硫元素是生物地球化学循环的重要组成部分，是仅次于氮、磷、钾的第 4 位主要营养元素，其参与了土壤有机质以及植物有机化合物的合成^[1]。我国主要土壤类型中全硫含量为 110～490 mg/kg，最高可超过 5000 mg/kg^[3-4]。土壤中的硫主要分为有机硫、无机硫，其中无机硫约占全硫的 6%～61.8%^[2-4]； 并且土壤中不同形态的硫可以相互转化。能直接作为硫营养源而被作物根系吸收利用的被称为有效硫，据报道，我国南方 7 省土壤有效硫含量范围在 4.5～62 mg/kg^[4-6]。大量研究表明，土壤有效硫含量与植物产量显著相关^[7-9]，即可通过土壤有效硫含量间接调控植物产量。因此，及时、有效地摸清土壤有效硫的含量水平有助于深入了解土壤硫素状况及土壤供硫能力，有利于科学合理地指导含硫肥料的使用^[6]，以提高农产品产量和避免土壤酸化。有效硫是全国测土配方施肥项目的必测指标之一，也是《耕地质量调查监测与评价办法》中长期监测的指标；同时第二次、第三次全国土壤普查也将其纳入监测指标体系中^[10]。因此，土壤中有效硫的测定尤为重要。目前土壤中有效硫的测定方法主要有：比浊法、ICP-OES（电感耦合等离子体光谱）法、离子色谱法、原子吸收光谱法、比色法、电导法等；其中比浊法、ICP-OES 法是最常用的主流方法^[5，11-12]。于泽民等^[12]客观评价了土壤中硫的测定方法，指出其存在的问题，并提出亟需建立易操作、准确稳定的测定方法；王雪征等^[11] 综述了国内外土壤有效硫的测定方法及其优点、不足、适用范围和选择依据等，并推荐了有效硫的提取、测定方法。比浊法标准曲线不成线性或线性较差（0.99<r<0.999）是限制其广泛应用的主要因素。鉴于此，研究者们探究了浸提剂种类、沉淀剂的状态、沉淀悬浮剂的种类、用量、比浊时间、线性方程拟合方式等对比浊法测定土壤有效硫标准曲线线性的影响^{[6，10，13-16]}，结果表明，标准曲线线性均有大幅改善（r>0.998）。相较之下，ICP-OES 法标准曲线线性好（r>0.999），检测范围广，但其价格昂贵、普及率低，在一定程度上限制其广泛应用。前人通过优化提取温度、振荡频率、提取时间建立了恒温摇床提取-ICP 法测定土壤中有效硫含量，并表明该方法适用于批量土壤样品检测^[5]。

第三次全国土壤普查（以下简称“三普”）意义重大，必须通观全局，以全面掌握我国土壤资源情况，严守耕地红线，优化农业生产布局，推进高标准农田建设，确保国家粮食安全。在整个普查过程中，检测数据的质量直接决定“三普”的质量。为使“三普”数据具有可比性，必须统一监测指标的检测方法；检测方法在满足“三普”数据的真实性、可靠性、可溯源等要求的前提下，还应符合适用性、普及性、技术文件等相关要求。鉴于比浊法测定土壤有效硫标准曲线相关系数 r<0.999，本文在前人的研究基础上，拟通过探究沉淀剂的状态、品牌及线性拟合方式对比浊法标准曲线线性的影响以改善标准曲线线性，提高方法的准确度和精密度，并对 ICP-OES 法测定土壤有效硫进行验证对比；同时结合本实验室在“三普”内业检测试点工作中的经验，概括归纳两种方法的优点、不足及适用范围，以期为“三普”内业检测提供参考和借鉴，为全面摸清土壤质量家底提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：电子天平（广恒，DT200A）、振荡培养箱（知楚，ZQZY-AS8V）、可见分光光度计（仪电，722 N）、电感耦合等离子体光谱仪（Thermo Fisher Scientific，ICAP7200 Duo）。

试剂：盐酸、磷酸二氢钙、阿拉伯树胶粉、乙酸、过氧化氢、氯化钙均为分析纯；水均为去离子水；4 个品牌氯化钡分别来自天津市东丽区、广东省汕头市、天津市河西区、广东省广州市。

