随着城市工业化进程的加速和人口的持续增长，导致耕地面积的减少，土地退化越来越严重。 相关研究表明，全
球人均耕地面积已从 ２０ 世纪 ６０ 年代的 ４ ０００ 平米下降至目
前的不足 ２ ５００ 平米；到 ２０４０ 年前后，土地退化率将达到
２３．５％，不 适 合 耕 种 的 农 用 地 面 积 增 长 量 将 超 过
１ ０００ 亿 平米 。我国人均耕地面积仅为全球人均耕地面积
的 ４０％。 此外，
我国的耕地还存在着总体质量不高、高质量高标准农田占总
体比例较低、耕地资源区域分布不均匀、土地荒漠化、环境污
染等问题，严重影响了耕地资源的有效利用.
为了对全国耕地质量获得系统性、全局性的掌控，进一
步完善与细化耕地质量的基础性资料，满足生态文明建设、
空间规划编制、高标准农田建设等目标，２０１８ 年，国务院正式
启动了第三次全国耕地质量调查工作（简称“三调”），调查
的重点在于耕地类型与土壤性质条件，这也是对耕地质量等分别进行判定的最主要依据 。 在耕地质量等判定的各项
参数中，土壤有机质含量是衡量土壤肥力优劣的重要指标，
是植物营养物质的主要来源，也是生态环境系统中碳循环的
核心要素。 因此，准确测定耕地土壤中的有机质含量，从
而为耕地质量调查提供客观、准确的基础性数据资料具有重要意义。
目前，针对有机质的实验室测定方法包括重铬酸钾容量
法、灼失量法、比色法、浸提法等 。 其中，重铬酸钾容量
法由于其适用含量范围较宽、测定准确度较高、稳定性较好
等因素，成为国家标准以及农业行业标准中规定的耕地土壤
有机质的测定方法，但是重铬酸钾容量法也存在着试验
操作较为烦琐、测试效率低等弊端，特别是针对耕地质量调
查项目，往往需要一次性测定上百份土壤样品有机质，时间
紧、任务重。 高频红外碳硫仪的检测原理是样品中的碳、硫
等组分在能通入氧气和助熔剂的共同作用下，完全燃烧生成
二氧化碳、二氧化硫。 在红外检测系统中，二氧化碳和二氧
化硫气体分子能够对系统发射的特定波长的红外光产生选
择性吸收，从而可以根据朗伯比尔定律由吸收光强得到气体
浓度进而计算出样品中碳、硫的含量。 高频红外碳硫仪采用
固体进样，不需要烦琐的样品前处理过程，大大简化了测定
程序，提升了检测效率，而且采用仪器测定读数的方式也有
效地避免了滴定过程中可能的人为误差的出现，成为大批量
的耕地土壤样品有机质检测的有力助手 。 对高频红外碳硫仪测定有机质的方法条件进行优化后，通过
试验验证了其检出限、准确度和精密度均能很好地满足农用地土壤有机质的测定，该方法与传统的有机质测定重
铬酸钾容量法测定结果具有良好的一致性。 研究也表明，在最佳的试验测试条件（称样量、助熔剂加入量）下建立的有机质含量的测定方法具有良好的测定检出限、准确
度和精密度，对不同类型的土壤中有机质均有良好的测定效
果。 笔者运用高频红外碳硫仪建立了土壤有机质的测定方
法，并通过在控制变量的前提下测定标准物质的方法，对试
验条件进行了优化，在优化的试验方法基础上，将其运用于耕地质量调查土壤有机质样品的测定实践中。
１ 材料与方法
１．１ 主要仪器和试剂 高频红外碳硫仪；电热鼓风干燥箱 ；马弗炉；万分之一电子分析天平，；碳硫分析专用坩
埚， 碳硫分析专用纯铁助熔剂，；碳硫分析专用
钨粒助熔剂；盐酸均为优
级纯；农业土壤成分分析标准物质。
１．２ 仪器工作条件 设置高频红外碳硫分析仪的仪器工作
条件如下：总氧压力 ０．２ ＭＰａ，分析压力 ０．０８ ＭＰａ，吹氧流量
２．０ Ｌ／ ｍｉｎ，燃烧时间 ２０ ｓ，分析时间 ３０ ｓ，清洗时间 ２５ ｓ。
１．３ 试验方法
１．３．１ 坩埚前处理。 在进行试验前，需要预先将高频碳硫仪
专用坩埚在马弗炉内以 １ １００ ℃的高温下温度灼烧 ４ ｈ，灼烧
完毕后取出坩埚，自然冷却至 ５０～６０ ℃，放入干燥器内备用。
１．３．２ 样品检测。
１．３．２．１ 称样。 坩埚置于与碳硫仪连接的电子天平托盘上，
按去皮键清零，然后称取所需质量，并在分析软件内记录称
样重量。
