CN104198405A - 一种土壤中生物有效磷的测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种土壤中生物有效磷的测定方法，采集植物根际土壤自然风干，研磨后过2mm尼龙筛，放入塑料容器中，添加超纯水使待测土壤含水量达到60%，混匀，密封后放置；再次添加超纯水使土壤含水量达到80%，混匀使容器内土壤表面平滑，密封后放置，得到土壤检测试样；将纯化的结合剂溶液稀释并装入DGT采样装置，用透析膜将DGT采样装置封好；用手轻轻扭转将DGT采样装置压入土壤检测试样表面，使DGT采样装置和土壤接触良好，放置；取出结合相，用钼酸铵分光光度法测定结合相中磷的累积量并计算土壤中有效磷的浓度。优点是：该方法使用液体结合相薄膜梯度扩散技术测定土壤中生物有效磷，测得的生物有效磷与植物体内所吸收的磷显著相关。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤中生物有效磷的测定方法，特别涉及一种使用液体结合相薄膜梯度扩散技术测定土壤中生物有效磷的方法。
背景技术
磷是作物生长必须的营养元素，施用磷肥是提高土壤磷含量、改善土壤质量的有效举措。科学施肥关系到作物的品质、农业生产成本、土壤养分平衡等。近年来随着人们对保护资源环境重要性认识的提高，为遏制因连续大量施用磷肥导致磷矿资源的加速耗竭，农田土壤磷素作为非点源污染源造成地表水的富营养化和地下水的污染日趋严重的局面，科学、合理的施用磷肥从而被赋予了新的内涵，即磷肥的施用不仅要提高作物产量，改善品质，增加经济效益，而且不会对环境造成污染和破坏。准确测定土壤生物有效磷可使我们客观了解土壤的可供磷能力，对合理施肥，改良土壤，提高作物产量和品质，保护环境具有重要意义。
土壤有效磷是指土壤中可被植物吸收的磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷，有的土壤中还包括某些沉淀态磷。目前测定土壤有效磷大多采用化学提取法，主要方法有三种：Olsen法、Mehlich3法和ASI法。但以上利用不同提取剂、不同分析流程的土壤有效磷测定方法得到的是“操作性定义”的有效磷，而且主要关注的是磷在固液两态间的静态平衡，所测得的土壤有效磷与作物吸收磷的相关性远不理想。
由英国科学家Davison和Zhang发明的薄膜梯度扩散（Diffusive gradients in a thin film, DGT）技术是一种新型的有效态采集与测量技术，可通过模拟植物对目标物质的吸收过程来进行目标物质生物有效性研究。DGT采样装置主要由扩散相和结合相组成，早期开发的DGT采样装置均为固态结合相，存在两个缺点：一是固态结合相与固态扩散相接触难免不够紧密，容易偏离DGT的理论设计；二是富集在固态结合相中的目标物质需要酸淋洗，步骤繁琐，且容易带来测量误差。Menzies，Mason和Ding等分别研究了使用固态结合相DGT采样装置测量土壤中磷的生物有效性，但使用液态结合相DGT采样装置测量土壤中磷的生物有效性尚未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种土壤中生物有效磷的测定方法，该方法使用液体结合相薄膜梯度扩散技术测定土壤中生物有效磷，测得的生物有效磷与植物体内所吸收的磷显著相关。
本发明的技术解决方案是：
一种土壤中生物有效磷的测定方法，其具体步骤是：
1）土壤采集
采集植物根际土壤自然风干，去除土样中的植物残体和石块，研磨后过2mm尼龙筛，混匀备用；
2）DGT采样装置安装
将纯化的结合剂溶液稀释至0.010mol/L～0.050mol/L， 并按照装置容积量将其装入DGT采样装置，所述结合剂为超支化吉米奇季铵盐31526、高分子阳离子表面活性剂PCD、乙撑基双十二烷基聚氧乙烯醚季铵盐、松香基季铵盐中的一种，用截留分子量为7000～14000的透析膜将DGT采样装置封好；
