土壤有机碳是土壤中较为活跃的部分，在土壤生产力和全球碳循环中起着十分重要的作用^[1-3]，准确高效地测定土壤有机碳是相关研究开展的前提。目前，土壤有机碳的测定方法主要有重铬酸钾氧化-外加热法、重铬酸钾氧化-分光光度法、总有机碳（TOC）分析仪法、元素仪分析法等多种。其中，重铬酸钾氧化-外加热法和重铬酸钾氧化-分光光度法是测定有机碳的主要方法，所用设施简单，易于掌握，应用较多^[4-7]。可是以上方法依靠人工操作，用于大批量土壤检测时，费工费时，难以快速完成检测任务。TOC 分析仪法、元素仪分析法所测结果普遍被认为有较高准确性，但会面临繁琐的土壤酸化处理和单个样检测时间长的问题^[8]，检测效率不及人工检测，其适用性欠佳。现有研究对土壤有机碳测定方法的改进讨论较多，成效显著。徐虎等^[9]用带温控的消解仪消煮样品，解决了用油浴加热存在的安全隐患和器皿难清洁等问题，提高了检测准确度和精密度；李朝英等^[10]提出了 TOC 分析仪测定土壤有机碳的适宜进样量及颗粒粒径，测定结果的变异系数小于 3%，加标回收率为 98%～102%；郝国辉等研究了用全自动电位滴定仪测定土壤有机质^[11]。以上研究提升了方法操作性和准确性，但对检测效率提高的影响不明显。现期有关快速检测大批量土壤有机碳的方法讨论少有报导，准确高效地完成批量土壤的检测分析工作缺乏可行的方法支持。

随着检测技术的不断进步，越来越多的大型仪器因具有自动化程度高，检测准确高效等应用优势而备受关注。流动分析仪是具备上述特征的大型仪器之一，现期主要用于氮素、磷素、酚类、硝酸盐等可比色检测的项目，仪器自动进样检测、编辑数据，一个工作日可检测 200～300 多个样，运用效果良好^[12-13]。从理论上讲，重铬酸钾氧化-分光光度法用人工比色测定有机碳含量，用流动分析仪替代人工比色测定土壤有机碳含量是可行的。可是，至今未见用流动分析仪测定土壤有机碳含量的相关讨论，相关方法无从参考，检测效果不清楚。其次，现期消煮土壤所用的重铬酸钾和硫酸量通常是 5 mL，有的硫酸用量是 7.5 mL^[14-15]。重铬酸钾有毒，硫酸为强酸，减少其用量有利于降低检测成本，减少试剂危害与污染。但此做法对检测结果准确性影响的讨论少有报导，具体情况尚不明确。再者，以消解仪替代油浴加热氧化的方法安全卫生，但消解仪单次消煮的样量有限，多次消煮才能完成批量样品的前处理，耗时耗能。而且消煮液需转移后检测，操作繁琐，且易造成损失，增加误差。有研究提出用沸水浴、蒸汽浴测定有机碳含量，加热均匀，检测稳定，且对消煮容器无特别要求^[16-18]。如以 25 mL 比色管为消煮容器，8 孔水浴锅可一次消煮 120 多个样，按比色管刻度定容后可用于检测，避免了消煮液转移操作，有利于简化操作，提高效率。至此，上述做法少有讨论，其运用效果有必要探讨与确认。

为了从多方面优化土壤有机碳消煮和检测的方法，提高检测效率，为快速检测大批量土壤有机碳提供一种新思路，本试验尝试降低重铬酸钾和硫酸用量，选用 25 mL 比色管为消煮容器，用水浴锅代替消解仪，利用蒸汽浴消煮土壤，用流动分析仪比色检测有机碳含量，所测结果与重铬酸钾氧化-外加热法比较。通过对两种方法测定结果的差异性及相关性比较分析，讨论降低重铬酸钾和硫酸用量及用蒸汽浴加热和流动分析仪比色对测定结果的影响，还对两种方法的工时、工效及试剂耗用等进行量化比较，探讨方法可操作性。以期提出用于测定土壤有机碳含量的蒸汽浴-流动分析仪法，为大批量土壤有机碳含量的快速检测分析提供一种适用方法。

