精准养分管理精准农业中的土壤养分快速测定技术杨俐苹，白由路（中国农业科学院土壤肥料研究所，北京100081）在精准农业技术体系中，了解土壤养分空间变异状况是土壤养分精准管理和变量施肥技术的基础。因此准确而快速测定和评价土壤养分状况，是进行土壤养分精准管理所必需的技术支持。经过多年的测土推荐施肥实践，笔者认为，“土壤养分状况系统研究法” 1,2正是适合在精准农业中应用的土壤肥力快速测定技术。 该技术包括一系列先进的实验室前处理、分析设备和联合浸提剂等分析技术手段。在土壤养分状况评价和测土推荐施肥中 , 综合考虑各大、 中、微量营养元素的全面均衡供应，更加真实准确地评价土壤养分状况和最大限度地提高肥料利用效率。 通过应用联合浸提剂和实验室系列设备实现系列化操作，进行批量处理和快速分析，显著提高了土壤测试的工作效率，单人操作，一天可以完成60 个土样 11 种营养元素 ( NH4+-N、P、K、Ca 、Mg 、S 、B、Cu、Fe、Mn 、Zn)以及 pH 、有机质、活性酸等14 个项目 840 个项次的分析测定, 大大提高测土推荐施肥工作的时效性。此外，在大量土壤测试、盆栽试验和田间试验示范的基础上，我们已经建立了从土壤测试到施肥推荐功能齐全的数据库、数据管理系统和高产高效平衡施肥咨询服务系统。由于在土壤养分精准管理技术中，一般采用网格取样技术，因此所需分析的土壤样品量较大，如果采用常规的土壤分析方法，难以达到快速测定的要求。而“土壤养分状况系统研究法”从了解土壤养分变异到指导变量施肥，形成了系列配套技术，能够满足精准农业的技术要求。1 分析方法介绍在土壤养分精准管理中，一般采用网格取样3,4，即在网格交汇处，以网格交汇点为圆心，在约3m半径内取 810 钻耕层土样，混合为一个土样。网格大小取决于土壤养分的空间变异程度，但一般在50150m范围。土壤样品经风干、过2mm筛后留 250g 左右备用。测定时用取样勺量取样品进行分析，既简单又快速。该方法在美国、加拿大已广泛使用。它改变了我国传统的称量法，土壤养分含量的表示方法以单位体积计算，因为植物根系是生长在一定体积的土壤中，因此单位体积的养分含量更能代表田间养分的实际状况5。在下面的分析方法中，用到了一种凝絮剂-Superfloc 127，它是一种高分子的聚丙烯酰胺，其主要作用是加速浸提剂的过滤而不影响测定结果。配制方法为：称取5.0g Superfloc 127放入 1000mL烧杯中，加5 mL甲醇，边搅拌边加无离子水，最后加水至1000mL 。放置 12 小时，储备在密闭瓶中。每次根据所需重量取用必要的体积，取用前注意充分摇匀。文中所有试剂配制的用水皆为无离子水。1.1 土壤有效磷、钾、铜、铁、锰、锌的测定1.1.1 ASI浸提剂 (0.25 mol/L NaHCO3-0.01 mol/L EDTA-0.01 mol/L NH4F) 的配制称取 210g NaHCO3、37.2g EDTA 二钠、 3.7g NH4F，加水溶解，再加入0.5g 已溶解的 Superfloc 127，最后，加水定容至 10 L ，摇匀。1.1.2 方法要点HCO3-离子，是石灰性土壤中有效Ca-P的理想提取剂，也能提取部分Fe-P 和 Al ?P；EDTA对 Fe、Al 、Ca均具有螯合力；F 离子，是 Al-P 的强力提取剂，其次是Fe-P，再次才是Ca-P6。可见 ASI 浸提剂对不同形态的P皆具有提取作用，可作为一种通用浸提剂。浸提出的磷用钼锑抗比色法测定。浸提出的钾用原子吸收分光光度计（AA）测定。 EDTA 作为螯合剂可把Cu、Zn、Mn 、Fe 浸提出来，然后用AA测定。该方法与我国土壤测定的常规化学方法7呈显著相关8。1.1.3 试剂配制1）磷溶液“ A ”称 0.45g 三氧化二锑于1000mL 烧杯中，加 5mL浓 HCl 将其溶解，再加300400mL水（溶液呈乳状），然后将烧杯浸于冷水中，边搅拌，边小心加入145mL浓 H2SO4。