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摘要 在AB-DTPA法复合浸取土壤营养元素的基础上，提出了一种适用于浸取土壤中营养元素有效组分的新方法，即采用0.2 mol/L乙酸（HOAC）-0.5 mol/L乙酸铵（NH4OAC）-0.005 mol/L二乙三胺五乙酸（DTPA）进行土壤营养元素P、K、Fe、Mn、Cu、Zn有效态浸取，ICP-OES法测定，并与AB-DTPA法进行对比研究。结果表明，该浸取体系对土壤各元素有效态浸取结果均在认定值范围内，精密度符合要求。方法元素测定与AB-DTPA法之间具有良好的线性相关性，且该浸取体系方法有效提高了速效K、Fe、Mn元素的有效态浸取结果测定准确度。此方法的研究对于快速检测农业土壤多种营养元素具有重要意义。
关键词 土壤浸取剂;DTPA;AB-DTPA法;土壤营养元素;有效组分
Abstract On the basis of ABDTPA soil extraction method，a new method for the determination of the effective components of soil nutrients was proposed.The available state of P，K，Fe，Mn，Cu，Zn in soil was extracted by 0.2 mol/L acetic acid （HOAc）0.5 mol/L ammonium acetate （NH4OAC）0.005 mol/L diethylenetriamine pentaacetic acid （DTPA），determined by ICPOES and compared with methods of ABDTPA.The results showed that the effective state of soil elements were in the range of the identified value，and the precision met the corresponding requirements.There was a good linear correlation between the determination of elements of ABDTPA method.The accuracy of the extraction results of available potassium，Fe，Mn elements were improved by this method.The study of this method is of great significance for the rapid detection of multiple nutrient elements in agricultural soil.
Key words Soil extractant;DTPA;ABDTPA method;Soil nutrient elements;Active principle
在环境与农业科学中，土壤营养元素和重金属元素的有效态含量分析为衡量土壤的供肥能力和重金属污染程度提供了客观科学的评价手段[1]。土壤营养元素的有效成分主要包括速效钾，交换性钙、镁，有效磷和有效铁、锰、铜、锌等。其中，土壤速效钾和有效磷测定是测土配方施肥土壤化验中的重要内容，对施用肥料指导与营养元素水平评价具有重要意义[2-3]。土壤有效铁、锰、铜、锌是植物体内多种酶和辅酶的不可缺少的组成元素，它们的缺乏会影响农作物正常生长，成为作物产量和品质的限制因子[4]。
早在20世纪30—40年代，国外的科学家已经开展了針对土壤元素有效态分析方法研究。早期的研究主要集中在对特定元素浸取方法和浸提剂的研究，并形成了测定速效钾、有效磷和有效铁、锰、铜、锌的经典方法[5-7]。这些方法具有较高的选择性和提取能力，但只能用于特定元素浸提而不适宜多种组分的混合浸提，对于多元素往往需要选择不同的浸提方法和浸取剂，不利于大批量、多指标土壤样品的快速测定[8]。随着现代仪器分析技术手段快速发展，样品的前处理和浸提日益成为影响测试速度和准确度的核心因素[9]。因此，适用于多元素有效态浸取的复合浸取方法的研究和应用日益成为土壤有效态分析方法研究的重点和主要方向。目前，研究较为深入的两类复合浸取方法为Mehlich 3法和AB-DPTA法。