土壤中碳氮比检测方案(有机元素分析)

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版权所有 ◎2014， PerkinElmer， Inc. 保留所有权利。PerkinElmer@是PerkinElmer， Inc. 的注册商标。其他所有商标均为其各自持有者或所有者的财产。 土壤有机元素分析——碳氮比 序言 对此，碳和氮两种元素非常重要，尤其是其比例。这种 如果土壤含30%碳和2%氮，则碳氮比为15：1。排非常重要，因为其构成了碳水化合物等能量物质，而氮则为生长所必需的元素。平均碳氮比在各国有所不同，取决于该国主要的土壤类型，典型值在8-17之间。1还要考虑到加入土壤以调节碳氮比的化肥。在土壤中加入有机物时，细菌和真菌会将其分解，由此改变碳氮比。因此，添加的化肥需要含有足够的氮，这一点非常重要，否则，化肥的添加将产生负面影响。碳氮比约为20：1的堆肥较为有利，而碳氮比高达 400：1的木屑则会造成严重后果。2微生物分解有机物后，将很快快尽氮含量，继而开始消耗土壤中的氮。这将降低作物可获得的氮，导致产量下降。此外，碳和氮均可进一步细分为有机及无机两大部分。碳经常表示为总有机碳(TOC) 及总无机碳(TIC)。总有机碳包括腐烂的植物或细菌生长等来源中的所有碳含量。总无机碳则包括如碳酸盐和碳酸氢盐等形式中的碳含量。 了解作物生长土壤的健康状况，是保证高产量的基础。 比例表示为碳一氮，或碳氮比。碳氮比相对简单易懂。 元素百分含量可以通过两种方法来确定：凯氏定氮法和杜马斯燃烧定氮法。凯氏定氮法耗时较长，且包括湿化学技术，而杜马斯法则是简单的燃烧过程。杜马斯有机元素分析仪在氧气条件下将土壤物质燃烧成简单的分子或气体，如 CO、H，O和N，然后运用色谱技术分离这些气体。珀金埃尔默 EA2400 CHNS/O 和 EA2410蛋白质分析仪是利用燃烧试剂和热导检测 (TCD) 进行高准确度和精密度检测的典型仪器。在使用 EA2400时，将碳氮百分含量输出到数据库软件，对碳氮比进行自动计算。如需要总有机碳值，则可进行样品酸化，在燃烧前去除无机碳物质。 此外： 总碳=总无机碳+总有机碳(1) 已知总碳含量及总有机碳含量(即酸化碳百分比)，则可计算出总无机碳的含量。 实验 在分析前，所有样品在80℃进行干燥。各样品被放置在一个大的配衡锡容器(珀金埃尔默， N2411362)，并使用珀金埃尔默 AD6 自动平衡器进行精密称量。样品重量范围为10毫克至80毫克。由于土壤中的矿物质含量高，用石英内管 (N2411401)取代标准瓶容器 (N2411335)，以防止石英燃烧管失透。最后一批样品通过 EA2410 N氮分析仪进行测量，所有样品均运行在一个EA2400CHNS/O0元素分析仪与其他样品正运行在 EA2410氮分析仪。 为确保有机物的完全燃烧，需满足下表1中的最佳燃烧条件： 表1.土壤分析的最佳燃烧时间。 最佳燃烧 时间(秒) 全氧燃烧 3 燃烧时间 20 增加氧气1 2 增加氧气2 1 EA2400测量的分析时间约为5分钟， EA2410 的分析时间大约为4分钟。选择下列样品进行这些实验：粉砂壤土、休耕田土壤、CANMET参考土壤和USDA 参考土壤。 结果与讨论 1.粉砂壤土 表2中引述的重量百分比为三次测量的平均值，第一行显示接收到的样本的结果，第二行显示使用任一盐酸或磷酸酸化后的结果。 表2.酸化前后粉砂壤土三次测量平均元素百分比。 重量 % 样本 重量(毫克) C H N 验收态 20-80 2.33 0.97 0.19 酸化态 30-40 2.24 0.99 0.19 这些结果显示了两个重要方面的信息。首先，我们可以确定碳氮比为 12：1(12.26)，如上所述，该比值为土壤碳氮比的常见比值。其次，我们发现总无机碳含量低。