将 7.5g 钼酸铵 (NH4)6 Mo7 O24 4H2O溶解于 300mL水中。上述两种溶液冷却至室温后，混合，定容至1000mL （在冰箱中可保存10 周）。2）磷溶液“ B ”将 7g 无磷明胶溶解于500mL热水中， （如明胶含磷，冷却后使其通过阴离子交换树脂，再用2000mL无离子水把明胶洗净即可），稀释至10 L ，加入 10mL 0.0l mol/L AgNO3，以防止微生物生长。3）磷显色液“ C ”测定的当天，将150mL磷溶液“ A ”加到1000mL磷溶液“ B ”中，并加入1g 抗坏血酸，溶解后便可使用。4）磷、钾标准溶液1000 mg /L磷（ P）标准储备液：称取4.07gCaH4(PO4)2 H2O, 溶解在 500mL水中，加入5mL 浓 HCl，定容 1000mL 。1000 mg /L钾（ K）标准储备液：称取KCl（110烘干 2 小时） 1.9068g ，溶解定容 1000mL 。用 ASI 浸提剂配制工作曲线，其浓度系列示于表1。( 表：表 1 磷、钾工作曲线浓度系列 )系列 P(mg/L) K(mg/L) 1 0.0 0.0 2 2.5 5.0 3 5.0 10.0 4 10.0 20.0 5 20.0 40.0 使用上述标准溶液，所测得的风干土中土壤有效磷（P）、钾（ K）的含量是 : 0.0 ，25.0 ，50.0 ， 100.0 ，200.0mg/L 土壤；0.0 ，50.0 ，100.0 ，200.0 ，400.0 mg/L 土壤。5）铜、铁、锰、锌标准溶液铜（ Cu ）、铁（ Fe）、锰（ Mn ）、锌（ Zn）标准储备液：用盐酸溶解纯金属元素，配制1000 mg/L 的标准储备液。或购买 1000 mg/L 的铜（ Cu）、铁（Fe）、锰（Mn ）、锌（Zn）标准溶液。用无离子水稀释成含铜（Cu ）、铁（Fe）、锰（Mn ）、锌（ Zn）的浓度分别为100 mg /L 、500 mg /L 、200 mg /L 、100 mg /L的混合标准储备液。用 ASI 浸提剂配制工作曲线，其浓度系列示于表2。使用上述标准溶液，所测得的风干土中土壤有效铜（Cu）、铁（ Fe）、锰（ Mn ）、锌（ Zn）的含量分别是: 0.0 ，5.0 ， 10.0 ， 20.0 mg /L 土壤；0.0 ，25.0 ，50.0 ， 100.0 mg /L 土壤；0.0 ，10.0 ，20.0 ， 40.0 mg /L 土壤；0.0 ，5.0 ， 10.0 ， 20.0 mg /L 土壤。1.1.4 操作步骤1) 取 2.5mL 土样，加入25mL ASI 浸提剂，用每分300315 转的搅拌机（器）搅拌10 分钟，过滤。 ( 搅拌速度不要过高，否则使Superfloc127的链断裂，降低其效果) 。( 表：表 2 铜、铁、锰、锌工作曲线浓度系列 )系列 Cu(mg/L) Fe(mg/L) Mn(mg/L) Zn(mg/L) 1 0.0 0.0 0.0 0.0 2 0.5 2.5 1.0 0.5 3 1.0 5.0 2.0 1.0 4 2.0 10.0 4.0 2.0 2) 取 1mL滤液，加 9mL水，10mL磷显色液“ C ”，混匀，半小时后用分光光度计（波长680nm ）测定磷含量（用同样方法做标准曲线）。测磷前，用原子吸收分光光度计（AA）测定显色液中K 含量。3) 用 AA直接测定滤液中Cu，Fe，Mn ，Zn 含量。含量如太高可稀释后再测定。1.2 土壤活性酸、有效NH4+-N、Ca、Mg的测定1.2.1 浸提剂 (l mol/L KCl)的配制将 745g KCl 溶解在水中，并加0.25g 预先溶解的 Superfloc 127，加无离子水至10 L ，摇匀。1.2.2 方法要点用该方法浸提出的酸包括交换性H+及交换性 Al3+水解产生的H+，用 NaOH 进行中和滴定。 