海能K9860全自动凯氏定氮仪测定土壤全氮方法研究

摘 要：为了研究海能K9860全自动凯氏定氮仪测定土壤全氮的方法，选取湛江市辖区内未明确养分含量的耕层土壤，与标准土壤进行对照，分别采用半微量开氏法和海能K9860全自动凯氏定氮仪法进行土壤全氮的测定。结果表明：2种方法测定的土壤全氮结果之间有显著性关系，且海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定的精密度和准确度明显高于半微量开氏法。研究结果可为海能K9860全自动凯氏定氮仪测定土壤全氮提供理论依据。

关键词：土壤全氮；全自动凯氏定氮仪；半微量开氏法；精密度；准确度

中图分类号：S153.6 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）16-135-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.16.030

0 引言

氮是农作物生长的必要营养元素之一，全氮含量是评价土壤供氮能力的一个重要指标。因此，如何简单、快速、准确地测定出土壤全氮含量，对了解土壤肥力和指导施肥具有重要意义［1-2］。半微量开氏法虽简便、经济，但耗时、易受人为因素影响。相比之下，全自动定氮仪更高效、精准，能减少人为因素干扰影响，提高全氮测定效率。采用半微量开氏法和海能K9860全自动凯氏定氮仪法对样品和对照土壤分别进行全氮测定，根据全氮含量测定结果，分析海能K9860全自动凯氏定氮仪在土壤全氮测定中应用的可行性。

1 材料与方法

1.1 供试土壤样品

在湛江市辖区内选取10个未明确养分含量的耕层土壤样品（于土层 0～20 cm处采集）。将采集的土壤样品处理干净后，平铺在样品盘中，置于室温下自然风干。风干后，用木棍将其碾压磨成粉，过0.25 mm筛备用［3］。

取3份农用地土壤为试验用标准土壤（广州广电计量检测股份有限公司研制），分别编号为SAS-1、SAS-2、SAS-3。

1.2 样品消煮

称取已过0.25 mm筛的耕层土壤样品1.0 g于消化管中，通过仪器自带的加液系统加入2.0 g催化剂（K2SO4、CuSO4、Se质量比为100∶10∶1，混合均匀，磨细过0.25 mm筛）及5 mL浓硫酸，摇匀后置于石墨炉，打开冷凝水，调节石墨炉温度为150～250 ℃，碳化30 min，再将温度升至300 ℃左右，消化30 min，最后将温度升至420 ℃左右，消化1 h，直至消煮液澄清，冷却备用。同时，做空白试验，取20 mL蒸馏水，设置相应的空白试验参数，重复进行3次，空白值相差<0.05 mL时，即可作为测定样品备用。

1.3 试验方法

1.3.1 半微量开氏法测定

1.3.1.1 仪器和试剂

仪器设备包括半微量定氮蒸馏装置、半微量滴定管、150 mL锥形瓶等。试剂主要有硼酸溶液、氢氧化钠溶液、硼酸指示剂、0.02 mol/L硫酸标准液及甲基红-溴甲酚绿混合指示剂等，严格按照试验要求配制试剂。试剂均为分析纯，试验用水为去离子水。

1.3.1.2 操作过程

首先，在150 mL锥形瓶中加入5 mL 硼酸指示剂，将其套在半微量定氮蒸馏装置的冷凝管下端，管口不宜插入硼酸溶液中，应置于其面上3～4 cm 处，防止倒吸。然后，将消煮液与30 mL去离子水一同转移至蒸馏器中，打开冷凝水，经三通管加入20 mL 氢氧化钠溶液进行蒸馏，用硼酸溶液吸收蒸馏出的氨液，在冷凝管口用pH试纸检验蒸馏液，直到试纸未发生碱性反应停止蒸馏。最后，采用0.02 mol/L硫酸标准液进行滴定，根据甲基红-溴甲酚绿混合指示剂反应确定滴定时间，当指示剂反应出现桃红色，即可完成滴定。

1.3.2 全自动定氮仪法测定

1.3.2.1 仪器和试剂

仪器设备为海能K9860型全自动凯氏定氮仪，配置K9860型号自动滴定仪、酸滴定仪等。试剂主要有40%氢氧化钠溶液、硼酸指示剂、0.02 mol/L硫酸标准液等，严格按照试验要求配制试剂。试剂均为分析纯，试验用水为蒸馏水。

1.3.2.2 操作过程

首先，进入调试界面进行仪器调试。其次，进入清洗界面对硼酸管路、接收杯、碱管路、滴定管路及滴定酸管路进行清洗。再次，打开自动滴定仪和酸滴定仪，接好冷凝进水管和40%氢氧化钠溶液进水管，将消煮冷却后的消煮液引入自动滴定仪。最后，系统会自动蒸馏5 min，将生成的硫酸铵转化为氨，并通过冷凝管进入预加有硼酸指示剂的接收瓶中［4］，通过仪器自带的加液系统向接收瓶中加入0.02 mol/L硫酸标准液进行滴定，当指示剂颜色发生变化时即可停止滴定。

1.4 统计分析

在2种测定方法中，对每个供试土壤样品均重复测定3次，根据滴定所消耗硫酸标准液的体积计算样品的总氮含量，以质量分数（%）表示全氮含量。每种方法重复测定3次，将3次测定的算术平均值作为最终测定结果［5］，算术平均值采用Excel软件中AVERAGE函数进行计算。根据测定结果，绘制线性回归图，对测定结果进行相关性分析。采用Excel软件中STDEV函数计算标准偏差，通过标准偏差和算术平均值的比值来确定RSD值。