Mehlich 3法1982年由 Mehlich 博士首次提出后，在土壤有效 P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Ca、Mg、S等元素的测定取得了重要成果[10-11]，但Mehlich 3浸取体系的F-在酸性条件下对ICP-OES石英雾化器、炬管等有严重的腐蚀作用，且体系所需的NH4NO3属于易爆品受到严格管控，故而应用前景不如AB-DTPA法。AB-DTPA法是1977年由Soltanpour等提出并在欧美等国得到广泛研究与应用的一类土壤多元素有效态分析方法，具备多种单组分浸提剂的优势，取长补短，有效提高了混合浸提时的提取效率和多组分测定的准确性[12-14]。但AB-DTPA法也存在着一定的缺陷，由于浸取液呈碱性，对酸性土壤的提取效果不佳，尤其是对Mn浸取效果较差[15]。
为了解决Mehlich 3法和AB-DPTA法在浸取过程中存在的问题，在AB-DTPA法中引入HOAC与NH4OAC形成酸性强缓冲体系（pH≈4.8），可有效浸取土壤中离子交换态或以吸附形式存在的碳酸盐结合态、有机物结合态等。-NH4OAC中的NH4+能够有效地交换土壤中速效K、有效P等。且该强缓冲体系使浸取剂在提取不同pH土壤时能够维持浸取液 pH的稳定。提取液呈弱酸性，可以增加土壤活性组分的提取率[16];DTPA是有效的金属螯合剂，可以与金属离子（Fe、Mn、Cu、Zn）形成稳定的螯合物[7]。据此，笔者设计了一种新型的浸取体系对AB-DTPA浸取体系进行改进，即HOAC-NH4OAC-DTPA浸取体系（简称impro AB-DTPA）。 1 材料与方法
1.1 仪器及工作条件
iCAP6300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国Thermo Fisher公司），主要仪器参数： 射频功率1 150 W，雾化气流量1.0 L/min，辅气流量0.5 L/min，分析泵速100 r/min，垂直观测高度12 mm;HY-2型往复振荡器（常州市凯航仪器有限公司）;Kertone Lab纯水机（科尔顿（中国）有限公司）;AE163型万分电子天平（瑞士梅特勒公司）。
1.2 主要试剂
农业土壤标准样品 NSA-1、 NSA-2和NSA-4，均为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所研制;K、P、Fe、Mn、Cu、Zn标准储备溶液（北京坛墨质检科技有限公司），各元素质量浓度均为1.000 mg/mL;DTPA（上海展云化工有限公司）、HOAC（西陇科学股份有限公司）、NH4OAC（无锡亚泰化工有限公司）、NH4HCO3（无锡展望科技有限公司）均为分析纯;试验用水取自纯水机制备超纯水，电导率小于1.00 μs/cm。
1.3 试验方法
1.3.1 浸取剂的配制方法。
1.3.1.1 0.2 mol/L HOAC-0.5 mol/L NH4OAC-0.005 mol/L DTPA浸取剂。称取1.967 g DTPA，溶于约700 mL去离子水中，加入38.54 g NH4OAC，完全溶解后，加入11.7 mL冰醋酸，移入1 000 mL容量瓶，定容、摇匀备用。
1.3.1.2 AB-DTPA 浸取剂。称取1.967 g的DTPA溶于约700 mL去离子水，加入 1 mL 浓氨水，称取79.06 g碳酸氢铵在此溶液中，充分溶解后，用氨水或盐酸调节pH 为7.6，移入1 000 mL容量瓶，定容、摇匀备用。
1.3.2 6种营养元素有效态的浸取过程。
称取多组5.00 g （精确至0.01 g）土壤样品于200 mL带盖广口塑料瓶中，按土液比（土壤质量（g）与浸取剂体积（ mL）之比，如土液比1∶10即为5 g土壤样品采用50 mL浸取剂进行浸取）为1∶10加入0.2 mol/L HOAC-0.5 mol/L NH4OAC-0.005 mol/L DTPA溶液，旋紧盖子，于20 ℃下在往复振荡器上以180 r/min的速率振荡2 h，振荡结束后，立即过滤，滤渣弃去，所得滤液待测。
1.3.3 6种营养元素有效态的测定方法。
运用上述AB-DTPA和impro AB-DTPA对土壤中速效K以及有效态P、Fe、Mn、Cu和Zn浸取完成以后，采用电感耦合发射光谱仪按“1.1”所示仪器工作条件对最终所得试液进行测定。
2 结果与分析
2.1 6种元素标准曲线绘制 采用5%的硝酸，配制K、P、Fe、Mn、Cu、Zn标准溶液，ICP-OES测定标准溶液，绘制标准工作曲线。各元素测定分析谱线、线性方程、相关系数如表1所列。
