Abstract：
The uncertainties in determination of humic acid content in fertilizers are analyzed, and based on current national standard and industrial standard, the determination method of humic acid content is optimized in order to provide a reference for formulating humic acid fertilizer standard and detection method. Experimental results show that the optimized method can not only determine humic acid products with complex compositions, but also can determine humic acid content in sodium humate and other water-soluble fertilizers.
腐殖酸类物质(或腐殖物质、腐殖质)是动植物残体(主要是植物残体)经微生物的分解和转化以及地球物理和化学的一系列作用累积起来的，或利用非矿物质源生物质原料经人工工艺转化的一类由芳香族、脂肪族、多糖及多种官能团组成的无定形有机弱酸混合物。由于腐殖酸类物质含各种酸性功能基，表现出多种活性，如离子交换、对金属离子的络合作用、氧化-还原性以及生理活性等，因此，其对于形成和稳定土壤团粒结构具有重要作用，能够提供作物所需养分、吸附土壤中K+，Ca2+，Mg2+，${\rm{NH}}_4^ + $等离子避免随水流失，还能提高土壤对于酸碱度变化的缓冲性能。此外，腐殖酸被证明是一类生理活性物质，能够加速种子发芽、增强根系活力、促进作物生长、提高农产品的质量[1]。因此，腐殖酸类肥料的开发利用成为现代农业的重要发展方向之一。
近年来，腐殖酸的提取或人工转化获得腐殖酸成为很多企业及研究机构的研究热点，农用腐殖酸钾、农用腐殖酸钙、腐殖酸磷肥以及腐殖酸有机肥等含腐殖酸类肥料在农资市场上日趋增多。这些腐殖酸类肥料大多没有对应的国家标准或行业标准，而执行企业标准时，因腐殖酸含量的测定方法大部分直接引用相关的国家标准和行业标准，如果引用不当会造成测定结果失真；另外，影响腐殖酸含量测定的因素较多，测定结果容易产生误差。为此，笔者对肥料中腐殖酸含量测定的不确定性进行了分析，并在现行国家标准和行业标准的基础上对腐殖酸含量的测定方法进行了优化，以期为各种腐殖酸肥料标准的制定和检测提供参考。
1
肥料中腐殖酸含量的不确定性分析
由于腐殖酸类肥料的组成成分复杂，无法直接采用有关的测定方法。重铬酸钾容量法是现行标准中测定腐殖酸含量的常用方法，具有测定结果重现性好、无需特殊设备、操作简单等优点，故本研究以该法作为肥料中腐殖酸含量测定的基本方法，通过对现有标准中腐殖酸含量的测定方法及过程进行分析，明确各种方法在测定腐殖酸含量中的优缺点，研究排除干扰因素的方法。
1.1
腐殖酸与黄腐酸概念界定不清晰