1 材料及方法

1.1 仪器

电子分析天平（BSA224S GB-144）；AA3 流动分析仪（配置 MT7 模块）；消解仪 SH220F，TOC 分析仪（TOC-LCPH）。

1.2 样品与试剂

2020 年 9 月于广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站的青山试验场样地、伏波试验场分别采集土壤 10、30 份，共计 40 份，并依次编号样 1～40。将土壤中植物根、石砾等挑拣干净，过孔径 2 mm 筛，土样铺平，多点取样，碾压过孔径 0.25 mm 筛，装入密封袋中，标识备用。另选择 3 个标准土壤陕西黄绵土[GBW07460（ASA-9），有机碳含量（5.97±0.3）g/kg]、陕西𪣻 土[HTSB-1（ASA-9），有机碳含量（9.05±0.99）g/kg]、江西红壤 [GBW07416a（ASA-5a），有机碳含量（4.23±0.5） g/kg]用于检测。

0.8 mol/L 重铬酸钾溶液：称取烘干后的重铬酸钾 39.2245 g 溶于适量水中，定容 1 L。硫酸（密度 1.84 g/cm³）。0.2 mol/L 硫酸亚铁溶液：称取 56 g 硫酸亚铁，溶于 800 mL 水，加入 15 mL 硫酸，定容 1 L。聚氧乙烯月桂醚溶液：吸取聚氧乙烯月桂醚 1 mL，定容 1 L。40 g/L 葡萄糖标液：无水葡萄糖 80℃烘 2 h，称取 4 g 溶解于适量水中，定容 100 mL。以上试剂均为分析纯。

1.3 实验方法

1.3.1 重铬酸钾氧化-外加热法

称取 0.3000～0.4000 g 过孔径 0.25 mm 筛的土壤颗粒放入消煮管，加入 0.8 mol/L 重铬酸钾溶液 5 mL，硫酸 5 mL，摇匀，180℃煮沸 5 min，将消煮液转移到三角瓶中，加水约 50 mL，用 0.2 mol/L 硫酸亚铁溶液滴定，消煮液由绿色突变至棕红色为终点，记录滴定量。空白样同上操作。

1.3.2 蒸汽浴-流动分析仪法

1.3.2.1 仪器条件

流速 50 个样 /h，样品对冲时间 2 s，进样时间 48 s，清洗时间 24 s，仪器默认设置基线和漂移校正，自动基线参比为 5%。

1.3.2.2 流动分析仪-MT7 模块管路

由图1 中可见管路 1～2 试剂溶液分别为聚氧乙烯月桂醚溶液、空气，管路 3～4 均为聚氧乙烯月桂醚溶液，管路 5 为空气，管路 6～8 均为聚氧乙烯月桂醚溶液，管路 9 为待测样，管路 10 为聚氧乙烯月桂醚溶液。

1.3.2.3 样品消煮与检测

称取 0.0500～0.3000 g 过孔径 0.25 mm 筛的土壤颗粒放入 25 mL 比色管，加入 0.8 mol/L 重铬酸钾溶液 2.0 mL，硫酸 2.0 mL，摇匀，加塞放于已沸的水浴锅中消煮 35 min，加水定容 25 mL，静置 6 h 以上上机测定。空白样同上操作。

1.3.2.4 标准曲线绘制

抽取 40 g/L 葡萄糖标液 0、 0.05、0.10、0.20、0.30、0.35 mL，分别加水 0.35、 0.30、0.25、0.15、0.05、0 mL，按 1.3.2.3 操作，上机检测并绘制标准曲线。

1.3.3 蒸汽浴-流动分析仪法的精密度与准确性检验

1.3.3.1 重复性试验

3 个标准土壤和 7 号、8 号样按 1.3.2.3 测定有机碳含量，每个样重复 6 次。计算相对标准偏差（RSD，%），进行方法精密度检验。

1.3.3.2 加标回收率试验

3 个标准土壤和 7 号、 8 号样分别加入 40 g/L 葡萄糖标液 0.125 mL，按 1.3.2.3 测定有机碳含量，每个样重复测定 3 次，3 个标准土壤和 7 号、8 号样再分别加入 40 g/L 葡萄糖标液 0.20 mL，每个样重复测定 3 次，各样的 6 次测定结果计算回收率，进行方法准确性检验。

