土壤陽離子交換量測定方法的比較研究

黃震波

（福建省閩西地質大隊，福建 三明 365000）

土壤環境對我國國民經濟發展有著直接影響。這是因為土壤和農業生產是直接掛鉤的，如果土壤環境出現了問題，那么農產品的安全性也無法保障，最終會危害消費者的身體健康，阻礙國民經濟的發展。因此，開展土壤環境監測工作尤為重要，而土壤陽離子交換量的監測及研究是其中的一個必測項目［1，2］。

就目前來看，測量土壤陽離子交換量的方法還是比較多的，常見的有乙酸銨交換法、氯化氨乙酸氨交換法、氯化鋇硫酸交換法、乙酸銨浸提標準酸液滴定法等。除上述比較常見的方法外，我國新發布了一種測量方法——三氯化六氨合鈷浸提分光光度法（HJ889—2017）。本文針對酸性土壤，對三氯化六氨合鈷浸提分光光度法和乙酸銨浸提標準酸液滴定法（NYT295—1995）這兩種陽離子交換量測定方法進行比較研究，通過對比其測量過程及測量結果，分析這兩種辦法的優劣，希望能夠為相關研究提供一定的幫助［3，4］。

1 試驗操作

土壤陽離子交換量對于土壤來說是一項非常重要的評價指標，能夠評價土壤的保肥能力及土壤改良效果，其測定結果在農業生產中具有非常大的參考價值。土壤陽離子交換量也是《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）標準（GB15618—2018）》中評價重金屬污染情況的一項重要土壤質量監測因子。此試驗主要依據《中性土壤陽離子交換量和交換性鹽基的測定（NY/T295—1995）》《森林土壤陽離子交換量的測定（LY/T1243—1999）》《土壤檢測第5部分：石灰性土壤陽離子交換量的測定（NY/T1121.5—2006）》等標準對土壤陽離子交換量進行測定［5，6］。

1.1 乙酸銨浸提標準酸液滴定法

1.1.1 原理。用乙酸銨溶液對土壤進行反復處理，讓土壤和乙酸銨溶液高度融合，使土壤中的銨離子飽和；然后使用95%乙醇洗去過量的乙酸銨，之后加入氯化鎂，使用定氮蒸餾法對其進行蒸餾處理。

1.1.2 操作步驟。第一，稱取能夠通過1mm篩孔的風干土樣2g，將土樣倒入100mL的離心管中，沿著離心管管壁加入少量的乙酸銨溶液，用玻璃棒攪拌，然后繼續添加乙酸銨溶液至總體積達到60mL，并且再次使用玻璃棒對樣品進行充分的攪勻處理；使用乙酸銨溶液把剛使用的橡皮頭玻璃棒清洗干凈，然后將溶液倒入另一支離心管當中。

第二，把上述兩個離心管分別放在粗天平的兩個托盤上面，使其能夠保持質量平衡；對平衡好的離心管進行離心處理，離心完畢后再使用乙酸銨對其進行2～3次處理，直到浸出液中沒有任何鈣離子后停止。最后使用乙酸銨溶液來對其進行定容。

第三，把95%的乙醇加入離心管當中，然后同樣使用攪拌棒對其進行攪拌，一直到泥漿的狀態，使用乙醇使兩個離心管質量變為平衡，然后再將其對稱放到離心機當中進行離心。需要對其進行反復的洗滌，一直到清液當中不包含銨離子。

第四，洗去多余銨離子，然后加入一些水，攪拌完畢之后轉移到凱式瓶當中完成蒸餾。

第五，向接收瓶當中放入20mL硼酸溶液以及3滴混合指示劑，然后將其放置到蒸餾裝置當中，首先用蒸餾水把多余的銨根離子洗干凈，然后把土樣全部轉移到凱式瓶當中，再放入2mL的液體石蠟和1g輕質氧化鎂。然后立刻把凱式瓶固定到凱氏定氮儀上面進行蒸餾處理，在進行蒸餾裝置時間設置的時候，必須要考慮到不同的土壤pH值跟時間的變化是有著很大聯系的。只有考慮到了時間問題，才能夠從根本上保證土壤當中的銨根離子全部被蒸餾出來，能夠被硼酸溶液吸收掉。通過大量的試驗研究，發現當蒸餾達到180s之后，接收杯中的硼酸溶液pH值可以達到最大化，之后的蒸餾瓶pH值基本上沒有出現非常明顯的變化，由此便可以認定蒸餾的時間完成，經過不斷的試驗，把蒸餾的時間定到了4min，這樣就可以保證所有的樣品都可以蒸餾干凈。蒸餾時間結束，則需要進行自動滴定，根據顏色來確定終點，把瓶子取下來，使用鹽酸標準溶液來進行滴定，并且將所有的用量記錄下來。

1.1.3 計算公式。試驗進行完畢之后，可以針對土壤陽離子交換量利用式（1）來進行計算。

式（1）中，C代表的是鹽酸標準溶液的濃度，V代表的是鹽酸標準溶液的消耗體積，V0代表的是空白試驗鹽酸標準溶液的消耗體積，m代表的是風干土樣的質量，H代表的是風干土樣的含水率。