土壤标准物质：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所研制的土壤有效态成分分析质控标准物质：江西红壤（ASA-5b-CZ）、广东砂土 （ASA-6b-CZ）、吉林水稻土（ASA-1b-CZ），均为酸性土壤，定值日期为 2022 年 4 月，有效期均为 5 年，现均在有效期内；广州广电计量检测股份有限公司研制的农用地土壤有效态成分分析参比物质：陕西延安黄绵土（SAS-7）、湖北潜江水稻土（SAS-2）、河南新乡潮土（SAS-6），均为石灰性土壤，定值日期为 2020 年 12 月，有效期均为 5 年，现均在有效期内。

磷酸盐-乙酸浸提剂：准确量取 115 mL 的乙酸（CH₃COOH，含量 ≥ 99.5%） 于 1 L 容量瓶中用水定容至刻度，即为 2 mol/L 的乙酸溶液，称取 2.04 g 磷酸二氢钙[Ca（H₂PO₄）₂·H₂O]溶于 1 L 乙酸溶液中，混匀。

氯化钙浸提剂：称取 1.50 g 氯化钙（CaCl₂）溶于水，稀释至 1 L，混匀。

硫标准贮备液：将市售有证标准物质（ρ=1000 mg/L）准确稀释为含硫 100 mg/L 的标准工作溶液备用。

1.2 试验方法

试液的制备：准确称取通过 2 mm 筛的风干土壤样品 10.00 g，精确到 0.01 g，置于 250 mL 塑料瓶中，加入 50.0 mL 磷酸盐-乙酸浸提剂，在温度 25℃、振荡频率 180 r/min 的条件下，振荡 1 h 后，干过滤，弃去最初滤液待测。

石灰性土壤用氯化钙浸提剂浸提，其土液比、振荡时间、浸提温度及其他操作同磷酸盐-乙酸提取。

试样测定：利用比浊法测定样品中的有效硫时按照 NY/T1121.14—2006 中的规定执行^[17]；利用 ICP-OES 法测定样品中的有效硫时按照 NY/ T1121.14—2023 中的规定执行，其中仪器参数如下：射频功率为 1150 kW，载气为高纯氩气（纯度≥ 99.99%），辅助气流量为 0.5 L/min，雾化器气体流量为开，泵速 45 r/min，元素分析谱线为 180.7 nm。

1.3 标准溶液及标准曲线的绘制

常规比浊法：准确吸取浓度为 100 mg/L 的硫标准工作溶液 0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mL 于 50 mL 容量瓶中，加盐酸溶液（1∶4，v∶v）2 mL 和 2.5 g/L 的阿拉伯胶水溶液 4 mL，用水定容，即为含硫（S）0、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mg/L 的标准系列溶液。将溶液转入 150 mL 烧杯中，加研磨过筛的氯化钡晶粒 2.00 g，用电磁搅拌器搅拌 1 min，5～10 min 内在分光光度计 440 nm 处用 3 cm 光径比色皿比浊，用标准系列溶液的零浓度调节仪器零点，与试样溶液同条件比浊测定，读取吸光度，绘制一元直线回归方程。

改进比浊法：除“用水定容后将溶液转入 150 mL 烧杯中，加研磨过筛的氯化钡晶粒 2.00 g，用电磁搅拌器搅拌 1 min”改为“用 40 g/L 的氯化钡溶液定容至刻度，用涡旋仪涡旋准确计时 1 min（3000 r/min）”外，其它操作同常规比浊法。

ICP-OES 法：准确吸取浓度为 100 mg/L 的硫标准工作溶液 0、1.00、3.00、5.00、7.00、15.00 mL 于 50 mL 容量瓶中，用相应的浸提剂定容至刻度，即为含硫（S）0、2.00、6.00、10.00、14.00、 30.00 mg/L 的标准系列溶液。在 180.7 nm 波长下以硫的质量浓度为横坐标，以发射强度值为纵坐标，建立校准曲线。