3）DGT采样装置放置
称取过2 mm 筛的风干土壤200.00～500.00 g作为待测土壤，放入容积为400 mL～1000 mL的塑料容器中，添加超纯水使待测土壤含水量达到60%，混匀，密封后放置48 h；再次添加超纯水使土壤含水量达到80%，混匀使容器内土壤表面平滑，密封后放置24 h，得到土壤检测试样；DGT 采样装置用超纯水冲洗后，将DGT采样装置的透析膜端向下放置，用手轻轻扭转将DGT 采样装置压入土壤检测试样表面，使DGT 采样装置和土壤接触良好，放置24h～48 h；
4）结合相磷的测定
取出DGT采样装置，将DGT采样装置中富集磷的结合相按照总体积的50%～80%取出，用钼酸铵分光光度法测定结合相中磷的累积量；
5）计算土壤中生物有效磷
按照公式：C b =M·△g / D·t·A，计算土壤中有效磷的浓度；
式中，C b为土壤中有效磷的浓度，M为结合相中磷的累积量，△g为透析膜厚度， D为磷通过透析膜的扩散系数，t为扩散时间， A为透析膜工作面积。
所述透析膜为醋酸纤维素膜。
所述结合剂为分子阳离子表面活性剂PCD或松香基季铵盐。
所述DGT采样装置，包括固定板，在固定板上设有带内边沿的外壳，在外壳内设有支撑体，在支撑体顶部与外壳内边沿之间卡装有透析膜，在支撑体上设有倒锥形凹槽，所述凹槽与透析膜包围形成结合剂容纳腔；所述DGT采样装置材质为聚四氟乙烯或聚丙烯；所述DGT采样装置容积为2mL。
所述根际土壤的取样深度为0cm～20cm。
本发明的有益效果是：
采用DGT动态原位采样技术，土壤中磷的形态原位从土壤环境中转移并固定在结合相中，避免了化学提取法可能引起的形态变化，可以更客观反映土壤中磷的存在形态；选用超支化吉米奇季铵盐31526、高分子阳离子表面活性剂PCD、乙撑基双十二烷基聚氧乙烯醚季铵盐或松香基季铵盐这一类的液体结合相，能够模拟植物对溶解性磷的动态吸收过程，克服了使用固态结合相的缺点，测定时不需要洗脱，操作简单，可以准确测量各种土壤中生物有效磷，测得的生物有效磷与植物体内所吸收的磷显著相关，明显优于测定生物有效磷的化学提取法，更好地反映了植物对土壤中溶解性磷的吸收。
附图说明
图1是本发明的DGT采样装置示意图；
图中：1-固定板，2-外壳，3-支撑体，301-凹槽，4-透析膜，5-结合剂容纳腔；
图2 玉米籽粒磷含量与土壤生物有效磷的相关性；
图3 生菜叶磷含量与土壤生物有效磷的相关性；
图4 马铃薯磷含量与土壤生物有效磷的相关性。
具体实施方式
实施例1
1）土壤采集
采集待测种植玉米根际土壤（取样深度为0-20cm），自然风干，去除土样中的植物残体、石块等，研磨后过2mm尼龙筛，混匀备用；
2）DGT采样装置安装
将纯化的乙撑基双十二烷基聚氧乙烯醚季铵盐溶液稀释至0.010mol/L， 取材质为聚丙烯容积为2mL的DGT采样装置，如图1所示，该采用DGT采样装置，包括固定板1，在固定板1上设有带内边沿的外壳2，在外壳2内设有支撑体3，在支撑体3顶部与外壳2内边沿之间卡装有透析膜4，在支撑体3上设有倒锥形凹槽301，所述凹槽301与透析膜4包围形成结合剂容纳腔5；将DGT采样装置内装入2mL 0.010mol/L的乙撑基双十二烷基聚氧乙烯醚季铵盐溶液，用截留分子量为14000的透析膜将DGT采样装置封好；
3）DGT采样装置放置
称取过2 mm 筛的风干土200.00 g，放入400 mL塑料容器中，添加超纯水使待测土壤中含水量达到60%，混匀，密封后放置48 h。再次添加超纯水使土壤含水量达到80%，混匀，使土壤呈黏糊状且表面光滑，密封后放置24 h，使土壤达到平衡。DGT 采样装置用超纯水冲洗后，将DGT采样装置的透析膜端向下放置，用手轻轻扭转将DGT 采样装置压入土壤表面，确保DGT 采样装置和土壤接触良好，放置48h；