2 结果与分析

2.1 2种方法测定土壤全氮含量结果

2.1.1 2种方法测定耕层土壤全氮含量

采用Excel软件统计半微量开氏法和海能K9860全自动凯氏定氮仪法3次重复测定的耕层土壤样品全氮含量，并计算3次测定结果的算术平均值，将其作为测定结果，结果见表1。

根据表1测定结果，半微量开氏法测定10个耕层土壤样品全氮含量范围为0.053%～0.382%；海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定10个耕层土壤样品全氮含量范围为0.052%～0.377%。

2.1.2 2种方法测定标准土壤全氮含量

采用Excel软件统计半微量开氏法和海能K9860全自动凯氏定氮仪法分别3次重复测定标准土壤样品全氮含量，并计算3次测定结果的算术平均值，将其作为测定结果，结果见表2。

根据表2测定结果，半微量开氏法测定3个标准土壤样品全氮含量分别为0.052%、0.156%、0.095%，海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定3个标准土壤样品全氮含量分别为0.052%、0.155%、0.092%。

2.2 2种方法测定土壤全氮含量相关性分析

2.2.1 2种方法测定耕层土壤全氮含量相关性

根据表1中10个耕层土壤样品的全氮含量测定结果，将半微量开氏法测定结果作为横坐标、海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定结果作为纵坐标进行线性回归，结果如图1所示。

根据图1线性回归图，可以得出2种方法测定耕层土壤全氮含量的线性回归方程为y=0.989 6x+0.001 1，相关系数R2为0.999 5。由此可见，2种方法测定土壤全氮含量结果之间有显著性关系。

2.2.2 2种方法测定标准土壤全氮含量相关性

根据表2中3个标准土壤样品的全氮含量测定结果，将半微量开氏法测定结果作为横坐标，海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定结果作为纵坐标进行线性回归，结果如图2所示。

根据图2线性回归图，可以得出2种方法测定标准土壤样品全氮含量的线性回归方程y=0.993 2x+0.000 6，相关系数R2为0.999 2。由此可见，2种方法测定标准土壤全氮含量结果之间有显著性关系。

2.3 精密度分析

根据表1中10个耕层土壤样品的全氮含量测定结果，采用Excel软件中STDEV函数计算3次重复测定结果的标准偏差，并通过标准偏差和算术平均值的比值确定RSD值，结果见表3。

由表3计算结果可知，半微量开氏法测定耕层土壤样品全氮含量的RSD值在0.65%～3.21%，海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定耕层土壤样品全氮含量的RSD值在0.56%～2.31%，均小于5%，说明2种方法测定全氮含量的精密度较高。在2种土壤全氮测定土壤方法中，海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定的RSD波动幅度明显小于半微量开氏法。通过分析可知，在土壤全氮测定中，海能K9860全自动凯氏定氮仪法的精密度高于半微量开氏法，更具有稳定性。

2.4 准确度分析

根据表2中3个标准土壤样品的全氮含量测定结果，采用Excel软件中STDEV函数计算3次重复测定结果的标准偏差，并通过标准偏差和算术平均值的比值确定RSD值，结果见表4。

由表4计算结果可知，半微量开氏法测定标准土壤样品全氮含量的RSD值在0.96%～2.42%，海能K9860全自动凯氏定氮仪法测定土壤耕层土壤样品全氮含量的RSD值在0.65%～1.92%，均小于5%，说明2种方法测定土壤全氮含量的准确度较高。在2种土壤全氮测定方法中，海能K9860全自动凯氏定氮仪法的RSD值波动幅度略小于半微量开氏法，均值也更接近参比物质量值。通过分析可知，在土壤全氮含量测定中，海能K9860全自动定氮仪法的准确度高于半微量开氏法。

3 结论

通过上述试验比较分析，2种方法在土壤全氮含量测定中有显著性关系，且表现出相近的精密度和准确度。但通过试验对比，发现海能K9860全自动定氮仪法在测定土壤全氮含量的精密度和准确度方面，都要优于半微量开氏法测定。

这可能是因为海能K9860全自动定氮仪法采用的是封闭式蒸馏法，实现了全自动化，操作更简单，减少了人为操作误差，受温度、压力等因素影响较小；而半微量开氏法测定过程复杂，存在人为误差。

此试验结果表明，2种方法测定土壤全氮含量结果之间有显著性关系。RSD值计算结果均小于5%，表明2种方法测定土壤全氮均具有良好的精密度和准确度。但从RSD值的波动幅度、参比物质量值结果可以看出，海能K9860全自动定氮仪法测定的精密度和准确度更高。

由上述分析可知，在土壤全氮含量测定中，海能K9860全自动定氮仪法比半微量开氏法更具优势。

参考文献：

［1］宋书会，张金尧，汪洪.连续流动分析仪与自动凯氏定氮仪测定土壤全氮含量比较［J］.中国土壤与肥料，2019（5）：207-212.

［2］荣国华，周景云，吴鸿宇，等.流动分析仪与凯氏定氮仪测定土壤全氮含量之比较研究［J］.水土保持研究，2023，30（1）：204-208.

［3］雷五歧.浅谈土壤样品制备及质量控制［J］.科学技术创新，2019（10）：7-8.

［4］郑福丽，谭德水，马征，等.自动定氮仪碱解蒸馏电位滴定法测定土壤中水解性氮含量［J］.山东化工，2019，48（9）：120-121.

［5］高飞，陈素贤，杜晓玉，等.FOSS Kjeltec 8400全自动凯式定氮仪测定土壤全氮方法探讨［J］.天津农业科学，2022，28（9）：76-80.