1.4 结果计算

比浊法测定土壤有效硫含量时参照式（1）进行结果计算，ICP-OES 法测定土壤有效硫含量时参照式（2）进行结果计算。方法的检出限、测定下限等参考《环境监测分析方法标准制订技术导则》 （HJ 168—2020）进行计算^[18]。

式中：w-土壤样品中有效硫的质量分数，mg/kg； c-从校准曲线上查得测定液中硫的含量，mg/L； c₀-试剂空白液的测定浓度，mg/L；D-分取倍数， 50/25=2；D₁-样品液的稀释倍数；V-试液体积，50 mL；m-试样质量，g。

1.5 数据处理

所有统计分析均使用 Excel 2013 和 SPSS 23.0进行；使用 Origin 9.0 绘制散点图和线性拟合，拟合方程中 R² 为决定系数，r 为相关系数，$r=\sqrt{R^2}$。

2 结果与分析

2.1 沉淀剂氯化钡对土壤有效硫标准曲线线性的影响

比浊法测定有效硫的原理是提取后溶液中的硫主要以 SO₄ ^2- 的形式存在，在酸性条件下 SO₄ ^2- 和 Ba²⁺ 生成溶解度很小的 BaSO₄ 沉淀，可利用比浊法测定其浓度^[19]。因此，沉淀剂氯化钡是影响方法准确度和精密度的主控因素。目前氯化钡主要以晶粒和溶液的形式加入到样品中^[10，14]，本文拟从氯化钡的状态及品牌等方面入手，探究其对标准曲线线性的影响。

2.1.1 氯化钡的状态对标准曲线线性的影响

标准 NY/T1121.14—2006 中直接将 2.00 g 研磨后的氯化钡晶粒加入 50 mL 标准溶液中，易导致氯化钡的局部浓度过高或过低，影响测定结果。为防止氯化钡局部浓度不均，可将其配置为溶液，按照标准 NY/T1121.14—2006 折算后氯化钡溶液的浓度应为 40 g/L。由于比浊法并不完全遵循朗伯比尔定律，土壤有效硫曲线不成线性或线性较差。针对上述不足，试验分别探究 3 种不同状态的氯化钡对标准曲线线性的影响，分别为：直接添加 2.00 g 研磨后的氯化钡晶粒（处理 1）、40 g/L 氯化钡溶液现用现配（处理 2）、40 g/L 氯化钡溶液隔夜配置（处理 3），其他试验条件均严格保持一致。3 种不同状态的氯化钡对标准曲线线性的影响如图1 所示。由图1a 可知，处理 2（r₂=0.9998）、处理 3（r₃=0.9861） 的标准曲线线性均显著高于处理 1（r₁=0.9811）（P<0.05），表明氯化钡溶液可显著提高有效硫的标准曲线线性。在氯化钡均为溶液的前提下，现用现配氯化钡溶液（处理 2）的标准曲线线性显著优于隔夜配置的氯化钡溶液（处理 3）（P<0.05），可能原因是隔夜放置溶液中的 Ba²⁺ 与空气中的其它离子反应导致 Ba²⁺ 的有效浓度降低不能完全沉淀试液中的 SO₄ ^2-。综上所述，利用比浊法测定土壤中的有效硫时，标准曲线宜用现用现配的 40 g/L 氯化钡溶液定容，可使标准曲线的线性 >0.999，进而提高方法的准确度。

注：图 a 为直线回归方程拟合；图 b 为多项式拟合。

2.1.2 不同品牌氯化钡对标准曲线线性的影响

不同品牌氯化钡的质量、纯度等良莠不齐，也会影响试验结果的准确度。本试验分别选取市售 4 个不同品牌氯化钡进行试验[品牌 1（B1）：天津市东丽区；品牌 2（B2）：广东省汕头市；品牌 3 （B3）：天津市河西区；品牌 4（B4）：广东省广州市]，以探究不同品牌氯化钡对标准曲线线性的影响，其中氯化钡配置为 40 g/L 的溶液（现用现配） 用于定容标准曲线，结果如图2 所示。由图2a 可知，B1（r₁=0.9997）、B2（r₂=0.9991）的标准曲线线性均显著高于 B3（r₃=0.9810）、B4（r₄=0.9939） （P<0.05），且均大于 0.999，满足相关分析测试的要求，这表明相较于其它品牌氯化钡，B1、B2 的氯化钡更适于土壤有效硫测定。此外，B3 的标准曲线线性较差，且其本底吸光度（A=0.240）较高，约为其他品牌的 3 倍，不建议使用。在综合考虑方法的准确性、试剂的货期、价格等因素后，本实验室在测定土壤有效硫时优先选用 B1 品牌氯化钡。进一步研究发现，随着静置时间的延长，样品的吸光度也在增加。此外，比浊法还受温度、沉淀剂的添加量、稳固剂类型等条件影响，样品测试时应严格保持条件一致，以减小实验误差^{[6，11，14]}。