交换出来的Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度计测定。土壤浸提剂中的NH4+，在强碱性介质中与次氯酸盐和苯酚反应，生成水溶性染料靛酚蓝，用比色法测定。1.2.3 试剂配制1）0.01 mol/L NaOH 称取 0.40g NaOH 用无离子水溶解定容至1000mL 。2）酚酞指示剂称取 0.05g 酚酞溶解于 50mL乙醇（或甲醇）中，再加入50mL水即可。3）NaOH 溶液（测NH4+-N 用）将 27g NaOH 、3g EDTA二钠、 5g 醋酸钠溶解于1000mL水中，储存于聚乙烯瓶中备用。其中 EDTA二钠作为金属离子的掩蔽剂，防止干扰。醋酸钠可增加颜色的稳定性。4）90% 苯酚溶液将 90g 苯酚溶解于100mL水中。注意苯酚易潮解结块，不便取用，可在新购苯酚时把它配成90苯酚溶液，用前摇匀。5）碱性苯酚溶液测定当天，将12mL 90% 苯酚溶液 , 加到 250mL 测 NH4+用的 NaOH 溶液中，混匀。6）次氯酸钠 (NaOCl)溶液在 4 L 的水中加入1000mL 5.25%的 NaOCl 。7）1% 镧溶液称取 59g La2O3放入 1000mL烧杯中，加入约50 mL 水，然后小心加入250 mL 浓 HCl，使之溶解。注意加HCl 时动作一定要慢，并把烧杯放在冷水中冷却，否则溶液会沸腾溢出，最后定容至5 L 。该试剂为抗干扰剂，也可用氯化锶溶液代替。8）NH4+-N、Ca、Mg、Na标准液的配制标准储备液的配制：称取3.82g NH4Cl （65烘 4 小时）、 27.745g CaCl2（105烘 4 小时）、 20.91g MgCl26H2O(新购试剂 ) 、 5.08g NaCl （105烘 4 小时）溶解定容至1000mL 。 该溶液含 NH4+-N 、 Ca 、 Mg和 Na的浓度分别为1000mg /L 、 10000mg /L 、2500mg /L 、2000mg /L 。用 l mol/L KCl浸提剂配制工作曲线，其浓度系列示于表3。( 表：表 3 NH+4-N、Ca、Mg 、Na工作曲线浓度系列 )系列 NH4+-N(mg/L) Ca(mg/L) Mg(mg/L) Na(mg/L) 1 0.0 0 0.0 0.0 2 5.0 50 12.5 7.5 3 10.0 100 25.0 15.0 4 20.0 200 50.0 30.0 5 40.0 400 100.0 60.0 使用上述标准溶液，所测得的风干土中土壤有效NH4+-N、Ca 、Mg 、Na的含量分别是 : 0，50， 100 ， 200 ， 400 mg /L 土壤；0，500，1000，2000，4000 mg /L 土壤；0，125，250， 500, 1000 mg /L 土壤；0，75， 150 ， 300, 600 mg /L 土壤。1.2.4 操作步骤(1) 取 2.5mL 土样，加入25mL l mol/L KCl浸提剂，搅拌10 分钟，过滤。(2) 取 10mL滤液，加入15mL去离子水，再加入34 滴酚酞指示剂，边搅边用0.01 mol/L NaOH滴定至粉红色。(3) 取 3mL滤液，加入 4mL碱性苯酚溶液，再加入10mL次氯酸钠溶液，放置30 分钟，但不超过2 小时，用分光光度计在 630nm处比色，测定NH4+-N（用同样方法做标准曲线）。(4) 取 1mL滤液，加 9 mL 水, 10mL 1% 镧溶液，混匀，用原子吸收分光光度计测定Ca、Mg 、Na含量。1.3 土壤中有效硫、硼的测定1.3.1 浸提剂 (0.08 mol/L Ca(H2PO4)2 H2O)的配制称取 20.2g Ca(H2PO4)2 H2O放入 1000mL烧杯中，加约800mL水，加入 10 m