1.2 三氯化六氨合鈷浸提分光光度法

1.2.1 原理。將溫度控制在20℃，然后利用三氯化六氨合鈷溶液作為研究的浸提液對土壤進行處理，土壤當中的陽離子在與三氯化六氨合鈷溶液進行化學反應后，就會被交換下來。

1.2.2 操作步驟。利用尼龍篩把風干的樣品進行過篩處理，然后充分混勻，稱取3.5g的樣品放到100mL的離心管當中，然后再加入50mL的濃度為1.66cmol/L的三氯化六氨合鈷溶液。對其進行輕微的震動，然后測試出pH值，若是酸性土壤，那么其pH值為7～8。將蓋口進行密封，然后把它放到振蕩器上面，在溫度為20℃條件下振蕩60min，調節好振蕩的頻率，讓土壤和溶液能夠在振蕩的過程中持續保持一個懸浮的狀態，然后將上清液收集到比色管當中，以4000r/min離心10min，過慢速濾紙，在24h內對其完成分析。

1.2.3 計算公式。

其中，Ao代表的是空白試樣的吸光度，A代表的是試樣吸光度或者是校正吸光度，V代表的是浸提液提交的電荷數，b代表的是標準曲線斜率，m代表的是取樣量，代表的是土壤樣品的干物質含量。

1.3 儀器與器皿

乙酸銨浸提標準酸液滴定法所使用的儀器包括土壤篩、離心管、天平、離心機、蒸餾裝置以及滴定管等。

三氯化六氨合鈷浸提分光光度法所使用的儀器包括分光光度計、振蕩器、離心機、天平、尼龍篩以及比色管等。

1.4 精密度比較

1.4.1 重復性測試。使用上述兩種方法對浸取出來的標準樣品以及實際的樣品進行測量，并平行測定7次，并且依據樣品的不同，計算平均值以及最大相對誤差、最大相對偏差等，按照精密度來對其進行多方位的比較。

1.4.2 人員比對測試。在進行測量以及研究的過程中，需要有兩位分析人員分別使用這兩種方法來對同一個樣品進行測定，并且需要測定7次，分別計算出不同濃度樣品的平均值、最大相對誤差和相對標準偏差等各項數據，然后對其精密度進行比較分析。

1.5 準確度比較

分別使用兩種方法完成7次測定，分別計算出平均值跟誤差，然后對其進行比較分析。

2 結果與討論

2.1 兩種測量方法的比較分析

在使用乙酸銨浸提標準酸液滴定法的過程中，所需要的試劑以及配置的溶液是非常多的，需要一直到所處理的浸出液當中沒有鈣離子為止。這一系列操作是非常耗時耗力的，同時，在運用的過程中有可能存在著樣品的損失。除此之外，還需要使用乙醇反復對離心管進行清洗。而三氯化六氨合鈷浸提分光光度法不需要配置多種樣品溶液，只需要配置三氯化六氨合鈷溶液即可，不存在樣品不斷轉移的情況，所以說也不存在著樣品的損失。

2.2 兩種測量方法分析效率比較

如表1所示，使用三氯化六氨合鈷浸提分光光度法，無論是分析效率，還是周期方面，都要比乙酸銨浸提標準酸液滴定法更加優越。試驗研究表明，使用三氯化六氨合鈷浸提分光光度法可以更好地減少工作量，也能夠提升工作人員的工作效率。

表1 兩種測量方法對比

2.3 精密度比較

如表2所示，可以發現，使用兩種方法來對標準樣品以及實際樣品進行7次測定的時候，依照方法從精密度要求來看，使用三氯化六氨合鈷浸提分光光度法所測定出來的結果，包括最大相對誤差、標準偏差以及變異系數等都要比使用乙酸銨浸提標準酸液滴定法更低，所以說三氯化六氨合鈷浸提分光光度法在應用過程中，其結果的重復性要比乙酸氨浸提標準酸液滴定法更加優越。

表2 兩種測量方法精密度比較

3 結語

綜上所述，陽離子交換量的多少能夠直接反映出土壤肥力的高低。在農業方面，一直以陽離子的交換量作為評價土壤保肥能力的一個非常重要的指標之一，因此針對土壤理化性質的研究是非常重要的。在本文中，筆者主要以比較的方法對三氯化六氨合鈷浸提分光光度法以及乙酸氨浸提標準酸液滴定法進行了相關的研究。

經試驗研究可以發現，在對比三氯化六氨合鈷浸提分光光度法以及乙酸銨浸提標準酸液滴定法的過程當中，無論是從周期還是從精密度的角度來看，三氯合鈷浸提分光光度法都要比乙酸銨浸提標準酸液滴定法更加優越，而且在使用的過程當中，操作起來非常便捷，能夠更加準確和可靠地得到試驗結果。因此，此法具有操作簡單、分析速度快等特點，能滿足不同酸堿度土壤中CEC的測定，適用于大批量土壤樣品的分析測試。