注：图 a 为直线回归方程拟合；图 b 为多项式拟合。

2.2 拟合方式对土壤有效硫标准曲线线性的影响

除上述因素会影响土壤有效硫标准曲线线性外，拟合方式也会影响标准曲线线性。研究表明，利用多项式拟合标准曲线的相关性高于直线回归方程拟合^[13]。本文利用多项式对相关部分的标准曲线进行拟合，结果如图1b、图2b 所示。由图1b 可知，多项式拟合提高了处理 1、3 的线性，降低了处理 2 的线性；由图2b 可知，多项式拟合提高了 B1、B2、B3 的线性，降低了 B4 的线性；同时，多项式拟合的计算结果高于直线方程，但准确度低于直线方程（表1）。相比于直线方程，多项式拟合虽能提高标准曲线的线性，但其测定结果、准确度均偏低，不适用于比浊法标准曲线的拟合。

此外，本文还对 ICP-OES 法测定土壤有效硫进行探讨，结果表明，ICP-OES 法测定有效硫的标准曲线线性较好（r>0.999），方法准确度高，且受其他因素干扰较小，也适用于土壤有效硫的测定。后文将从检出限、方法准确度和精密度、适用范围等对比浊法、ICP-OES 法测定土壤有效硫方面进行深入探讨。

2.3 校准曲线和检出限

比浊法按上述改进后的条件对硫工作曲线进行测定，以硫的质量浓度为横坐标，对应的吸光度为纵坐标求出一元回归方程。结果表明，当硫的质量浓度范围为 0～4.00 mg/L 时，工作曲线线性方程较好，相关系数 r>0.999，符合分析测试的要求。同理，ICP-OES 法参照仪器工作条件在 180.7 nm 波长下对硫工作曲线进行测定，并以硫的质量浓度为横坐标，以发射强度值为纵坐标，建立校准曲线。结果表明，当硫的质量浓度范围为 0～30 mg/L 时，工作曲线线性方程较好，相关系数 r>0.999，符合分析测试的要求。

方法的检出限按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ 168—2020）中的具体规定执行^[18]。其中，酸性土壤、石灰性土壤分别对空白样品进行 8 次独立测试，方法检出限参照 HJ 168— 2020 的附录 A 进行计算^[18]，并以 4倍检出限作为测定下限。比浊法、ICP-OES 法测定有效硫的检出限、测定下限见表2。比浊法检出限为 1.20 mg/kg 左右，ICP-OES 法检出限低于比浊法，为 0.80 mg/kg 左右；并且相同测定方法下，酸性、石灰性土壤检出限相当。

2.4 方法准确度和精密度

分别选取 3 种酸性、石灰性市售有证标准物质或参比物质进行测定，其中 ASA-6b-CZ 广东砂土、 ASA-5b-CZ 江西红壤、ASA-1b-CZ 吉林水稻土为酸性土壤；SAS-7 陕西延安黄绵土、SAS-2 湖北潜江水稻土、SAS-6 河南新乡潮土为石灰性土壤，测定结果分别如表3、表4 所示。土壤标准物质的测定结果均在标准值范围内，相对标准偏差 <5%，表明方法的精密度较高；相对误差 <2%，表明准确度范围较好，均满足《合格评定化学分析方法确认和验证指南》（GB/T27417—2017）对方法准确度和精密度的要求^[19]。

