土壤有效硼是指植物可从土壤中吸收利用的硼，它对植物体内的物质运输、生物膜透性、花粉萌发、受精作用及木质素的形成和输导组织的分化均有重要作用，并能抑制有毒酚类化合物的形成，直接影响植物的生长发育，土壤缺硼易使作物根尖分生组织的细胞分化和伸长受到抑制，发生木栓化而坏死，严重影响作物的产量和品质^[1]。按照土壤微量元素含量分级与评价，土壤有效硼含量在 0.5～1.0 mg/kg^[2]时，土壤不缺硼，植物可正常生长，低于 0.5 mg/kg 时，土壤十分缺硼，需要根据其含量科学合理地施用硼肥^[3]。

土壤中硼的形态有多种，其中有效硼主要是水溶态硼，其常用的检测方法有：土壤有效硼的测定方法-姜黄素分光光度法（NY/T149—1990）^[4]； 土壤检测第 8 部分：土壤有效硼的测定中的甲亚胺分光光度法（NY/T1121.8—2006）^[5-6]、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）^[7-12]、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）^[13-14]。方法 NY/T149— 1990、NY/T1121.8—2006 中的有效硼都是采用石英锥形瓶及冷凝回流装置煮沸浸提，浸提液中硼在酸性条件下与显色剂作用后，测定其吸光度，但每个样品的前处理条件及显色条件很难控制一致，除此之外，对显色所用试剂的空白要求极高。相比于石英锥形瓶及冷凝回流装置煮沸浸提方式，采用微波消解来提取更容易控制浸提温度、浸提时间，且实验重复性好、浸提条件一致、避免玻璃器皿中的硼污染，所用试剂少，适合大批量土壤样品的前处理，每批可浸提 40 个样品。用 ICP-OES 光谱仪来进行测定，操作简单，浸提液过滤或离心后可直接上机测试，检测速率快，测定一个样品仅需 1 min，更适合于大批量土壤样品的检测。

1 材料与方法

1.1 仪器及装置

实验仪器设备如表1 所示。

1.2 土壤标准物质

土壤有效态成分分析的标准物质如表2 所示。

1.3 试剂和溶液

硼标准储备液ρ（B）=100 mg/L，硫酸镁溶液 [ρ（MgSO₄·7H₂O）]=1 g/L，实验用水为超纯水，电阻率达到 18 MΩ·cm。

所用器皿使用前用硝酸溶液（5%）浸泡 24 h 以上，用自来水和实验用水依次冲洗干净，置于干净的环境中晾干，所用器皿应是石英材质、低硼玻璃及塑料等材质的无硼污染器皿。

1.4 光谱测试条件

赛默飞 ICP PRO 型光谱测试参数范围见表3。

1.5 实验步骤

用电子天平称取过 1.68 mm 尼龙筛的风干试样 10 g（精确至 0.01 g）于微波消解管中，固液比为1 ∶2，加入 20 mL 1 g/L 的硫酸镁溶液，放好消解管内塞，旋紧盖子，充分摇匀，放入微波消解仪中，升温时间 5 min，120℃，消解 10 min，待消解完毕冷却后取出，用倾泻法干过滤，滤液置于无硼烧杯中，滤液上机测定有效硼。不加样品，其余同样品步骤一致，测定空白溶液。

1.6 配制硼工作曲线

硼标准使用液ρ（B）=10 mg/L，准确分取 10 mL 母液至 100 mL 容量瓶中，定容，摇匀。用 10 mg/L 的硼标准使用液分别配制浓度为 0.00、0.05、 0.10、0.20、0.50、1.00 mg/L 的标准系列，标准系列用 1 g/L 的硫酸镁溶液定容，按照表1 给出的仪器条件测定并绘制校准曲线。

2 实验方法分析

2.1 消解温度

微波消解的温度是前处理的关键因素，如温度过高或过低，都会导致结果偏差较大。实验用 4 个标准物质为试样，按照 1.5 中的操作步骤，分别把消解温度设为 60、80、100、120、140℃，其余消解条件一致（升温时间 5 min，消解时间 10 min），在 ICP-OES 上测定，并对实验结果进行比较。从表4 可以看出，消解温度低于或高于 120℃时，有效硼含量较高的试样结果偏差 25% 以上，消解温度为 120℃的实验结果与标准物质的结果更为接近，因此消解温度设置为 120℃。