１．３．２．２ 样品前处理。 在已称取的样品中滴加 ４～６ 滴 １ ∶３的
盐酸溶液，使样品充分反应以除去碳酸盐的干扰 ，将充分
反应后的样品置于烘箱内，１０５ ℃ 下恒温干燥 ２ ｈ 以除去多
余的盐酸。 待盐酸干燥完全后，置入干燥器内待测。
１．３．２．３ 试验操作。 开启氧气瓶总阀，调节氧气瓶压力在
０．７ ＭＰａ，随后启动高频红外碳硫仪的红外电源和高频电源，
高频预热 ３０ ｍｉｎ。 打开碳硫仪分析软件，点击软件中的连接
设备，观察仪器状态，并按照仪器的操作规程，调节仪器参
数，将汽缸升上红外系统设备，完成对仪器控制点总氧、通
氧、分析、出口的自检程序。 选择编辑试验分析所需的通道，
并分析 ３～５ 次废样品，对仪器进行气路饱和，随后从干燥器
内取出装有待测样品的坩埚，依次加入定量的纯铁助熔剂和
钨粒助熔剂，轻轻转动坩埚从而使助熔剂均匀地覆盖样品，
将加好助熔剂的样品放在仪器升降汽缸的石英座上点击开
始分析。 测量完成后，降下升降台，取出已测坩埚，置于废弃
坩埚收集桶内集中处理。
１．３．２．４ 有机质含量计算。 碳硫仪测定值为样品中有机碳的含量，根据 ＮＹ／ Ｔ １１２１．６—２００６ 的规定，有机质含量与有机
碳含量的换算关系为：有机质含量（％）＝ 有机碳含量（％）×
１．７２４。
２ 结果与分析
２．１ 样品称样量的确定 在碳硫仪测定有机质的实践中，样
品称样量的多少对测量基体干扰以及是否充分燃烧等方面
具有显著的影响 。 对于红外碳硫仪通常要求称样量最大
不超过 ０．２ ｇ，坩埚内样品加助熔剂的总质量不超过 ２．５ ｇ，为
了进一步确定试验所需的最佳称样质量，该研究采用标准物
质 ＮＳＡ－１、ＮＳＡ－２ 和 ＮＳＡ－６，按照称样量为 ０．０２、０．０５、０．０８、
０．１２、０．１５ ｇ 分组进行试验测定，纯铁助熔剂和钨粒助熔剂加
入量分别固定为 ０．３ 和 １．５ ｇ，每个样品均称取 ６ 份，测定其
平均值，结果如表 １ 所示。
从表 １ 可以看出，当称样量为 ０．０２ ｇ 时，３ 种标准物质的
测定结果均明显偏高，而且 ＲＳＤ 均超过 ５％，说明称样量过
低，会造成测定误差的增大，随着称样量增加，ＲＳＤ 先迅速减
小，随后又有所增加，测定值逐渐降低，这主要是由于称样量
的增加导致样品燃烧不充分所致。 当样品称样量在０．０５ ｇ
时，测定值和认定值结果最为接近，且 ＲＳＤ 在１．５９％ ～２．１６％，
说明该称样量下的测定结果稳定性优异，因此，样品称样量
确定为 ０．０５ ｇ。
２．２ 助熔剂加入量的确定 在样品测定的过程中，加入纯铁
助熔剂能够增加氧气接触面积，使氧化更加充分完全，并且
增加电磁感应涡电流密度，从而使能量密度显著提升，释放
更多的热量提升燃烧温度；加入钨粒助熔剂可以有助于热量
的均匀分布，使氧化燃烧过程的平稳性以及完全性得到提
升，并且能够抑制样品燃烧过程中的飞溅现象，因此，在样品
测定过程中控制 ２ 种助熔剂的加入量和加入比例对样品测
定结果也具有明显的影响。 为了确定最佳助熔剂加入量，该研究按照如下的方法进行试验：先是固定钨粒助熔剂的加入
量为 １．５ ｇ，分别按照纯铁助熔剂加入量为 ０．２、０．３、０．４、０．５、
０．６ ｇ，每个样品称取 ６ 份，结果如表 ２ 所示。
从表 ２ 可以看出，当纯铁助熔剂的加入量为 ０．２ ｇ 时，测
定值低于认定值且 ＲＳＤ 较高，这是因为纯铁助熔剂加入量
较低可能会导致燃烧不完全充分所致。 当纯铁助熔剂的加
入量在 ０．３ ｇ 以上时，可以发现 ３ 种标准物质测定值均位于
其认定值的允许偏差范围内；当纯铁助熔剂加入量为０．４ ｇ
时，其测定结果回收率在 １００．５９％ ～１０１．５４％，ＲＳＤ 在１．３２％ ～
１．７８％，均达到最佳效果。 因此，将纯铁助熔剂的加入量确定
为 ０．４ ｇ。
在确定了纯铁助熔剂加入量为 ０．４ ｇ 的基础上，钨粒助
熔剂加入量设为 ０．５、１．０、１．５、２．０ ｇ，每个样品称取 ６ 份，结果
