤活性碳氮比的测定方法，包括以下步骤：
8.配制高锰酸钾标准溶液，标定浓度为p；
9.测定浓度分别为0、0.1p、0.2p、0.4p、0.6p、0.8p和p的高锰酸钾溶液的吸光度，以吸光度数值为横坐标，以高锰酸钾溶液的浓度为纵坐标，绘制标准曲线，得到线性方程y＝aa b，公式1；公式1中，a、b为常数，a为吸光度，y为高锰酸钾溶液浓度，mmol/l；
10.将土壤样品和25ml浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，进行氧化还原反应，将所得混合物依次进行离心和稀释后，测定所得土壤样品混合液的吸光度数值，记为ai；所述土壤样品的称样量＝15mg/土壤有机碳含量mg
·
g-1
；
11.将空白样品和25ml浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，得到空白样品混合液，
测定所述空白样品混合液的吸光度数值，记为a0；
12.根据所述标准曲线中a和b以及吸光度数值ai和a0，根据所述标准曲线中a和b以及吸光度数值ai和a0，公式2；公式2中，(a(a0-ai) b)对应y，mmol/l；t为稀释倍数，t＝10～50；9为每变化1mmol/l高锰酸钾相当于氧化有机碳的量，mg c/mmol/l；mi为土壤样品的称样量，g；
13.测定土壤活性氮含量，
14.优选的，所述土壤样品使用前，将所述土壤样品风干后，过2mm筛。
15.优选的，所述土壤有机碳含量按照nyt1121.6-2006中重铬酸钾氧化法测定，所述土壤有机碳含量＝土壤有机质含量
÷
1.724。
16.优选的，所述土壤样品混合液中土壤样品的浓度＜33mmol/l。
17.优选的，所述吸光度的测量波长为565nm。
18.优选的，所述土壤活性氮含量根据ly/t 1228-2015的方法测定。
19.本发明提供了一种土壤活性碳氮比的测定方法，本发明首次提出土壤活性有机碳的测量方法，将土壤活性有机碳含量与土壤活性氮含量的比值作为土壤活性碳氮比，且浓度为33mmol/l的高锰酸钾浓度测定所得土壤活性有机碳含量与土壤活性氮含量的比值最为接近土壤微生物所需要20的碳氮比，经过施肥试验证明，此指标再评价和指导农业施肥管理措施方面，更有实际意义。
具体实施方式
20.本发明提供了一种土壤活性碳氮比的测定方法，包括以下步骤：
21.配制高锰酸钾标准溶液，标定浓度为p；
22.测定浓度分别为0、0.1p、0.2p、0.4p、0.6p、0.8p和p的高锰酸钾溶液的吸光度，以吸光度数值为横坐标，以高锰酸钾溶液的浓度为纵坐标，绘制标准曲线，得到线性方程y＝aa b，公式1；公式1中，a、b为常数，a为吸光度，y为高锰酸钾溶液浓度，mmol/l；
23.将土壤样品和25ml浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，进行氧化还原反应，将所得混合物依次进行离心和稀释后，测定所得土壤样品混合液的吸光度数值，记为ai；所述土壤样品的称样量＝15mg/土壤有机碳含量mg
·
g-1
；
24.将空白样品和25ml浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，得到空白样品混合液，测定所述空白样品混合液的吸光度数值，记为a0；
25.根据所述标准曲线中a和b以及吸光度数值ai和a0，根据所述标准曲线中a和b以及吸光度数值ai和a0，公式2；公式2中，(a(a0-ai) b)对应y，mmol/l；t为稀释倍数，t＝10～50；9为每变化1mmol/l高锰酸钾相当于氧化有机碳的量，mg c/mmol/l；mi为土壤样品的称样量，g；
26.测定土壤活性氮含量，
27.在本发明中，若无特殊说明，所需试剂均为本领域技术人员熟知的市售商品。
28.本发明配制高锰酸钾标准溶液，标定浓度为p。
29.在本发明中，所述高锰酸钾标准溶液的配制过程优选包括以下步骤：
30.称取0.7902g高锰酸钾，溶解在900ml水中，保持微沸1h，冷却定容至1l，放置2～3d，用微孔漏斗过滤，除去沉淀；将过滤后的高锰酸钾标准溶液贮存于棕色试剂瓶中，并放置在暗处，以待标定；
