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土壤全氮的检测是指测定土壤中所有形态氮(包括有机氮和无机氮)的总量,是评价土壤肥力、指导施肥和开展生态研究的重要指标。目前,国内外广泛采用的标准方法是以凯氏定氮法(Kjeldahl method) 为基础的湿化学消解-蒸馏-滴定或自动分析流程,该方法成熟、准确、适用性强,被中国国家标准(如《土壤质量 全氮的测定 凯氏法》HJ 717-2014 和 NY/T 53-1987)以及国际标准(如 ISO 11261:1995)所采纳。
具体操作过程如下:首先,准确称取一定量(通常为0.2–1.0克)经风干、研磨并过筛(一般为100目)的土壤样品,放入凯氏烧瓶中。随后加入浓硫酸和催化剂(常用混合催化剂如硫酸钾-硫酸铜,或硒粉、汞等,现代实验室多采用无毒或低毒替代品如TiO₂-V₂O₅体系),在加热装置上进行高温消煮。在此过程中,土壤中的含氮有机物(如蛋白质、氨基酸、腐殖质等)被浓硫酸氧化分解,其中的氮元素转化为铵离子(NH₄⁺),并与硫酸结合生成硫酸铵。消煮需持续至溶液澄清透明,表明有机物已完全分解。
消煮完成后,待溶液冷却,将其转移至蒸馏装置中,并加入过量氢氧化钠溶液,使体系呈强碱性。此时,铵盐转化为氨气(NH₃)。通过水蒸气蒸馏,氨气随蒸汽逸出,被导入预先加入定量硼酸溶液的接收瓶中。氨与硼酸反应生成硼酸铵,使溶液呈碱性。z后,用标准盐酸或硫酸溶液滴定接收液,根据酸的消耗量计算出氮的含量。也可采用自动凯氏定氮仪,将消煮、蒸馏、滴定集成自动化,提高效率和精度。
近年来,随着技术发展,也有一些替代或辅助方法被应用。例如,元素分析仪(EA)结合高温燃烧法:将土壤样品在氧气流中高温(约900–1000°C)燃烧,使所有氮转化为氮氧化物,再还原为N₂,通过热导检测器(TCD)或红外检测定量。该方法快速、无需强酸、适合大批量样品,但对高有机质或含碳酸盐土壤可能需预处理,且仪器成本较高。此外,近红外光谱(NIRS) 可用于快速预测全氮含量,但需依赖大量实测数据建立校正模型,适用于田间快速筛查,不能替代标准化学方法用于法定检测或科研精确测定。
需要注意的是,传统凯氏法不能测定硝态氮(NO₃⁻)和亚硝态氮(NO₂⁻)中的氮,因为它们在酸性消煮条件下会以气体形式损失。若土壤中硝态氮含量较高(如菜地、施肥后短期内),需先用德瓦达合金(Devarda's alloy)还原法或水杨酸-锌粉还原法将硝态氮和亚硝态氮还原为铵态氮,再纳入凯氏流程,才能获得真正的“全氮”。但在多数农业土壤中,硝态氮占比通常较低(<5%),常规全氮测定可忽略其影响;若需精确测定,则应采用包含硝态氮校正的改进凯氏法或高温燃烧法。
来源:网络
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