目前，关于腐殖酸和黄腐酸概念的界定依然不清晰，不同学者根据不同的研究目的和分类依据提出了不同的分类方法，主要有：①根据溶解性能和结构特征，将腐殖酸类物质分为腐殖酸、黄腐酸和胡敏素[2]，其中腐殖酸是碱可溶、水和酸不溶，由芳香族和脂肪族结构成分聚合而成的高分子化合物，分子量较大，呈黑色或棕黑色；黄腐酸在水、酸和碱中都可溶，分子量最小，颜色最浅，呈黄色至棕红色，主要由多糖和不同量的烷基碳化合物组成；胡敏素在水、酸和碱中都不溶，颜色最深，分子量最大，是富含多亚甲基、不易降解的长链脂肪族和木质素片段，目前对其组成和形成了解最少[2]。②从腐殖酸产品的国际流通考虑，依据ISO 5073 :1999，定义腐殖酸中包含黑腐酸、棕腐酸和黄腐酸[3]。
由于腐殖酸的概念没有制定统一的标准，导致其检测方法缺乏统一的标准，即使同一个腐殖酸类肥料样品，按照不同的分类依据和检测方法所测得的结果也截然不同。如《腐植酸铵肥料分析方法》(HG/T 3276—1999)是先将试样溶于氢氧化钠溶液中，过滤后分别加入浓硫酸和重铬酸钾溶液氧化滤液中的腐殖酸再测定其含量，由于该方法没有分离去除黄腐酸，测得的腐殖酸含量包括了黄腐酸；而《水溶肥料腐植酸含量的测定》(NY/T 1971—2010)通过在酸性条件下离心富集腐殖酸沉淀，然后再测定其含量，通过这种方法分离出黄腐酸，测得的腐殖酸含量就不包含黄腐酸。
1.2
有机碳与腐殖酸之间换算系数的不同
采用重铬酸钾容量法测定腐殖酸含量的实质是用重铬酸钾将试样中的有机质氧化成CO2，再根据CO2的量计算有机质的量。腐殖酸作为有机质的重要组成部分，其测定过程中也是按照含碳量计算腐殖酸含量，计算结果需乘以换算系数，即碳系数。腐殖酸的来源不同，则纯腐殖酸碳系数不同，HG/T 3276—1999和《农业用腐植酸钠》(HG/T 3278—2011)中规定风化煤腐殖酸碳系数为0.64，褐煤为0.58，泥炭为0.51，而NY/T 1971—2010及《有机-无机复混肥料》(GB 18877—2009)、《有机肥料》(NY 525—2012)中碳系数均按0.58取值。对检测机构而言，特定肥料中腐殖酸的来源往往不能确定，从而出现同一样品因不同检测机构所采用碳系数的不同而得到不同的结果。
1.3
其他可溶性有机物质和还原性物质的影响
在重铬酸钾容量法测定肥料中腐殖酸含量过程中，如果样品中含有其他可溶性有机物质或还原性的锰的低价化合物以及Fe2+，S2-，${\rm{NH}}_4^ + $等，均会消耗氧化剂重铬酸钾，使得结果偏高。NY/T 1971—2010根据腐殖酸溶于碱而不溶于酸的特性，在酸性条件下离心分离测试样液，使腐殖酸富集于离心管底部，弃去上层可能含有其他有机物质及还原性物质的液相；HG/T 3278—2011采用絮凝剂硫酸铝吸附腐殖酸，通过测定加与不加絮凝剂所消耗标准溶液的体积差来计算出腐殖酸含量；以上2种方法有效避免了可溶性有机物质及还原性物质对测定结果的影响。肥料中的氯离子也会消耗反应物重铬酸钾，导致腐殖酸含量测定结果偏高，GB 18877—2009采取将测得的有机质含量减去试样中氯离子百分含量的1/12的1.732倍即可消除氯离子的干扰。
1.4
其他因素的影响
(1) 浸提方法不同对测定结果的影响
由于肥料产品成分的复杂性，导致腐殖酸的存在形态很复杂，其中腐殖酸一价盐，如腐殖酸钾、腐殖酸钠、腐殖酸铵易溶于水，而腐殖酸自身及其二价和三价盐的水溶性差[4]，因此，测定过程中腐殖酸的浸提效果与所选浸提剂、浸提方法和条件有直接的关系。NY/T 1971—2010直接采用氢氧化钠溶液于常温下溶解试样中的腐殖酸，HG/T 3276—1999用碱液在沸水浴中浸提腐殖酸，这2种浸提方式所得试样溶液既包括腐殖酸，又包括腐殖酸一价可溶盐和黄腐酸。HG/T 3278—2011在常温下用水溶解试样中的腐殖酸，这种方法只能浸提出腐殖酸的一价可溶盐和黄腐酸。