注：μa= 国家有证标准物质 / 标准样品的标准值 ± 不确定度。下同。

2.5 实际样品比对测试

为进一步验证方法的适用性，选取我国农业主产区的广东砂土、江西水稻土、黑龙江黑土作为典型代表进行比对实验，其中广东砂土 pH 为 6.41，是酸性土壤；江西水稻土、黑龙江黑土的 pH 分别为 7.52、7.21，是石灰性土壤，测定结果如表5 所示。结果表明，比浊法和 ICP-OES 法测定土壤有效硫的相对偏差为 0.33%～0.67%，这表明两种方法均可用于土壤有效硫的测定，且二者的测定结果无显著性差异，但这两种方法的适用范围各有侧重，将在后文进一步深入讨论。

3 讨论

针对比浊法测定土壤有效硫曲线不成线性或线性较差，建议将氯化钡晶粒配置为溶液并且要现用现配，可在一定程度上提高校准曲线的线性。但是不同的检测标准、文献报道中氯化钡溶液的浓度、添加量尚未统一，其浓度在 100～250 g/L 范围内，添加量在 1～10 mL 范围内^{[10，16，20-21]}。过量的 Ba²⁺ 虽可与 SO₄ ^2- 完全反应，但也可与其它共存离子（如 CO₃ ^2-、PO₄ ^3-、CO₃ ^2-）反应生成沉淀； 同时试液中可能还存在其它形态的硫，这部分硫能不能直接与 Ba²⁺ 反应生成沉淀或转化为有效硫^[11]，进而引起测试结果偏高，有待进一步验证，后续可加强相关研究。综上所述，比浊法采用现用现配的氯化钡溶液定容校准曲线可提高线性，但需明确其浓度。

在本文中比浊法、ICP-OES 法的检出限均低于标准 NY/T1121.14—2023 的规定，符合“三普” 作业指导书的要求，但比浊法的检出限（1.20 mg/ kg）略高于 ICP-OES 法（0.80 mg/kg）。采用不同方法测定有效硫时将导致检测结果存在一定的误判率，即当样品的浓度介于 0.80～1.20 mg/kg 之间时，比浊法的测定结果为未检出，ICP-OES 法的测定结果为检出。因此，在分析测定实际土壤样品中的有效硫含量时应根据实际需求合理选择检测方法。鉴于第三次全国土壤普查工作的科学性、严谨性，建议选择 ICP-OES 法测定土壤中有效硫。在本文中比浊法测定土壤样品中有效硫的最高浓度为 40 mg/kg，在标准 LY/T1265—1999、NY/ T1121.14—2006 中比浊法测定土壤样品中有效硫的最高浓度为 48 mg/kg^[17，22]；而 NY/T1121.14—2023 中 ICP-OES 法测定的最高浓度为 150 mg/kg。研究表明，我国南方 7 省土壤有效硫含量范围在 4.5～62 mg/kg，平均值为 18.0 mg/kg^[4]；选用比浊法测定时，部分样品需要稀释，费时费力；而采用 ICP-OES 法测定时几乎所有样品均无须稀释。鉴于此，低含量（<48 mg/kg）样品比浊法、ICP-OES 法均适用，中、高含量（48～150 mg/kg、>150 mg/ kg）样品建议采用 ICP-OES 法测定。综合前文所述，本文总结概括了比浊法、ICP-OES 法测定土壤有效硫的优点和不足及其适用范围（表6）。此外， NY/T1121.14—2023 比浊法测定有效硫的实验数据处理中未明确测定溶液体积，经分析研究后发现测定溶液体积应为 50 mL。

4 结论

（1）利用现用现配的 40 g/L 氯化钡溶液定容有效硫标准曲线可显著提高标准曲线的线性，其相关系数 r>0.999。

（2）比浊法检出限为 1.20 mg/kg，ICP-OES 法检出限为 0.80 mg/kg，这两种方法的准确度和精密度均符合要求，均可用于土壤有效硫的测定并且二者的测定结果无显著性差异。

（3）低含量（<48 mg/kg）样品比浊法、ICP-OES 法均适用，中、高含量（48～150 mg/kg、 >150 mg/kg）的样品建议采用 ICP-OES 法测定。

（4）建议将 ICP-OES 法作为第三次全国土壤普查有效硫测定的首选方法。

参考文献