2.2 改进AB-DTPA法测定结果 对NSA-1、NSA-2和NSA-4分别采用impro AB-DTPA浸取体系和AB-DTPA浸取体系按“1.3”方案浸取后，在电感耦合等离子体发射光谱上测定结果如表2所示。从表2可以看出，采用HOAC-NH4OAC-DTPA浸取体系测定结果中，速效钾的回收率从84.79%～88.37%上升至100.5%～104.6%;有效铁的回收率从85.40%～88.51%提高至96.60%～98.59%;有效锰的回收率从70.43%～76.97%提高至95.30%～97.39%。測定结果RSD值均在5%以下，表明该方法有良好的准确度和精密度。
2.3 2种方法测量酸性土壤相关性分析
采用上述2种浸取体系，对皖南丘陵地区44件酸性土壤样品（pH<6.5）进行浸取，上机测定，6种元素相关性分析如图1所示。从图1可以看出，速效K，有效P、Fe、Mn、Cu、Zn的测量方法相关系数分别达0.958、0.977、0.922、0.874、0.987和0.988，达到了极显著的相关水平（P<0.01）;采用改进AB-DTPA法（impro AB-DTPA）浸取，速效K、有效Fe、Mn测定值明显高于AB-DTPA法，结合标准曲线测定结果，可以认为改进AB-DTPA法有效地提升了速效K、有效Fe和有效Mn的浸取效率。
3 结论与讨论
该研究在AB-DEPA的基础上采用HOAC-NH4OAC缓冲体系取代了AB-DTPA中的NH4HCO3，通过土壤标准样品试验方法测量准确度、精密度与原方法进行了对比验证;通过对44件酸性土壤样品的方法对比试验，研究了2种方法在各元素有效态测量的线性相关性，结果表明，采用改进AB-DTPA法测定酸性土壤样品与原方法测定结果存在良好的线性相关性，且改进AB-DTPA法又很好地解决了测定速效K、有效Fe和有效Mn的回收率偏低的问题，提高了测量结果的准确度。该方法的应用，实现了采用一种方法同时浸取测定原先需要3种浸取方法完成的有效态元素浸取，极大程度地缩短了分析时间，提升了整体工作效率，具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 黄昌勇，徐建明.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.
[2] 栾慧，高一娜，刘红，等.土壤速效钾测定方法的影响因素[J].绿色科技，2016（16）：159-160.
[3] 张飞龙.Olsen法测定土壤中有效磷的方法优化及检测研究[J].西藏农业科技，2016，38（4）：33-37.
[4] 黄昌勇，徐建明.土壤学[M].3版.北京：中国农业出版社，2010.
[5] 张雄.原子吸收分光光度计测定土壤速效钾[J].南方农业，2018（35）：112，114. [6] 何秀芬，何燕，陳歆，等.电感耦合等离子发射光谱法测定石灰性土壤中有效磷的研究[J].热带农业科学，2017，37（12）：25-28.
[7] 罗治定，张宁，王敬功，等.二乙基三胺五乙酸浸取-电感耦合等离子体质谱法测定石灰性土壤中有效态铜锌铁锰[J].冶金分析，2019，39（1）：42-47.
[8] 李立平，张佳宝，邢维芹，等.土壤养分分析的现代化[J].土壤，2004，36 （3）：243-250.
[9] 刘秀珍，孙立艳，马骏，等. Mehlich3通用浸提剂测定石灰性土壤中有效养分的研究[J].山西农业大学学报（自然科学版），2007，27（3）：299-302.
[10] MEHLICH A.Comprehensive methods in soil testing[M].Mimeo Agron Division：NCDA，1982：1-282.
[11] CSATH P，MAGYAR M，DEBRECZENI K，et al.Correlation between soil P and wheat shoot P contents in a network of Hungarian longterm field trials[J].Communications in soil science and plant analysis，2005，36：275-293.
[12] SOLTANPOUR P N，SCHWAB A P.A new soil test for simultaneous extraction of macroand micronutrients in alkaline soils[J].Communications in soils science and plant analysis，1977，8（3）：195-207.
[13] 孙鸣镝，方海兰，郝冠军，等.AB-DTPA，CaCl2-DTPA两种方法分析土壤8种元素的有效态含量[J].土壤与作物，2014，3（2）：50-55.