数据显示总无机碳仅为0.09%，而总有机碳为2.24%。高有机碳含量对作物生长有利。 2.休耕农地土壤 对在测量前已经休耕一年以上的农地土壤，进行两次测量。结果如表3所示： 表3.休耕农地土壤2次测量元素百分比。 平均值 重量 % 次 重量(毫克) C H N 1 30.41 1.25 0.54 0.11 2 50.75 1.21 0.56 0.10 结果显示样品中的有机含量非常少。这一结果符合预期，因为前一年土壤中未种植作物，土壤中缺乏腐殖质，因 3.加拿大矿产和能源转换中心 (CANMET) 参考土壤 土壤类型的变化也是需要研究的一个重要特征。例如，佐治亚州萨凡纳的土壤具有典型的高有机质含量(C=3.70-17.5%)，，而在佛罗里达州，土壤主要为沙质，有机质含量较低(C=0.18-0.58%))。为进行调查，对这三种土壤类型进行了测量，并和参考土壤进行对比，以保证精确度。结果如表4所示， EA2400数据为5次测量的平均值。 表4.3种土壤元素百分比5次测量平均值及与参考值对比。 EA2400 重量 % 加拿大 参考 值 样本 重量(毫克) C H N C H N 1 10-50 0.31 0.52 0.04 0.25 0.52 0.04 2 4-25 4.78 0.72 0.20 4.80 0.73 0.22 3 4-25 6.63 0.14 0.03 6.60 0.15 0.02 样品1-尚普兰海洋粘土；样品2-铁腐殖质灰壤；样品3-灰棕淋溶土。 这些样品因其不同的碳氮比而具有研究价值。对灰壤而言，碳氮比的不同是由雨水冲刷滤去土壤中的营养物质，从而导致土壤贫瘠，不适宜农作。结果表明海洋黏土碳氮比为8：1(7.75)，灰壤的碳氮比为24：1(23.9)淋溶土的碳氮比最高，为221：1。这些数值与 CANMET提供的参考值进行了对比检测，表明实验结果一致。需要指出的是，海洋黏土的有机含量低，因此，使用了大量的海洋黏土样品。 4.美国农业部(USDA)参考土壤 美国农业部的样品也进行了测试，使用的分析仪为EA2410氮分析仪。测试仅针对氮含量进行，但由于已知碳氮比为10：1，可以计算得出碳的含量。3次测量的平均值如表5所示。 表5.美国农业部样品元素百分比3次测量平均值及与参考值的对比。 EA2410 USDARef. 样本 重量(毫克) %N %N 1 10-50 0.24 0.23 2 10-50 0.41 0.39 3 10-50 0.15 0.13 结果显示了与参考值的高度协同。使用碳氮比10：1，可以计算出碳含量为大约2.4%、4.1%及1.5%。 结论 实验表明EA2400 CHNS/O分析仪是对不同有机质含量的土壤样品进行分析的有力工具。其表明除了碳氮比，对总有机碳和总无机碳的测量也能达到高精准度。同时，在氮含量测试方面，EEA2410氮分析仪也表现出高精准度。 ( 参考文献 ) ( 1.Alistair F. Pitty， 《地理和土壤性质》， Taylor & Francis， 1979. ) ( 2.Crow Mi l ler，《了解碳氮比 》 ，2000，30，第4期第 20页。 ) ( 3.Robert F Culmo et al.， 《有机氮分析方法：凯氏定氮 法与 EA2410 氮分析仪(杜马斯法)》，珀金埃尔默出版物EAN-8。 ) 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司 地址：上海张江高科技技区张衡路1670号邮编：201203电话：021-60645888传真：021-60645999www.perkinelmer.com.cn 要获取全球办事处的完整列表，请访问http：//www.perkinelmer.com.cn/AboutUs/ContactUs/ContactUs