31.采用万分之一天平称取在105℃干燥至恒重的0.17g基准物na2c2o4，置于三角瓶中，加入去离子水50ml，加热溶解，加入3mol/l h2so415ml，摇匀，水浴加热至75℃，用自动滴定仪逐滴加入配制的高猛酸钾标准溶液，并充分摇匀，待紫红色褪去后，加快滴定速度，近终点时减慢滴定速度，至溶液显粉红色并保持30s不褪色即为终点，当滴定终点时，记录高锰酸钾标准溶液消耗的体积，记录为v标，单位为ml，其中溶液温度不低于55℃。
[0032][0033]
其中，m基为基准物质的质量，单位为g；
[0034]
v标为高锰酸钾标准溶液所消耗的体积，单位为ml；
[0035]
ρ为高锰酸钾标准溶液的标定浓度，单位为mmol/l。
[0036]
在本发明上述高锰酸钾和基准物用量条件下，所述高锰酸钾标准溶液的标定浓度p优选为2mmol/l。
[0037]
标定高锰酸钾标准溶液后，本发明测定浓度分别为0、0.1p、0.2p、0.4p、0.6p、0.8p和p的高锰酸钾溶液的吸光度，以吸光度数值为横坐标，以高锰酸钾溶液的浓度为纵坐标，绘制标准曲线，得到线性方程y＝aa b，公式1；公式1中，a、b为常数，a为吸光度，y为高锰酸钾溶液浓度，mmol/l。
[0038]
在本发明中，所述浓度分别为0、0.1p、0.2p、0.4p、0.6p、0.8p和p的高锰酸钾溶液的配制过程优选为分别吸取高锰酸钾标准溶液0ml、5ml、10ml、20ml、30ml、40ml和50ml于50ml容量瓶中，定容，得到浓度分别为0、0.1ρ、0.2ρ、0.4ρ、0.6ρ、0.8ρ、ρ的高锰酸钾溶液。
[0039]
在本发明中，所述吸光度的测量波长优选为565nm；测量所用设备优选为分光光度计；本发明对测量吸光度的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
[0040]
本发明对所述以吸光度数值为横坐标，以高锰酸钾溶液的浓度为纵坐标，绘制标准曲线的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程绘制标准曲线即可。
[0041]
本发明将土壤样品和25ml浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，进行氧化还原反应，将所得混合物依次进行离心和稀释后，测定所得土壤样品混合液的吸光度数值，记为ai；将空白样品和25ml浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，得到空白样品混合液，测定所述空白样品混合液的吸光度数值，记为a0；所述土壤样品的称样量＝15mg/土壤有机碳含量mg
·
g-1
。
[0042]
本发明对所述土壤样品的来源没有特殊的限定，按照本领域熟知的方式从农田或水田获取土壤即可。在本发明中，所述土壤样品使用前，优选将所述土壤样品风干后，过2mm
筛；本发明对所述风干和过筛的具体操作过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
[0043]
在本发明中，所述土壤样品的称样量＝15mg/土壤有机碳含量mg
·
g-1
；比如土壤有机碳含量为15mg/g，则土壤样品的称样量mi为1.0000g，比如土壤有机质含量为30mg/g，则土壤样品的称样量为0.5000g。在本发明中，所述土壤有机碳含量优选按照nyt1121.6-2006中记载的重铬酸钾氧化法测定，所述土壤有机碳含量＝土壤有机质含量
÷
1.724。
[0044]
在本发明中，所述土壤样品混合液中土壤样品的浓度优选＜33mmol/l。
[0045]
在本发明中，所述土壤样品和25ml浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合、离心和稀释的过程优选为将土壤样品放置在100ml三凹三角瓶中，加入浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液25ml，于25℃震荡30min；将震荡好的高锰酸钾土壤混合液于4000rmp转速，离心5min后，用去离子水将离心后的样品进行稀释。在本发明中，所述稀释的倍数优选为10～50，在本发明的实施例中，优选吸取2ml上述离心后的溶液，定容于50ml容量瓶中，即稀释倍数为25。
