土壤(沉积物)活性有机碳测定
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土壤(沉积物)活性有机碳测定方法
(资源获取自北方学院农林科技学院)
方法概述:活性有机碳(active organic carbon, AOC) 是具有相似特性,且其生物有效性较高的一类有机化合物(有机质中活性较强的组分)。活性有机碳是沉积物有机碳的活性部分,生物有效性较高、易被沉积物微生物分解矿化,是对水生生物养分供应具有最直接作用的有机质部分。AOC是沉积物有机碳中最不稳定的部分,能够被微生物利用作为能源及碳源,也是水生生物营养的主要来源,它与沉积物物理和化学性状(比如:TP、CEC、粘粒等)具有密切关系。此外,湖泊沉积物中AOC的含量与其污染程度关系密切,污染越严重的湖泊沉积物,其AOC含量往往也越高。
因此,研究沉积物活性有机碳可较好的反映沉积物有机碳的有效性,指示沉积物质量。相关研究利用化学氧化法测定了沉积物活性有机碳含量,有助于研究活性有机碳在养分周转中所起到的重要作用,可进一步揭示有机质活性组分在湖泊富营养化中的作用机制。
1、方法原理
Logninow等提出根据有机质能被33、167、333mmol·L – 13种不同浓度的高锰酸钾氧化的数量,吧易氧化有机质分为3个程度不同的等级。后来Lefroy和Blair发现这3个级别的活性有机质中,能被333mmol·L - 1的高锰酸钾溶液氧化的有机碳在种植作物时变化最大,因此就将此部分有机质称为活性有机质。能被土壤中能被333mmol·L - 1的高锰酸钾溶液氧化的有机碳为易氧化有机碳,根据用于氧化土样中的“易氧化碳”之后的高锰酸钾(剩液)的浓度与对照浓度(理论上是333mmol·L- 1)之差,来分别定量不同土样中易氧化碳消耗高锰酸钾的摩尔质量,进而计算每个土壤中的活性有机碳的含量。
2、需要的设备与实验条件
2.1 分析天平:精度0.0001g
2.2 沸水浴锅
2.3 烘箱
2.4 干燥器
2.5 铁架台
2.6 秒表
2.7 离心机
2.8 恒温振荡器
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3、所需试剂及操作步骤
3.1 所需试剂
333 mmol·L-1的高锰酸钾溶液:称取26.307 g KMnO4溶于500 mL水中,盖上表面皿,加热至沸并保持微沸状态2 h,冷却后于室温放置2~3 d后,用砂芯漏斗过滤,滤液贮存于清洁带塞的棕色瓶中。
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3.2 操作步骤
3.2.1 标准曲线的绘制
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取6支25 mL容量瓶,在每个瓶中加入0.2 g的土样样品,然后分别加0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL高锰酸钾标准溶液,用蒸馏水稀释到刻度,摇匀。以250 rpm振荡,然后2000 rpm离心5 min。然后取上清液用去离子水按 1: 250稀释,以超纯水作参比,在565nm 的分光光度计上比色,以吸光度为纵坐标,高锰酸钾物质的量为横坐标绘制标准曲线。
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3.2.2 样品测定
(1)取三份含有15 mg 碳的干燥土壤样品(过100目筛);
(2)25 ℃条件下,装入 100 mL离心桶内,加0.333 mmol·L- 1的高锰酸钾溶液25 mL,密封瓶口,以250 rpm振荡1 h。空白(离心管中不加土壤样品)其他和土壤样品一样处理;
(3)振荡后的样品以2000 rpm离心5 min,然后取上清液用去离子水按 1: 250稀释;
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(4)上述稀释液在565nm 的分光光度计上比色,其标准液的浓度范围一定要包括1 mg碳,根据高锰酸钾的消耗量,可求出易氧化土壤样品的含碳量(每消耗1 mmol高锰酸钾溶液相当于氧化9 mg碳)。(所测样品尽量在2小时内测完,否则容易变质,失去准确度)。
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4、需要注意的要点
5、结果计算
活性有机碳含量(mg·g-1)=? (1.14)
式中:9—每消耗1 mmol高锰酸钾溶液相当于氧化9 mg碳;
0.333—高锰酸钾标准溶液浓度,mmol·L-1;
25—高锰酸钾标准溶液浓度取用体积mL;
250—稀释倍数;
V—从标准曲线上查得的相应吸光度下的高锰酸钾标准溶液体积mL。
m——样品干重。
6、方法评述