[14] 郝冠军，周建强，方海兰.AB-DTPA法测定我国典型土壤多元素有效态含量的适用性分析[J].上海农业学报，2016，32（6）：100-107.
[15] 吴昆明，魏朝俊，刘云，等.土壤活性组分提取剂的研制及初步试验结果[J].岩矿测试，2014，33（3）：381-389.
[16] SPEIR T W，VAN SCHAIK A P，PERCIVAL H J，et al.Heavy metals in soil，plants and groundwater following HIGHRATE sewage sludge application to land[J].Water，air，and soil pollution，2003，150：319-358.
关键词 土壤浸取剂;DTPA;AB-DTPA法;土壤营养元素;有效组分
Abstract On the basis of ABDTPA soil extraction method，a new method for the determination of the effective components of soil nutrients was proposed.The available state of P，K，Fe，Mn，Cu，Zn in soil was extracted by 0.2 mol/L acetic acid （HOAc）0.5 mol/L ammonium acetate （NH4OAC）0.005 mol/L diethylenetriamine pentaacetic acid （DTPA），determined by ICPOES and compared with methods of ABDTPA.The results showed that the effective state of soil elements were in the range of the identified value，and the precision met the corresponding requirements.There was a good linear correlation between the determination of elements of ABDTPA method.The accuracy of the extraction results of available potassium，Fe，Mn elements were improved by this method.The study of this method is of great significance for the rapid detection of multiple nutrient elements in agricultural soil.
Key words Soil extractant;DTPA;ABDTPA method;Soil nutrient elements;Active principle
在环境与农业科学中，土壤营养元素和重金属元素的有效态含量分析为衡量土壤的供肥能力和重金属污染程度提供了客观科学的评价手段[1]。土壤营养元素的有效成分主要包括速效钾，交换性钙、镁，有效磷和有效铁、锰、铜、锌等。其中，土壤速效钾和有效磷测定是测土配方施肥土壤化验中的重要内容，对施用肥料指导与营养元素水平评价具有重要意义[2-3]。土壤有效铁、锰、铜、锌是植物体内多种酶和辅酶的不可缺少的组成元素，它们的缺乏会影响农作物正常生长，成为作物产量和品质的限制因子[4]。
早在20世纪30—40年代，国外的科学家已经开展了針对土壤元素有效态分析方法研究。早期的研究主要集中在对特定元素浸取方法和浸提剂的研究，并形成了测定速效钾、有效磷和有效铁、锰、铜、锌的经典方法[5-7]。这些方法具有较高的选择性和提取能力，但只能用于特定元素浸提而不适宜多种组分的混合浸提，对于多元素往往需要选择不同的浸提方法和浸取剂，不利于大批量、多指标土壤样品的快速测定[8]。随着现代仪器分析技术手段快速发展，样品的前处理和浸提日益成为影响测试速度和准确度的核心因素[9]。因此，适用于多元素有效态浸取的复合浸取方法的研究和应用日益成为土壤有效态分析方法研究的重点和主要方向。目前，研究较为深入的两类复合浸取方法为Mehlich 3法和AB-DPTA法。Mehlich 3法1982年由 Mehlich 博士首次提出后，在土壤有效 P、K、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Ca、Mg、S等元素的测定取得了重要成果[10-11]，但Mehlich 3浸取体系的F-在酸性条件下对ICP-OES石英雾化器、炬管等有严重的腐蚀作用，且体系所需的NH4NO3属于易爆品受到严格管控，故而应用前景不如AB-DTPA法。AB-DTPA法是1977年由Soltanpour等提出并在欧美等国得到广泛研究与应用的一类土壤多元素有效态分析方法，具备多种单组分浸提剂的优势，取长补短，有效提高了混合浸提时的提取效率和多组分测定的准确性[12-14]。但AB-DTPA法也存在着一定的缺陷，由于浸取液呈碱性，对酸性土壤的提取效果不佳，尤其是对Mn浸取效果较差[15]。