4）结合相中磷的测定
取出DGT采样装置，将DGT采样装置中富集磷的结合剂按照总体积的80%取出，用钼酸铵分光光度法测定结合剂中磷的累积量；
5）计算土壤中有效磷
按照公式：C b =M·△g / D·t·A，计算土壤中有效磷的浓度；
式中，C b为土壤中有效磷的浓度，M为结合相中磷的累积量，△g为透析膜厚度， D为磷通过透析膜的扩散系数，t为扩散时间， A为透析膜工作面积。
分别从18块不同的田地中采集种植玉米根际土壤，作为样A、样品B、样品C…样品Q、样品R，检测结果如表1所示：
表1土壤生物有效磷与对应玉米籽粒磷含量
实验测得种植玉米土壤的生物有效磷为1.02～12.2mg·kg-1，玉米籽粒磷含量为3.09～8.27g·kg-1 ，根据表1的数据做出玉米籽粒磷含量与土壤生物有效磷相关性曲线（如图2所示），由图2可以看出DGT采样装置富集测量的有效磷与玉米吸磷量呈显著正相关，相关系数R为0.9810。
实施例2
1）土壤采集
采集待测种植生菜的根际土壤（取样深度为0-20cm），自然风干，去除土样中的植物残体、石块等，研磨后过2mm尼龙筛，混匀备用；
2）DGT采样装置安装
将纯化的高分子阳离子表面活性剂PCD溶液稀释至0.050mol/L，取材质为聚四氟乙烯容积为2mL的DGT采样装置，该采用DGT采样装置结构同实施例1，将DGT采样装置内装入2mL 0.050mol/L的高分子阳离子表面活性剂PCD溶液，用截留分子量为7000的透析膜将DGT采样装置封好；
3）DGT采样装置放置
称取过2 mm 筛的风干土500.00 g，放入1000 mL塑料容器中，添加超纯水使待测土壤中含水量达到60%，混匀，密封后放置48 h。再次添加超纯水使土壤含水量达到80%，混匀呈黏糊状，使容器内土壤表面平滑，密封后放置24 h。将DGT 采样装置用超纯水冲洗后，将DGT采样装置的透析膜端向下放置，用手轻轻扭转将DGT 采样装置压入土壤表面，确保DGT 采样装置和土壤接触良好，放置24h；
4）结合相中磷的测定
取出DGT采样装置，将DGT采样装置中富集磷的结合剂按照总体积的50%取出，用钼酸铵分光光度法测定结合剂中磷的累积量；
5）计算土壤中有效磷
按照公式：C b =M·△g / D·t·A，计算土壤中有效磷的浓度；
式中，C b为土壤中有效磷的浓度，M为结合相中磷的累积量，△g为透析膜厚度， D为磷通过透析膜的扩散系数，t为扩散时间， A为透析膜工作面积。
分别从18块不同的田地中采集种植生菜的根际土壤，作为样A、样品B、样品C…样品Q、样品R，检测结果如表2所示：
表2土壤生物有效磷与对应生菜叶中磷含量
实验测得种植生菜土壤的生物有效磷为1.01～11.1mg·kg-1，生菜叶磷含量为0.25～0.75g·kg-1，根据表2的数据做出生菜叶磷含量与土壤生物有效磷相关性曲线（如图3所示），由图3可以看出DGT采样装置富集测量的有效磷与生菜吸磷量呈显著正相关，相关系数R为0.8847。
实施例3
1）土壤采集
采集待测种植马铃薯根际土壤（取样深度为0-20cm），自然风干，去除土样中的植物残体、石块等，研磨后过2mm尼龙筛，混匀备用；
2）DGT采样装置安装
将纯化的松香基季铵盐溶液稀释至0.050mol/L，取材质为聚丙烯容积为2mL的DGT采样装置，该采用DGT采样装置结构同实施例1，将DGT采样装置内装入2mL 0.050mol/L的松香基季铵盐溶液，用截留分子量为7000的透析膜将DGT采样装置封好；
3）DGT采样装置放置
