一種石灰性紫色土磷素分級方法與流程
2023-06-02 14:56:26 4
本發明涉及土壤磷素分級，特別是涉及一種專門針對石灰性紫色土的磷素分級方法，屬於土壤磷素分級技術領域。
背景技術：
土壤磷素既是植物生長必需的大量營養元素，又是引起農業面源汙染和水體富營養化的重要因子。其在維持農業生態系統平衡和可持續發展中發揮著重要作用。採用適宜的土壤磷素分級方法研究土壤中磷素形態遷移、轉化及其有效性，對揭示土壤磷素供應和流失狀況具有重要意義。
土壤中磷素主要分為有機磷和無機磷兩種形態，其中以無機磷為主。土壤中無機磷主要包括正磷酸鹽和焦磷酸鹽等，而有機磷主要有磷酸肌醇、核酸、磷酸糖及微生物量磷等。目前，土壤磷素的分級主要分為土壤無機磷分級體系法（張守敬和Jackson法，顧益初和蔣柏藩法等）及土壤有機磷分級體系法（Bowman-Cole法等）。但是合理的土壤磷素分級方法應該包括無機磷、易轉化性、活性、慢性及穩定性有機磷的區分，這樣才能有助於全面估計土壤中無機態磷和有機態磷的轉化過程及其有效性。目前國際上較為合理的磷素綜合分級方法較少，主要為Hedley分級法和Guppy分級法。而這兩種方法主要針對的是酸性或者中性土壤，而對石灰性土壤，尤其是石灰性紫色土中磷素不能很好的進行分級。這是由於石灰性紫色土土質疏鬆，透氣性好，多為壤土或者粘壤土，其土壤磷素具有「有機磷含量高，有機-無機磷複合度高及磷素形態多樣性高」等特點，傳統的分級方法不能有效的將磷素形態，尤其是有機-無機複合體中的磷素形態分離出來，限制了石灰性紫色土中磷素循環的研究。
技術實現要素：
針對現有土壤磷素分級方法存在的上述不足，本發明的目的在於提出一種專門針對石灰性紫色土磷素分級的方法，本方法對石灰性紫色土中磷素的分級進行了細化，分級更加科學和全面，通過不同化學提取試劑的選擇和提取順序保證了分級的準確與可靠。
本發明的技術方案是這樣實現的：
一種石灰性紫色土磷素分級方法，本方法先採集石灰性紫色土壤樣品風乾過100目篩，然後採用化學提取劑逐級提取，即利用不同的化學試劑逐級提取該土壤樣品中有機磷和無機磷組分，具體步驟如下：
1）採用去離子水提取土壤樣品中水溶性磷H2O-P，包括水溶性有機磷H2O-Po和水溶性無機磷H2O-Pi；
2）在步驟1）提取後的土壤樣品中再採用陰離子交換樹脂提取土壤樣品中易轉化性磷，即樹脂溶性磷Resin-P，包括樹脂溶性有機磷Resin-Po和樹脂溶性無機磷Resin-Pi；
3）在步驟2）提取後的土壤樣品中再採用碳酸氫鈉NaHCO3、醋酸銨NH4OAC、氟化銨NH4F提取土壤樣品中活性磷，主要包括活性有機磷La-P、二鈣型磷酸鹽Ca2-P、八鈣型磷酸鹽Ca8-P和鋁型磷酸鹽Al-P；同時採用氯仿CHCl3提取微生物量磷SM-P；
4）在步驟3）提取後的土壤樣品中再採用氫氧化鈉NaOH和檸檬酸鈉Na3C6H5O7提取土壤樣品中緩性磷，主要包括緩性有機磷Sl-P、鐵型磷Fe-P和閉蓄態磷O-P；
5）在步驟4）提取後的土壤樣品中再採用HCl和超聲波提取土壤樣品中慢性有機磷Ch-P、團聚體內有機磷Sonic- Po和無機磷Sonic- Pi，並計算土壤中穩性有機磷St-P；
6）在步驟5）提取後的土壤樣品中再採用ICP法提取殘留態磷Re-P。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
1、本發明針對石灰性紫色土磷素有效度、活度等特徵及其對農業管理措施（施肥、灌溉、耕作等）敏感程度將其劃分為水溶性、易轉化性、活性、緩性、慢性及穩定性等類別，能夠同時兼顧石灰性紫色土有機磷與無機磷形態的區分與提取，有助於全面研究和評估石灰性紫色土磷素形態遷移、轉化特徵及其有效性，對揭示石灰性紫色土磷素供應和流失狀況具有重要意義。
2、本發明提出的分級方法是在參照傳統有機磷和無機磷分級方法的基礎上，利用逐級分離提取和ICP儀器法對土壤中每級有機結合態和無機態磷素進行細分量化，通過不同化學提取試劑的選擇和提取順序，既保證了分級的科學性和準確性，又能夠為進一步研究石灰性紫色土中磷素分布狀況、磷肥利用效率及磷素流失風險評估等方面提供重要的理論依據和技術手段。
3、相比傳統的Hedley分級法和Guppy分級法，本發明增加了土壤有機結合態及無機態中H2O-P，Al-P，Fe-P和磷酸鈣鹽的細分，對石灰性紫色土中磷素的分級進行了細化，為研究石灰性紫色土中磷素的組成及其轉化機制提供了技術參考。