1.4 数据分析

实验数据采用 Excel 2003 进行统计、绘图，对重铬酸钾氧化-外加热法、蒸汽浴-流动分析仪法所测的有机碳含量进行均值 t 检验，分析两者的差异性。利用直线方程进行回归分析，分析蒸汽浴-流动分析仪法与重铬酸钾氧化-外加热法所测有机碳含量的相关性。

2 结果与分析

2.1 重铬酸钾氧化-外加热法、蒸汽浴-流动分析仪法所测有机碳含量的比较

由表1 可见，本试验选择 40 个土壤的有机碳含量在 5～40 g/kg 之间，蒸汽浴-流动分析仪法测定结果的平均值为 19.864 g/kg，重铬酸钾氧化-外加热法测定结果的平均值为 19.262 g/kg，两种方法所测结果趋于一致。经 t 检验，P（T ≤ t）双尾＝ 0.092>0.05，说明两种方法所测结果无显著性差异（P>0.05）。可见蒸汽浴-流动分析仪法对测定结果影响不明显。

由图2 可见，蒸汽浴-流动分析仪法与重铬酸钾氧化-外加热法的测定结果回归方程为 y=0.947x+1.621，r ² ＝ 0.933，两种方法测定结果相关性良好。

2.2 蒸汽浴-流动分析仪法重复性实验和加标回收率实验

由表2 可见，5 个样各重复 6 次测定，所测有机碳含量的 RSD 在 3.19%～9.41% 之间。江西红壤的有机碳含量较低，故其所测结果的 RSD 高于其他样。以上说明蒸汽浴-流动分析仪法测定有机碳含量的离散度不大，测定结果趋于稳定，精密度符合检测分析要求。

由表3 可见，5 个样加入 40 g/L 葡萄糖标液 0.125 mL（碳含量 2.0 mg），各重复测定 3 次。5 个样再加入 40 g/L 葡萄糖标液 0.2 mL（碳含量 3.2 mg），各重复测定 3 次。6 次测定结果计算所得平均回收率在 92.21%～97.63% 之间，说明蒸汽浴-流动分析仪法准确性良好，符合检测分析要求。

2.3 两种方法的工时工效及试剂消耗的比较

由表4 可见，按重铬酸钾氧化-外加热法操作，200 个样称量用时 3 h，用 20 孔消解仪需消煮 11 次可完成 200 个样及所需空白的前处理，消煮及消煮液转移用时约 8 h，滴定检测及数据录入整理需 8 h，总用时为 19 h，其中人工操作时间为 18 h。按蒸汽浴-流动分析仪法操作，200 个样称量用时 3 h，以 25 mL 比色管代替消煮管，8 孔水浴锅消煮 2 次可完成 200 个样及所需空白的前处理，消煮、定容、上机检测及数据整理需用 10 h，总用时为 13 h，是重铬酸钾氧化-外加热法的 68%。其中人工操作用时 8 h，是重铬酸钾氧化-外加热法的 44%。可见，此方法检测总用时及人工操作用时均较重铬酸钾氧化-外加热法明显减少，有利于提高检测效率，降低人员工作强度。

此外，蒸汽浴-流动分析仪法所用重铬酸钾溶液、硫酸是重铬酸钾氧化-外加热法的 40%。重铬酸钾氧化-外加热法的空白通常消耗 20 mL 左右的 0.2 mol/L 硫酸亚铁溶液，在保证各样有机碳被充分氧化的情况下，每个样消耗 0.2 mol/L 硫酸亚铁溶液量≥ 6.7 mL（按空白的 1/3 计）^[14]，200 个土壤样及空白至少用 0.2 mol/L 硫酸亚铁 1.4 L。蒸汽浴-流动分析仪法用比色检测，硫酸亚铁溶液用量为 0 mL。比色管按序放在有编号的管架中，从消煮到检测，无消煮液转移和器皿转换的繁琐操作，待测样可保持有序状态，不易出现人为差错。与重铬酸钾氧化-外加热法相比，蒸汽浴-流动分析仪法省工省时，检测高效，试剂用量少，现场便于有序管理，出错率低，更适用于批量土壤的检测。