[0046]
在本发明中，所述空白样品优选为石英砂，使用与土壤等量的石英砂替换土壤，得到空白样品。
[0047]
本发明对测定所述土壤样品混合液的吸光度数值和空白样品混合液的吸光度数值的过程没有特殊的限定，按照上述测定高锰酸钾溶液的吸光度的过程测定即可。
[0048]
得到标准曲线、ai和a0后，本发明根据所述标准曲线中a和b以及吸光度数值ai和a0，a0，公式2；公式2中，(a(a0-ai) b)对应y，mmol/l；t为稀释倍数，t＝10～50；9为每变化1mmol/l高锰酸钾相当于氧化有机碳的量，mg c/mmol/l；mi为土壤样品的称样量，g。
[0049]
在本发明中，土壤样品混合液与空白样品混合液的吸光度差值体现出kmno4浓度的变化，而kmno4氧化过程中1mmol
·
l-1
kmno4消耗9mg c，从而计算出土壤活性有机碳含量。
[0050]
本发明测定土壤活性氮含量，
[0051]
在本发明中，所述土壤活性氮含量优选根据ly/t 1228-2015的方法测定，在此不再赘述。
[0052]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
以下实施例所用土壤样品，均为农田土壤。
[0054]
实施例1
[0055]
1、按照重铬酸钾氧化法测定土壤有机质含量(nyt1121.6-2006)的方法计算土壤样品编号为1～5的土壤有机碳含量分别为10.07mg/g、10.75mg/g、11.42mg/g、9.32mg/g、9.16mg/g，按照土壤样品1～5的称样量为15mg/土壤有机碳含量，土壤样品1～5的称样量分别为m1＝0.6712g、m2＝0.7166g、m3＝0.7615g、m4＝0.6213g、m5＝0.6110g；
[0056]
采用万分之一天平按照上述称样量进行称样，将称好的土壤样品1～5分别放置在
100ml三凹三角瓶中，加入33mmol/l高锰酸钾溶液25ml，于25℃震荡30min，将震荡好的高锰酸钾土壤混合液于4000rmp转速，离心5min，用去离子水将离心后的样品进行稀释，吸取2ml溶液，定容于50ml容量瓶中，将稀释后的土壤样品混合溶液用分光光度计在565nm下测定吸光度ai，并做空白对照，空白样品为与土壤等量的石英砂样品，a0为空白样品的吸光度值；
[0057]
2、标准曲线：
[0058]
称取0.7902g高锰酸钾，溶解在900ml水中，保持微沸1h，冷却定容1l，放置3d，用微孔漏斗过滤，除去沉淀，将过滤后的高锰酸钾溶液贮存于棕色试剂瓶中，并放置在暗处，以待标定；
[0059]
采用万分之一天平称取在105℃干燥至恒重的0.17g基准物na2c2o4，置于三角瓶中，加入去离子水50ml，加热溶解，加入3mol/l h2so415ml，摇匀，水浴加热至75℃，用自动滴定仪逐滴加入配制的高猛酸钾标准溶液，并充分摇匀，待紫红色褪去后，加快滴定速度，近终点时减慢滴定速度，至溶液显粉红色并保持30s不褪色即为终点，当滴定终点时，记录高锰酸钾标准溶液消耗的体积，记录为v标，单位为ml，其中溶液温度不低于55℃；
[0060][0061]
其中，m基为基准物质的质量，单位为g；
[0062]
v标为高锰酸钾标准溶液所消耗的体积，单位为ml；
[0063]
ρ为高锰酸钾标准溶液的标定浓度，单位为mmol/l；
[0064]
所述高锰酸钾标准溶液的标定浓度p为1.987mmol/l；
[0065]
分别吸取标定浓度为p的高锰酸钾标准溶液0ml、5ml、10ml、20ml、30ml、40ml和50ml于50ml容量瓶中，定容，得到浓度分别为0、0.1ρ、0.2ρ、0.4ρ、0.6ρ、0.8ρ、ρ的高锰酸钾溶液，于分光光度计在565nm下测定吸光度，吸光度值分别为0.0430、0.2168、0.4269、0.9005、1.3268、1.8000、2.216，建立以吸光度数值为横坐标，高锰酸钾溶液浓度为纵坐标的标准曲线：