2.2 消解时间

实验用 4 个标准物质为试样，按照 1.5 中的操作步骤，把消解时间分别设为 5、10、15、20、25 min，其余消解条件一致（消解温度 120℃，升温时间 5 min），在 ICP-OES 上测定，并对实验结果进行比较。从表5 可以看出，消解时间超过 10 min 时，测定标准物质的值都已经超过了标准值，消解时间为 5～10 min 的检测结果与标准物质的标准值接近，对于有效硼含量高一点的样品，10 min 的结果与标准值更为接近，因此，确定消解时间为 10 min。

2.3 程序升温时间

实验用 4 个标准物质为试样，按照 1.5 中的操作步骤，把程序升温时间分别设为 5、10、15、20、 25 min，其余消解条件一致（消解温度 120℃，消解时间 10 min），在 ICP-OES 上测定，并对测试结果进行比较。从表6 可以看出，程序升温时间为 5 min 的检测结果与标准物质的标准值接近，因此，确定程序升温时间为 5 min。

通过对比试验对微波消解条件进行了确认，试验数据发现，当消解温度为 120℃，消解时间 10 min，爬升时间 5 min 时，土壤中有效硼前处理消解效果最好。

2.4 谱线的选择以及谱线干扰问题

称取标准物质 NSA-6 按照实验操作步骤处理，选取波长 208.959、249.678、208.893、249.773 nm 4 条谱线进行硼测定。根据样品的实验结果发现，硼在 249.773 nm 的信号强度值最大，峰形和对称性好、线性好，因此，选择 249.773 nm 作为有效硼的测定波长。

硼的分析谱线为 249.773 nm，实验考察了共存干扰元素的影响，铁在 249.782 nm 处有一条谱线，铁含量高时，其谱线轮廓对硼的分析谱线有一定的干扰。配制 9 个 1.00 mg/L 硼标准溶液时，在硼标准溶液中分别加入 0.00、1.00、5.00、10.0、20.0、 50.0、80.0、100.0、200.0 mg/L 铁溶液，来进行铁元素干扰实验。以 1.00 mg/L 硼标准溶液作参比，测试结果见表7，测试峰形图见图1。实验结果表明，铁基体≤ 50.0 mg/L 时，硼的测定结果相对误差 <5%，可忽略不计。土壤中的有效硼按本方法提取，提取液中铁元素含量较低，通常 <50.0 mg/L 不需要对实验结果进行校正^[15]。

2.5 酸碱性土壤样品

土壤的酸碱性会影响植物对微量元素的吸收利用，可能会导致植物营养失调。酸碱性不同的土壤需要采用不同的提取方法，比如有效磷。实验选取酸性的标准物质 NSA-6（pH 6.60），碱性的标准物质 HTSB-4（pH 8.50）为研究对象，考察用密闭高压消解仪来进行提取是否适用于酸碱性不同的土壤，实验结果见表8。从测试结果来看，两种不同类型的标准物质测定的相对标准偏差较小，精密度较好。此法适用于不同类型土壤，不需区分土壤的酸碱性。

3 方法质量评估

3.1 标准曲线

用 ICP-OES 按照仪器工作条件测定制备好的标准系列溶液后，以硼的质量浓度为横坐标，其对应的信号强度为纵坐标绘制校准曲线，线性方程为：Y=6462.97X-0.33，相关系数为 0.9997。

3.2 方法检出限

按照样品分析步骤制备 12 份空白溶液，在最优仪器条件下测定硼含量，计算其标准偏差（s），以 3 倍标准偏差计算得到方法检出限为 0.005 mg/kg。

3.3 方法精密度及准确度

选取标准物质 NSA-6 和 HTSB-4 进行方法的精密度、准确度实验，按照样品分析步骤对每个标准物质平行分析 12 次，计算每一个标准物质 12 次平行测定的相对标准偏差（RSD）、相对误差 （RE），测定结果见表9。结果表明，标准物质的相对标准偏差不超过 5%，精密度较高；相对误差不超过 10%，测定值与推荐值基本吻合，能满足土壤样品的分析要求。

4 结论

本文建立了微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中有效硼的方法，与农业行业标准 《土壤检测第 8 部分：土壤有效硼的测定》（NY/T1121.8—2006）中沸水浸提-甲亚胺比色法，以及农业行业标准 NY/T149—1990 中沸水浸提—姜黄素比色法相比，简化了操作步骤，提高了检测效率，可操作性强，分析结果准确可靠。同时，微波消解法避免样品处理过程中的硼污染，实用性强，尤其是大批量土壤样品分析时，一次性可消解 40 个土壤样品，显著提高了分析效率。方法通过标准物质实验验证，证实了该方法的精密度、准确度良好，都能满足分析要求，它适用于各类土壤中有效硼的测定。同时，它能满足大批量样品的快速检测，为农业科研人员研究土壤供硼能力和科学施用硼肥提供强有力的技术支撑。

参考文献