为了解决Mehlich 3法和AB-DPTA法在浸取过程中存在的问题，在AB-DTPA法中引入HOAC与NH4OAC形成酸性强缓冲体系（pH≈4.8），可有效浸取土壤中离子交换态或以吸附形式存在的碳酸盐结合态、有机物结合态等。-NH4OAC中的NH4+能够有效地交换土壤中速效K、有效P等。且该强缓冲体系使浸取剂在提取不同pH土壤时能够维持浸取液 pH的稳定。提取液呈弱酸性，可以增加土壤活性组分的提取率[16];DTPA是有效的金属螯合剂，可以与金属离子（Fe、Mn、Cu、Zn）形成稳定的螯合物[7]。据此，笔者设计了一种新型的浸取体系对AB-DTPA浸取体系进行改进，即HOAC-NH4OAC-DTPA浸取体系（简称impro AB-DTPA）。 1 材料与方法
1.1 仪器及工作条件
iCAP6300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国Thermo Fisher公司），主要仪器参数： 射频功率1 150 W，雾化气流量1.0 L/min，辅气流量0.5 L/min，分析泵速100 r/min，垂直观测高度12 mm;HY-2型往复振荡器（常州市凯航仪器有限公司）;Kertone Lab纯水机（科尔顿（中国）有限公司）;AE163型万分电子天平（瑞士梅特勒公司）。
1.2 主要试剂
农业土壤标准样品 NSA-1、 NSA-2和NSA-4，均为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所研制;K、P、Fe、Mn、Cu、Zn标准储备溶液（北京坛墨质检科技有限公司），各元素质量浓度均为1.000 mg/mL;DTPA（上海展云化工有限公司）、HOAC（西陇科学股份有限公司）、NH4OAC（无锡亚泰化工有限公司）、NH4HCO3（无锡展望科技有限公司）均为分析纯;试验用水取自纯水机制备超纯水，电导率小于1.00 μs/cm。
1.3 试验方法
1.3.1 浸取剂的配制方法。
1.3.1.1 0.2 mol/L HOAC-0.5 mol/L NH4OAC-0.005 mol/L DTPA浸取剂。称取1.967 g DTPA，溶于约700 mL去离子水中，加入38.54 g NH4OAC，完全溶解后，加入11.7 mL冰醋酸，移入1 000 mL容量瓶，定容、摇匀备用。
1.3.1.2 AB-DTPA 浸取剂。称取1.967 g的DTPA溶于约700 mL去离子水，加入 1 mL 浓氨水，称取79.06 g碳酸氢铵在此溶液中，充分溶解后，用氨水或盐酸调节pH 为7.6，移入1 000 mL容量瓶，定容、摇匀备用。
1.3.2 6种营养元素有效态的浸取过程。
称取多组5.00 g （精确至0.01 g）土壤样品于200 mL带盖广口塑料瓶中，按土液比（土壤质量（g）与浸取剂体积（ mL）之比，如土液比1∶10即为5 g土壤样品采用50 mL浸取剂进行浸取）为1∶10加入0.2 mol/L HOAC-0.5 mol/L NH4OAC-0.005 mol/L DTPA溶液，旋紧盖子，于20 ℃下在往复振荡器上以180 r/min的速率振荡2 h，振荡结束后，立即过滤，滤渣弃去，所得滤液待测。
1.3.3 6种营养元素有效态的测定方法。
运用上述AB-DTPA和impro AB-DTPA对土壤中速效K以及有效态P、Fe、Mn、Cu和Zn浸取完成以后，采用电感耦合发射光谱仪按“1.1”所示仪器工作条件对最终所得试液进行测定。
2 结果与分析
2.1 6种元素标准曲线绘制 采用5%的硝酸，配制K、P、Fe、Mn、Cu、Zn标准溶液，ICP-OES测定标准溶液，绘制标准工作曲线。各元素测定分析谱线、线性方程、相关系数如表1所列。
2.2 改进AB-DTPA法测定结果 对NSA-1、NSA-2和NSA-4分别采用impro AB-DTPA浸取体系和AB-DTPA浸取体系按“1.3”方案浸取后，在电感耦合等离子体发射光谱上测定结果如表2所示。从表2可以看出，采用HOAC-NH4OAC-DTPA浸取体系测定结果中，速效钾的回收率从84.79%～88.37%上升至100.5%～104.6%;有效铁的回收率从85.40%～88.51%提高至96.60%～98.59%;有效锰的回收率从70.43%～76.97%提高至95.30%～97.39%。測定结果RSD值均在5%以下，表明该方法有良好的准确度和精密度。