4、本發明提出的分級流程技術路線為實現和設計石灰性紫色土磷素自動化分級提供了一種可能，具有廣泛的市場發展前景和經濟效益。
附圖說明
圖1-本發明石灰性紫色土磷素分級流程技術路線圖。
其中，①表示定容；②表示鉬銻抗比色法；③表示差減法。
具體實施方式
本發明石灰性紫色土磷素分級方法，先採集石灰性紫色土壤樣品風乾過100目篩，然後採用化學提取劑逐級提取，即利用不同的化學試劑逐級提取該土壤樣品中有機磷和無機磷組分，具體步驟如下：
1）採用去離子水提取土壤樣品中水溶性磷H2O-P，包括水溶性有機磷H2O-Po和水溶性無機磷H2O-Pi；
2）在步驟1）提取後的土壤樣品中再採用陰離子交換樹脂提取土壤樣品中易轉化性磷，即樹脂溶性磷Resin-P，包括樹脂溶性有機磷Resin-Po和樹脂溶性無機磷Resin-Pi；
3）在步驟2）提取後的土壤樣品中再採用碳酸氫鈉NaHCO3、醋酸銨NH4OAC、氟化銨NH4F提取土壤樣品中活性磷，主要包括活性有機磷La-P、二鈣型磷酸鹽Ca2-P、八鈣型磷酸鹽Ca8-P和鋁型磷酸鹽Al-P；同時採用氯仿CHCl3提取微生物量磷SM-P；
4）在步驟3）提取後的土壤樣品中再採用氫氧化鈉NaOH和檸檬酸鈉Na3C6H5O7提取土壤樣品中緩性磷，主要包括緩性有機磷Sl-P、鐵型磷Fe-P和閉蓄態磷O-P；
5）在步驟4）提取後的土壤樣品中再採用HCl和超聲波提取土壤樣品中慢性有機磷Ch-P、團聚體內有機磷Sonic- Po和無機磷Sonic- Pi，並計算土壤中穩性有機磷St-P；
6）在步驟5）提取後的土壤樣品中再採用ICP法提取殘留態磷Re-P。
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。
本發明石灰性紫色土磷素分級具體操作如下，同時參見圖1所示的技術路線圖：
（1）稱取土樣1.0000g（通過100目），置於100ml離心管中，加入50ml去離子水，振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中H2O-Pi，ICP法測定濾液中總磷（Pt1），H2O-Po則採用差減法，即H2O-Po= Pt1-（H2O-Pi）；
（2）加入2gNaCl飽和陰離子交換樹脂和50ml去離子水於上述離心管中，連續振蕩16h（20-25℃），將懸濁液傾至裝有80目篩的100ml燒杯中，用少量水洗去土粒，使篩上僅保留樹脂。用25ml 0.7M NaCl溶液轉移篩上樹脂於50ml燒杯中，將燒杯放在電熱板上45min，冷卻後，將溶液過濾到50ml容量瓶，並用0.7M NaCl溶液定容。吸取40ml上述溶液分別用鉬銻抗法測定濾液中Resin-Pi，ICP法測定濾液中總磷（Pt2），Resin-Po則採用差減法，即Resin-Po= Pt2-(Resin-Pi)；
（3）將上述100ml燒杯中的懸濁液轉移至100ml離心管中，離心8min（3500 r·min），棄去上清液，將土壤殘渣平均分為B1和B2兩組，向土壤殘渣B2中加入50ml 0.5M NaHCO3溶液，振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到50ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中Ca2-Pi，ICP法測定濾液中總磷（Pt3），NaHCO3-Po則採用差減法，即NaHCO3-Po= Pt3-（Ca2-Pi）；將土壤殘渣B1轉移至100ml燒杯中，放入乾燥器中，同時放入裝有30ml 1M NaOH溶液和30ml 無乙醇氯仿的小燒杯，用少量凡士林密封乾燥器，用真空泵抽氣至氯仿沸騰並保持至少 2 min，關閉乾燥器的閥門，在25℃的黑暗條件下放置 24h後，將燒杯中土壤全部轉移到100ml離心管中，加入50ml 0. 5M NaHCO3溶液，振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中CHCl3/NaHCO3-P,微生物量磷(SM-P)則為：SM-P=（CHCl3/NaHCO3-P）-（Ca2-Pi）；