(2) 标准滴定溶液的浓度对结果的影响
重铬酸钾容量法在滴定分析过程中所用的0.1 mol/L硫酸亚铁标准滴定溶液极易被氧化，因此，每次试验时需对其重新标定，并在其中加入铝片以使其浓度稳定。
(3) 试验操作及所用设备的计量准确性对试验结果的影响
试样的粉碎程度、试样中的水分含量、电子天平的称样误差、滴定管的误差等均会对试验结果产生影响。
2.1
试验原理
采用过硫酸溶液酸化处理试样，促使腐殖酸从其二价和三价盐中游离出来，排除金属离子对浸提腐殖酸的影响；然后在酸性条件下抽滤，使腐殖酸与黄腐酸分离，并将样液中可溶性有机物质、氯离子及其他还原性物质分离排除；分离出的腐殖酸用硫酸-重铬酸钾容量法进行测定。
2.2
试验内容
分别按照新试验方法和NY/T 1971—2010规定方法测定试样中腐殖酸钠和风化煤中腐殖酸含量，对试验结果进行比较分析。
2.3
主要仪器和试剂
主要仪器：BSM电子分析天平，80-2台式离心机，圆底玻璃离心管，砂芯抽滤装置，SHZ-D(Ⅲ)循环水真空泵，HH-8电热恒温水浴锅，0.45 μm微孔滤膜。
主要试剂：重铬酸钾(分析纯)，重铬酸钾(工作基准)，硫酸(分析纯)，硫酸亚铁(分析纯)，氢氧化钠(分析纯)，邻菲罗啉指示剂，腐殖酸钠，风化煤。
2.4
试验步骤
(1) 酸化溶解试样
称取0.5 g(精确至0.000 2 g)试样于150 mL锥形瓶中，加入c[1/2(H2SO4)]=1 mol/L硫酸溶液50 mL，置于沸水浴中酸化溶解试样约30 min，期间不时摇动。
(2) 抽滤分离腐殖酸
将锥形瓶中酸化处理后的样液通过覆以微孔滤膜的玻璃过滤器过滤，抽滤过程中确保锥形瓶中及玻璃过滤器壁上的残渣全部冲洗至滤膜上。
(3) 溶解腐殖酸
用少量蒸馏水小心冲洗玻璃过滤器漏斗壁，将洗涤液收集于100 mL容量瓶中，并将抽滤后的微孔滤膜及残渣小心转移至该容量瓶内，然后用10 g/L氢氧化钠溶液溶解滤膜上的腐殖酸，定容、混匀后用中速滤纸过滤，收集滤液用于腐殖酸含量测定。
(4) 腐殖酸的氧化
准确移取干过滤滤液5.0 mL于250 mL锥形瓶中，加入5.0 mL物质的量浓度为0.8 mol/L的重铬酸钾溶液，缓慢加入15 mL浓硫酸，于沸水浴中加热氧化30 min。
(5) 滴定
将氧化后的溶液从水浴上取下，冷却至室温，加入约70 mL水、3滴邻菲罗啉-硫酸亚铁铵混合指示液，用0.1 mol/L硫酸亚铁铵标准滴定溶液滴定，溶液由橙色经绿色转变为砖红色即为终点，同时进行空白试验。
2.5
试验数据及分析
选取腐殖酸钠和风化煤作为试样，分别采用以上新方法和NY/T 1971—2010规定方法各进行5次平行试验，并对试验结果进行分析。
(1) 腐殖酸钠中腐殖酸含量测定结果
采用2种方法分别测定腐殖酸钠中腐殖酸质量分数，测定结果及数据计算见表 1。
表 1
|
序号 |
X1 |
${\rm{NH}}_4^ + $ |
${\rm{NH}}_4^ + $ |
X2 |
${\rm{NH}}_4^ + $ |
${\rm{NH}}_4^ + $ |
|
注：1) X1表示采用新方法的测定结果，X2表示采用NY/T 1971—2010规定方法的测定结果。 |
|
1 |
70.8 |
0.14 |
0.019 6 |
69.6 |
1.02 |
1.040 4 |
|
2 |
71.0 |
0.34 |