如表 ３ 所示。 从表 ３ 可以看出，随着钨粒助熔剂的增加，测
定结果值 ＲＳＤ 呈减少趋势，加入钨粒助熔剂的量在 １．５ 和
２．０ ｇ 时，３ 种标准物质的测定结果 ＲＳＤ 值均不超过 ２％，说
明增加钨粒助熔剂的加入量有助于提高测量结果的稳定性。
比较钨粒加入量为 １．５ 和 ２．０ ｇ 的结果发现，钨粒助熔剂的加
入量为 １．５ ｇ 时，标准物质的测定值与认定值更加接近，因
此，可以确定钨粒助熔剂的加入量为 １．５ ｇ。
２．３ 方法检出限与测定下限、准确度和精密度试验 方法检
出限的确定采用样品空白试验法进行，加入 ０．０５ ｇ 的石英砂
作为空白，按照“１．３”所述的试验前处理的方法进行样品前
处理后，加入 ０．４ ｇ 纯铁助熔剂和 １．５ ｇ 钨粒助熔剂，在“１．２”
仪器工作条件下上机检测，平行测定 １２ 次，以 ３ 倍标准偏差
（ＳＤ）为检出限、１０ 倍标准偏差为测定下限进行检测，得到空
白试验有机质含量平均值为 ０． ０２５％，标准偏差（ ＳＤ） 为
０．００９ ３％，计算得到高频红外碳硫仪测定土壤有机质的检出
限为 ０．０２８％，测定下限为 ０．０９３％。
2.3方法的准确度和精密度试验方案：
分别称取 ０．０５ ｇ 的
ＮＳＡ－１、ＮＳＡ－２ 和 ＮＳＡ－６，平行测定 １２ 次，得到其有机质含
量的测定结果，并通过测定结果平均值与标准物质有机质含
量的认定值的比较，得到回收率和 ＲＳＤ，作为衡量方法准确
度和精密度的依据。 根据标准物质平行测定结果（表 ４），显
示其测定回收率在 １００． ５１％ ～ １０１． ７８％，ＲＳＤ 在 １． ４８％ ～
１．９６％，该方法的检出限、准确度和精密度满足试验检测的
要求。
２．４ 红外碳硫仪法在耕地质量调查土壤有机质测定中的应
用 对该方法进行优化确定其最佳试验条件后，将该方法运
用于东至地区耕地质量调查的土壤样品有机质的检测任务
中。 在此次检测任务中，共测定耕地土壤有机质样品 １６０
件，有机质含量在 ０．８０％ ～３．２７％，平均值为 ２．２１％。 其中，有
机质含量小于 １％的有 ４ 件，含量在 １％ ～ ＜２％的有 ４８ 件，含
量在 ２％ ～ ＜３％的有 ９８ 件，含量≥３％有 １０ 件。 为了进一步
检验该方法在测定实际样品的效果，该研究对上述 １６０ 件样
品采用重铬酸钾容量法进行方法比对，随后将样品送往安徽
省地质实验研究所进行平行实验室间比对，方法比对和平行
实验室间比对结果如图 １～２ 所示。
从图 １～２ 可以看出，耕地土壤有机质的方法与重铬酸钾
容量法比对测定结果的线性相关系数达 ０．９９０，与实验室间
平行比对结果的线性相关系数达 ０．９８８，均达到了极显著相关
水平（Ｐ＜０．０１）；方法比对测定结果中，与高频红外碳硫仪测定
结果 ＲＳＤ＜１０％的有 １５６ 件，合格率为 ９７．５％；实验室间平行比
对结果与高频红外碳硫仪测定结果 ＲＳＤ＜１０％有 １５５ 件，合格
率为 ９６．９％，均满足平行试验的要求（合格率≥９５％）。
３ 结论
该研究建立了高频红外碳硫仪对耕地土壤有机质的测
定方法，试样先用稀盐酸除去无机碳，并在助熔剂的作用下
样品中的有机质组分完全燃烧，从而在检测系统中实现定量
测定。 通过对试验测定条件的优化，确定了该方法的称样量为
０．０５ ｇ，高纯铁和高纯钨粒的加入量分别为 ０．４ 和 １．５ ｇ，在最佳
的试验条件下，确定了该方法对土壤有机质测定的检出限为
０．０２８％，测定下限为 ０．０９３％，标准物质平行测定结果显示其
测定回收率在１００．５１％ ～ １０１．７８％，ＲＳＤ在１．４８％ ～ １．９６％，可见该方法的检出限、准确度和精密度满足试验检测的要
求。 将该方法运用于东至地区的耕地质量调查土壤有机质
样品的测定中，并通过方法比对和实验室间平行测量比对，
结果发现该方法测定结果与重铬酸钾容量法、实验室间测定
的结果均呈极显著相关水平，说明该方法能够很好地运用于
耕地质量调查土壤有机质测定实践。
以上信息来自《安徽农业科学》