（4）將經CHCl3/ NaHCO3浸提后土壤殘渣B1用950ml·L-1的酒精清洗兩次，棄去清液。然後加入50ml 0.5M NH4OAC, 振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中Ca8-P，ICP法測定濾液中總磷（Pt4），NH4OAC-Po則採用差減法，即NH4OAC-Po= Pt4-（Ca8-P）；
（5）將上述步驟（4）浸提后土壤殘渣用飽和NaCl溶液清洗兩次，棄去清液。然後加入50ml 0.5M NH4F, 振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中Al-P，ICP法測定濾液中總磷（Pt5），NH4F -Po則採用差減法，即NH4F -Po= Pt5-（Al-P），則活性有機磷（La-P）為：La-P=NH4OAC-Po+NH4F -Po+NaHCO3-Po；
(6) 將NH4F浸提后土壤殘渣用飽和NaCl溶液清洗兩次，棄去清液。然後加入50ml 0.1M NaOH, 振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中Fe-P，ICP法測定濾液中總磷（Pt6-1），NaOH -Po則採用差減法，即NaOH -Po= Pt6-1-（Fe-P）。同時吸取25ml濾液於50ml離心管中，加入HCl調節pH為1.0-1.8, 靜置過夜，通過無磷濾紙過濾到50ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中NaOH/HCl-Pi，ICP法測定濾液中總磷（Pt6-2），NaOH/HCl -Po則採用差減法，即NaOH/HCl -Po= Pt6-2-（NaOH/HCl-Pi）；
（7）將NaOH浸提後的土壤殘渣用飽和NaCl溶液清洗兩次，棄去清液。然後加入50ml 0.3M Na3C6H5O7, 振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中O-P，ICP法測定濾液中總磷（Pt7），Na3C6H5O7 -Po則採用差減法，即Na3C6H5O7 -Po= Pt7-（O-P）。土壤中緩性有機磷（Sl-P）則為：Sl-P=NaOH/HCl -Po+Na3C6H5O7 -Po；
（8）將Na3C6H5O7浸提後的土壤殘渣用飽和NaCl溶液清洗兩次，棄去清液。然後加入20ml 0.1M NaOH溶液放在超聲波分散儀進行分散，分散後的土壤殘渣加入30ml 0.1M NaOH溶液, 振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中Sonic-Pi，ICP法測定濾液中總磷（Pt8），Sonic -Po則採用差減法，即Sonic -Po= Pt8-（Sonic-Pi）；
（9）將上述土壤殘渣加入50ml 1M HCl, 振蕩1h（20-25℃），離心8min（3500 r·min），上層清液通過無磷濾紙過濾到100ml三角瓶中，用鉬銻抗法測定濾液中HCl-Pi，ICP法測定濾液中總磷（Pt9），HCl -Po則採用差減法，即HCl -Po= Pt9-（HCl-Pi）；
（10）將上述土壤殘渣用ICP法測定殘留態磷（Re-P）。
需要特別說明的是，本發明是依據土壤磷素形態結構複合度和活度間的差異，利用不同化學浸提劑對土壤磷素形態間的複合度和活度逐級解離和浸提，從而達到分離土壤磷素形態的目的。因而本發明對化學浸提劑的選擇及順序具有嚴格的要求。首先，化學浸提劑不能影響土壤原有磷素形態結構間的複合度和活度，也不能激發原有磷素形態結構間的轉化和遷移；其次，浸提順序必須按照弱浸提劑向強浸提劑逐級轉化，即化學浸提能力逐漸增強，否則有可能造成土壤中高活度、低複合度磷素形態的流失和低活度、高複合度磷素形態的增加，造成土壤磷素形態分級偏差，影響磷素分級效果。
最後需要說明的是，本發明的上述實例僅僅是為說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。儘管申請人參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這裡無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬於本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。