沉积物活性有机质的测定一般可分为物理、化学和微生物学三种方法。Logninow等1987年提出了KMnO4氧化法,是根据有机质被三种不同浓度的KMnO4(33 mmol·L- 1、167 mmol·L- 1和333 mmol·L- 1)氧化的数量,把易氧化有机质分成3个程度不同的级别。后来Lefroy等1993研究发现这3个级别活性有机质中,能被333 mmol·L-1 KMnO4氧化的有机质在种植作物时变化最大,因此将能被333 mmol·L-1 KMnO4氧化的有机质称作活性有机质。此方法具有操作简便、快速准确等优点,适宜于沉积物活性有机质的测定。
目前,土壤活性有机质测定常用的方法是化学方法,即根据土壤与氧化剂作用后氧化剂被消耗量而确定,也多用此法研究沉积物活性有机质含量以及与沉积物有机质、不同有机质组分以及氮磷等间的相互关系,可为揭示活性有机质对湖泊富营养化机制提供理论依据。
主要参考文献
[1] Janzen H H, Campbell C A, Brandt S A, et al. Light fraction organic matter in soils from long-term crop rotations . Soil Science Society of America Journal, 1992, 56(6): 1799~1806.
[2] Blair G J, Lefroy R D B, Lisle L. 1995. Soil carbon fractions based on their degree of oxidation and the development of a carbon management index for agricultural systems. Australian Journal of Agricultural Research, 46(6):1459~1466.
[3] Logninow W, Wisniewski W, Strony W M, et al. 1987. Fractionation of organic carbon based on susceptibility to oxidation. Polish Journal of Soil Science, 20(1): 47~52.
[4] Lefroy R D B, Blair G J, Strong W M. 1993. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic carbon fractions and 13C natural isotope abundance. Plant and Soil, 155-156(1): 399~402.
[6] Johns M M, Skogley E O. 1994. Soil organic matter testing and labile carbon identificati on by carbonaceous resin capsules. Soil Science Society of American Journal , 58(3): 751~758.
[7] 于荣, 徐明岗, 王伯仁. 2005. 土壤活性有机质测定方法的比较. 土壤肥料, (2): 49~52.
[8] 徐明岗, 于荣, 王伯仁. 2000. 土壤活性有机质的研究进展. 土壤肥料, (6): 3~7.
[9] 易文利, 王圣瑞, 金相灿, 等. 2008. 长江中下游浅水湖沉积物中有机质及其组分的赋存特征. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 36(5): 141~148.
实际情况与注意事项
1.实际操作时一定要穿好实验服装(白大褂),以防高锰酸钾沾到身上或衣服上,虽然无毒但是会使皮肤和衣服改变颜色,造成不必要的损失,所以做实验就要有做实验的样子,不要穿太过白净的衣服。
2.清洗试管时,一定要戴好手套,其实整个实验过程都要戴好手套,无论做什么,有毒没毒,尽量避免直接接触,因为有些损伤在短时间内是不容易看见的,但是一旦有所损伤,不好修复,如果可以也要戴好口罩。
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3.高锰酸钾颗粒加热要搅拌,直至颗粒全部融化,不然会产生爆炸现象,尤其是浓度高的情况下。
4.做实验一定要集中注意力,不要分心,不然很容易发生事故,追悔莫及,(我曾经在学校见过一个因实验事故而受伤的人,整张脸毁容。)
5.不是所有透明的液体都是无毒无害的,不要随便使用,而且不要随意接触,(浓硫酸和碳酸氢钠类,强酸强碱类药剂都是纯透明的,肉眼分辨不出来。)
6.仪器设备一定要按规程使用,实验数据才能精准,尤其是需要技术的工具。
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7.实验尽量全都自己做,不然到以后哪里出了问题都不知道,而且,只有自己亲手做一遍才知道,每一步应注意的,应学会的东西。
8.三个浓度,所需药剂和体积分别是

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