3 讨论

本实验所用 40 个土壤及标准土样的有机碳含量在 4～40 g/kg 之间，包括低含量、中含量和高含量有机碳，有良好的代表性。蒸汽浴-流动分析仪法与重铬酸钾氧化-外加热法所测结果趋于一致，无显著性差异。两种方法所测有机碳含量拟合的线性方程 y（蒸汽浴-流动分析仪法）=0.947x （重铬酸钾氧化-外加热法）+1.621（r ² ＝ 0.933），两种方法相关性良好，蒸汽浴-流动分析仪法重复性试验的 RSD 为 3.19%～9.41%，回收率为 92.21%～97.63%。蒸汽浴-流动分析仪法所测结果准确稳定，用此方法测定有机碳含量有一定的可行性。

本实验提出的蒸汽浴-流动分析仪法与重铬酸钾氧化-外加热法均是利用重铬酸钾和硫酸的强氧化性氧化土壤有机碳，但两者的检测原理并不同。在加热条件下，重铬酸钾和硫酸土壤有机碳被氧化，六价铬还原为三价铬离子，三价铬离子含量与氧化的有机碳含量呈正比，故可通过比色测定有机碳含量^[15]。土壤有机碳被氧化后，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁溶液滴定，根据有机碳被氧化前后的重铬酸钾离子数量变化可得到有机碳含量，故重铬酸钾氧化-外加热法依此测定^[14]。重铬酸钾氧化-外加热法中所用的重铬酸钾和硫酸量为 5 mL，170～180℃煮沸 5 min 后用硫酸亚铁滴定检测^[14，20-21]。本试验提出的蒸汽浴-流动分析仪法所加入的重铬酸钾和硫酸量均为 2 mL，蒸汽浴 35 min，上机比色检测。两种方法加入的氧化剂量不同，消煮方式不同，检测方法不同，但所测结果趋于一致，且无显著性差异。说明两种方法都能充分氧化有机碳，重铬酸钾和硫酸用量、消煮方式及检测方法的不同对测定结果影响不明显。

本实验提出的蒸汽浴-流动分析仪法以 25 mL 比色管代替消煮管，比色管体积小，便于取放，一次可消煮上百个样，优于少量多次的消煮方式，避免了消煮液转移的繁琐操作，简化了检测程序，减少了人员工作量。以流动分析仪代替人工滴定，充分利用了仪器自动检测，检测准确高效的应用优势。同测 200 个土壤有机碳，此方法检测总用时是重铬酸钾氧化-外加热法的 68%，人工用时是重铬酸钾氧化-外加热法的 44%。此方法所用重铬酸钾、硫酸量为重铬酸钾氧化-外加热法的 40%，硫酸亚铁用量 0 mL。此方法省工省时，试剂用量少，检测成本低，经济高效。此外，用蒸汽浴-流动分析仪法自动化检测，人员有一定的空余时间，可对下批土壤进行称量或消煮，这使得用此方法连续测定批量土壤有机碳的检测效率还有较大提升空间，能很好满足大批量土壤有机碳快速检测的需求。

4 结论

本实验将优选的消煮器皿、加热氧化方式和检测方法进行组合，提出了蒸汽浴-流动分析仪法，用此方法测定土壤有机碳含量重复性试验的 RSD 为 3.19%～9.41%，回收率为 92.21%～97.63%。方法精密度及准确性良好。所测结果与重铬酸钾氧化-外加热法无显著性差异，两种方法拟合的回归方程：y（蒸汽浴-流动分析仪法）=0.947x（重铬酸钾氧化-外加热法）+1.621（r ² ＝ 0.933），两者呈良好的相关性。蒸汽浴-流动分析仪法的检测效率高于重铬酸钾氧化-外加热法。此方法用于土壤有机碳检测分析，省工省时，人员工作强度小，试剂用量少，试剂危害降低，检测准确高效，经济安全，可推荐用于大批量土壤有机碳含量的测定。

参考文献