0.115 6 |
72.1 |
1.48 |
2.190 4 |
|
3 |
69.7 |
0.96 |
0.921 6 |
71.3 |
0.68 |
0.462 4 |
|
4 |
71.5 |
0.84 |
0.705 6 |
69.8 |
0.82 |
0.672 4 |
|
5 |
70.3 |
0.36 |
0.129 6 |
70.3 |
0.32 |
0.102 4 |
|
∑ |
353.3 |
2.64 |
1.892 0 |
353.1 |
4.32 |
4.468 0 |
由表 1可计算出方差${\rm{NH}}_4^ + $，${\rm{NH}}_4^ + $，${\rm{NH}}_4^ + $。查F值表，当置信度为95%、分子和分母自由度均为n-1=4时，F表=6.39，F计＜F表，因此2种方法的精密度无显著性差异。
查t值表，当自由度n1+n2-2=8、置信度为95%时，t表=2.306，t表＞t计，因此2种分析方法测得的腐殖酸含量的平均值无显著性差异。
笔者认为，造成${\rm{NH}}_4^ + $的原因是NY/T 1971—2010规定方法在倾去离心后上层清液过程中可能排除了部分腐殖酸，离心后离心管底部还可能沉积了不溶解的非腐殖酸物质，或离心管底部物质过于紧实而致使腐殖酸的氧化不够彻底。因此，按照NY/T 1971—2010规定的方法测定腐殖酸含量时，对试验操作过程的要求较高。
(2) 风化煤中腐殖酸含量测定结果
采用2种方法分别测定风化煤中腐殖酸质量分数，测定结果见表 2。
表 2
|
序号 |
Y1 |
Y2 |
|
注：1) Y1表示采用新方法的测定结果，Y2表示采用NY/T 1971—2010的测定结果。 |
|
1 |
16.4 |
13.2 |
|
2 |
16.0 |
13.5 |
|
3 |
15.4 |
12.8 |
|
4 |
15.9 |
12.6 |
|
5 |
16.2 |
13.0 |
|
Y |
16.0 |
13.0 |
从表 2可看出，按照新方法测得的腐殖酸质量分数明显高于NY/T 1971—2010规定方法。笔者认为其原因为：新方法通过酸化处理，破坏了风化煤原有的结构，促使腐殖酸从其二价和三价盐中游离出来，并提高了腐殖酸的浸提效果；而按照NY/T 1971—2010规定方法，虽然通过氢氧化钠溶液的溶解能够浸提出大部分的腐殖酸，但并未改变风化煤的原有结构，其中部分腐殖酸未能溶解于氢氧化钠溶液中，导致测定结果偏低。
3
结语
(1) 腐殖酸和黄腐酸概念的界定、腐殖酸碳系数的选取、其他可溶性有机物质和还原性物质、腐殖酸的浸提效果、标准滴定溶液浓度、试验所用设备量值的准确性及试验操作是影响肥料中腐殖酸含量测定的主要不确定性因素。
(2) 无论从腐殖酸和黄腐酸的结构特征及溶解性能来看，将黄腐酸归为腐殖酸的一个组分是不可取的，而将腐殖酸、黄腐酸和胡敏素三者统称为腐殖质的说法更为合理。
(3) 虽然不同来源的腐殖酸具有不同的碳系数，但检测人员对腐殖酸来源往往不了解，使得同一样品因选用的碳系数不同而导致测定结果存在差异。为统一起见，建议对没有标明原料类型的含腐殖酸肥料产品的碳系数一律按0.58选取，或要求腐殖酸类肥料产品的外包装上必须注明腐殖酸来源。
(4) 通过试验对腐殖酸含量测定新方法进行了验证，结果表明该方法既可以对成分复杂的腐殖酸类产品(如风化煤)进行测定，又可对腐殖酸钠及其他水溶肥料中的腐殖酸含量进行测定。
沪公网安备 31010702007066号