[0066]
y＝0.8984a-0.0095；
[0067]
3、将土壤样品1～5分别和浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，得到土壤样品混合液，分别测定所述土壤样品混合液的吸光度数值，记为ai，测得a1、a2、a3、a4、a5分别为0.882、0.941、0.943、0.702、0.688；将空白样品和浓度为33mmol/l的高锰酸钾溶液混合，得到空白样品混合液，测定所述空白样品混合液的吸光度数值1.4710，记为a0，根据称样量m1、m2、m3、m4、m5，
[0068][0069]
土壤样品1～5计算所得土壤活性有机碳含量分别为3.38mg.kg-1
、3.24mg.kg-1
、3.43mg.kg-1
、4.10mg.kg-1
、4.11mg.kg-1
。
[0070]
对比例1
[0071]
将实施例1第3节中高锰酸钾溶液的浓度替换为167mmol/l。
[0072]
对比例2
[0073]
将实施例1第3节中高锰酸钾溶液的浓度替换为333mmol/l。
[0074]
按照实施例1的方法计算不同土壤样品1～5的土壤活性碳氮比见表1；同时根据传
统方法计算土壤碳氮比，土壤有机碳含量按照nyt1121.6-2006中重铬酸钾氧化法测定，土壤总氮含量根据ny/t 1121.24-2012测定，土壤碳氮比＝土壤有机碳含量/土壤总氮含量，所得结果见表1。
[0075]
表1实施例1和对比例1～2中不同高锰酸钾浓度所测土壤碳氮比和土壤活性碳氮比
[0076][0077]
由表1可知，土壤碳氮比范围为8.73～11.07，333mmol/l高锰酸钾浓度对应的土壤活性碳氮比范围为53.97～130.34，167mmol/l高锰酸钾浓度所对应的土壤活性碳氮比范围为47.38～71.41，33mmol/l高锰酸钾浓度所对应的土壤活性碳氮比范围为22.21～43.91。如果按照土壤碳氮比来说，土壤碳氮比为10左右，氮素含量对微生物是充足的，而如果对土壤活性碳氮比而言，各个土壤活性碳氮比均大于20，氮含量是不足的。按照农业种植户及栽培学专家来讲，此时需要施入氮肥，因此，本发明研究的土壤活性碳氮比在指导农业施肥管理措施方面，更有实际意义。而且，浓度为33mmol/l的高锰酸钾测定出来的土壤活性有机碳与土壤碱解氮的比值最为接近土壤微生物所需要的20的碳氮比，因此本发明采用33mmol/l的高锰酸钾浓度测定土壤活性有机碳含量。
[0078]
实施例2
[0079]
氮素投入量比对试验：根据农业技术人员和农民常规施氮量n2，不施氮肥为对照n0，以半量施氮量为n1，以1.5倍施氮量为n3，以2倍施氮量为n4，0～20cm的土壤重量为计算依据，进行n1、n2和n3三个氮素梯度活动碳氮比测定试验，所得结果见表2；其中，n1为2.5kg n/亩，n2为5kg n/亩，n3为7.5kgn/亩，氮素选择为硝酸钾，室内模拟试验采用1kg土壤添加对应量硝酸钾含量。
[0080]
表2不同氮素梯度对比试验结果
[0081][0082][0083]
由表2可知，当不添加氮素的时候土壤碳氮比分别为8.35、10.42、
[0084]
8.93，由于施肥氮素投入的量，不足以显著影响土壤碳氮比，因此，土壤碳氮比无法评价氮素投入是否合理。当氮素投入量不同时，土壤活性碳氮比变化明显，在氮投入量为2.5kg n/亩时，土壤活性碳氮比由原始的28.19、25.76、38.64降低到20.92、21.83、35.28；当氮投入量为5kg n/亩时，土壤活性碳氮比继续进一步降低到16.63、18.52、31.42；氮投入量为7.5kg n/亩时，土壤活性碳氮比进一步降低到13.88、18.06、28.86。当添加不同量氮素时，土壤活性碳氮比可以发生显著的改变，可以作为评价施肥是否合理的指标。
[0085]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。