2.3 2种方法测量酸性土壤相关性分析
采用上述2种浸取体系，对皖南丘陵地区44件酸性土壤样品（pH<6.5）进行浸取，上机测定，6种元素相关性分析如图1所示。从图1可以看出，速效K，有效P、Fe、Mn、Cu、Zn的测量方法相关系数分别达0.958、0.977、0.922、0.874、0.987和0.988，达到了极显著的相关水平（P<0.01）;采用改进AB-DTPA法（impro AB-DTPA）浸取，速效K、有效Fe、Mn测定值明显高于AB-DTPA法，结合标准曲线测定结果，可以认为改进AB-DTPA法有效地提升了速效K、有效Fe和有效Mn的浸取效率。
3 结论与讨论
该研究在AB-DEPA的基础上采用HOAC-NH4OAC缓冲体系取代了AB-DTPA中的NH4HCO3，通过土壤标准样品试验方法测量准确度、精密度与原方法进行了对比验证;通过对44件酸性土壤样品的方法对比试验，研究了2种方法在各元素有效态测量的线性相关性，结果表明，采用改进AB-DTPA法测定酸性土壤样品与原方法测定结果存在良好的线性相关性，且改进AB-DTPA法又很好地解决了测定速效K、有效Fe和有效Mn的回收率偏低的问题，提高了测量结果的准确度。该方法的应用，实现了采用一种方法同时浸取测定原先需要3种浸取方法完成的有效态元素浸取，极大程度地缩短了分析时间，提升了整体工作效率，具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 黄昌勇，徐建明.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.
[2] 栾慧，高一娜，刘红，等.土壤速效钾测定方法的影响因素[J].绿色科技，2016（16）：159-160.
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[4] 黄昌勇，徐建明.土壤学[M].3版.北京：中国农业出版社，2010.
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[7] 罗治定，张宁，王敬功，等.二乙基三胺五乙酸浸取-电感耦合等离子体质谱法测定石灰性土壤中有效态铜锌铁锰[J].冶金分析，2019，39（1）：42-47.
[8] 李立平，张佳宝，邢维芹，等.土壤养分分析的现代化[J].土壤，2004，36 （3）：243-250.
[9] 刘秀珍，孙立艳，马骏，等. Mehlich3通用浸提剂测定石灰性土壤中有效养分的研究[J].山西农业大学学报（自然科学版），2007，27（3）：299-302.
[10] MEHLICH A.Comprehensive methods in soil testing[M].Mimeo Agron Division：NCDA，1982：1-282.
[11] CSATH P，MAGYAR M，DEBRECZENI K，et al.Correlation between soil P and wheat shoot P contents in a network of Hungarian longterm field trials[J].Communications in soil science and plant analysis，2005，36：275-293.
[12] SOLTANPOUR P N，SCHWAB A P.A new soil test for simultaneous extraction of macroand micronutrients in alkaline soils[J].Communications in soils science and plant analysis，1977，8（3）：195-207.
[13] 孙鸣镝，方海兰，郝冠军，等.AB-DTPA，CaCl2-DTPA两种方法分析土壤8种元素的有效态含量[J].土壤与作物，2014，3（2）：50-55.
[14] 郝冠军，周建强，方海兰.AB-DTPA法测定我国典型土壤多元素有效态含量的适用性分析[J].上海农业学报，2016，32（6）：100-107.
[15] 吴昆明，魏朝俊，刘云，等.土壤活性组分提取剂的研制及初步试验结果[J].岩矿测试，2014，33（3）：381-389.
[16] SPEIR T W，VAN SCHAIK A P，PERCIVAL H J，et al.Heavy metals in soil，plants and groundwater following HIGHRATE sewage sludge application to land[J].Water，air，and soil pollution，2003，150：319-358.