称取过2 mm 筛的风干土300.00 g，放入600 mL塑料容器中，添加超纯水使待测土壤中含水量达到60%，混匀，密封后放置48 h。再次添加超纯水使土壤含水量达到80%，混匀，使土壤呈黏糊状且表面光滑，密封后放置24 h，使土壤达到平衡。DGT 采样装置用超纯水冲洗后，将DGT采样装置的透析膜端向下放置，用手轻轻扭转将DGT 采样装置压入土壤表面，确保DGT 采样装置和土壤接触良好，放置24h；
4）结合相中磷的测定
取出DGT采样装置，将DGT采样装置中富集磷的结合剂按照总体积的60%取出，用钼酸铵分光光度法测定结合剂中磷的累积量；
5）计算土壤中有效磷
按照公式：C b =M·△g / D·t·A，计算土壤中有效磷的浓度；
式中，C b为土壤中有效磷的浓度，M为结合相中磷的累积量，△g为透析膜厚度， D为磷通过透析膜的扩散系数，t为扩散时间， A为透析膜工作面积。
分别从18块不同的田地中采集马铃薯的根际土壤，作为样A、样品B、样品C…样品Q、样品R，检测结果如表3所示：
表3土壤生物有效磷与对应马铃薯磷含量
实验测得种植马铃薯土壤的生物有效磷为1.45～12.8mg·kg-1,马铃薯磷含量为0.85～5.98g·kg-1, 根据表3的数据做出马铃薯磷含量与土壤生物有效磷相关性曲线（如图4所示），由图4可以看出DGT采样装置富集测量的有效磷与生菜吸磷量呈显著正相关，相关系数R为0.9503。
Claims (5)
1.一种土壤中生物有效磷的测定方法，其特征是：
具体步骤如下：
1）土壤采集
采集植物根际土壤自然风干，去除土样中的植物残体和石块，研磨后过2mm尼龙筛，混匀备用；
2）DGT采样装置安装
将纯化的结合剂溶液稀释至0.010mol/L～0.050mol/L， 并按照装置容积量将其装入DGT采样装置，所述结合剂为超支化吉米奇季铵盐31526、高分子阳离子表面活性剂PCD、乙撑基双十二烷基聚氧乙烯醚季铵盐、松香基季铵盐中的一种，用截留分子量为7000～14000的透析膜将DGT采样装置封好；
3）DGT采样装置放置
称取过2 mm 筛的风干土壤200.00～500.00 g作为待测土壤，放入容积为400 mL～1000 mL的塑料容器中，添加超纯水使待测土壤含水量达到60%，混匀，密封后放置48 h；再次添加超纯水使土壤含水量达到80%，混匀使容器内土壤表面平滑，密封后放置24 h，得到土壤检测试样；DGT 采样装置用超纯水冲洗后，将DGT采样装置的透析膜端向下放置，用手轻轻扭转将DGT 采样装置压入土壤检测试样表面，使DGT 采样装置和土壤接触良好，放置24h～48 h；
4）结合相磷的测定
取出DGT采样装置，将DGT采样装置中富集磷的结合相按照总体积的50%～80%取出，用钼酸铵分光光度法测定结合相中磷的累积量；
5）计算土壤中生物有效磷
按照公式：C b =M·△g / D·t·A，计算土壤中有效磷的浓度；
式中，C b为土壤中有效磷的浓度，M为结合相中磷的累积量，△g为透析膜厚度， D为磷通过透析膜的扩散系数，t为扩散时间， A为透析膜工作面积。
2.根据权利要求1所述的土壤中生物有效磷的测定方法，其特征是：所述透析膜为醋酸纤维素膜。
3.根据权利要求1所述的土壤中生物有效磷的测定方法，其特征是：所述结合剂为分子阳离子表面活性剂PCD或松香基季铵盐。
4.根据权利要求1所述的土壤中生物有效磷的测定方法，其特征是：所述根际土壤的取样深度为0cm～20cm。
5.根据权利要求1所述的土壤中生物有效磷的测定方法，其特征是：所述DGT采样装置，包括固定板，在固定板上设有带内边沿的外壳，在外壳内设有支撑体，在支撑体顶部与外壳内边沿之间卡装有透析膜，在支撑体上设有倒锥形凹槽，所述凹槽与透析膜包围形成结合剂容纳腔；所述DGT采样装置材质为聚四氟乙烯或聚丙烯；所述DGT采样装置容积为2mL。
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