【科普讲堂】“小试剂，大担当”之土壤探秘之旅

“小试剂，大担当”之土壤探秘之旅

贾雷

（中国地质调查局呼和浩特自然资源综合调查中心）

随着第三次全国土壤普查检测工作的结束，各式各样的试剂在元素形态的提取中发挥着重要的作用，看似普通的碳酸氢钠粉末，其溶解在纯水中，便能肩负起破解亿万公顷碱性土壤有效磷密码的重任。

“它”以其稳定的缓冲的作用，完美适配了碱性土壤的独特属性，成为获取真实、可靠有效磷数据的科学保障。当碳酸氢钠浸提剂从碱性土壤中释放出无形的有效磷后，一项更精妙的化学魔法正在上演-如何让微乎其微的磷元素现出真身，成为可精准测量的科学数据？这离不开钼锑抗显色剂的“化学显影系统”，将浸提液中看不见的磷信号，转化为仪器可捕捉的鲜明色彩，为全国土壤有效磷“家底”普查提供至关重要的定量依据。

碱性土壤的“磷”困局

我国北方和西北地区广泛分布着石灰性土壤（pH > 7.5）。在这类碱性环境中，磷元素极易与土壤中的钙离子（Ca²⁺）结合，形成难溶性的磷酸钙盐。这些被“锁住”的磷，植物根系难以吸收利用，但它们又真实存在于土壤中，传统的强酸浸提方法在这种土壤上会过度溶解这些无效态磷，导致测定结果虚高，严重误导施肥决策。因此，普查需要一种能在碱性环境下能够温和、选择性地提取出真正对植物有效的那部分磷的方法。

碳酸氢钠——专为碱性土壤设计的“智能钥匙”试剂

面对这一困局，碳酸氢钠溶液凭借其精妙的作用机制，成为第三次全国土壤普查中测定碱性土壤有效磷的标准浸提剂。选择其目的在于：（1）碳酸氢钠溶液本身呈弱碱性，这与石灰性土壤中植物根系实际生长的根际微环境pH值高度接近，它能够模拟植物根系在自然条件下吸收磷的化学环境，提取出的磷正是植物真正能获取的那部分。（2）溶液中的碳酸氢根离子扮演着“竞争者”的角色，它与土壤胶体表面吸附的磷酸根离子发生阴离子交换反应，通过这种温和的竞争机制，HCO₃⁻能将吸附态的磷酸根“置换”下来，使其释放到溶液中，这是提取有效磷（尤其是吸附态磷）的主要途径。对于土壤中存在的那些结晶度低、颗粒细小、活性相对较高的磷酸钙盐微晶，HCO₃⁻也能发挥一定的溶解作用，它主要溶解的是那些在植物生长季内可能部分释放、相对容易被植物吸收利用的钙磷形态，而非高度稳定的磷矿石，这便是碳酸氢钠作为“智能钥匙”最核心的优势！

“它”具有高度的选择性，能够有效提取出吸附态磷和活性较高的易溶性/微溶性钙磷，但刻意避开了那些极其稳定、植物在短期内都难以吸收利用的老化磷酸钙盐和原生磷矿物，这确保了检测结果真实反映土壤的实际供磷能力。碳酸氢钠溶液本身是一个HCO₃⁻/CO₃²⁻ 缓冲体系，在浸提振荡过程中，它能有效抵抗土壤或化学反应可能引起的局部pH波动，维持浸提环境相对稳定，防止因pH值变化导致已提取的磷发生再吸附或形成新的沉淀，保障提取过程的可靠性和重现性。

三位一体的“显影大师”——“钼锑抗显色剂”

“钼锑抗显色剂”并非单一试剂，而是一个由三种关键组分精密配合的化学系统。钼酸铵(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O）为反应的主体架构师，酒石酸锑钾K(SbO)C₄H₄O₆）是高效的化学反应催化剂，抗坏血酸（C₆H₈O₆，维生素C）为关键的色彩魔术师（还原剂），是它们的协同作用，共同完成了一场精妙的“磷的显影”。

其作为显色剂具有如下功能：（1）超凡的灵敏度。生成的磷钼蓝色泽极深，摩尔吸光系数极高，可以精准检测低至0.01 ppm级别的磷浓度，完美匹配土壤浸提液的微量磷检测需求。（2）出色的选择性。通过精确控制反应体系的酸度、钼酸根浓度以及利用锑催化的特异性，该方法对正磷酸盐具有较好的选择性。虽然硅酸盐等在一定条件下也能形成类似杂多酸（硅钼黄），但在严格控制酸度（通常要求较高酸度）和加入锑抗剂后，硅的干扰可被有效抑制（硅钼黄被还原成硅钼蓝的速率远慢于磷钼黄，且在880nm干扰较小）。（3）卓越的稳定性。显色完成后，磷钼蓝的颜色能在数小时内保持高度稳定，这对于需要处理海量样品的全国普查实验室至关重要，保证了批量测定的数据可靠性。（4）与浸提液完美适配。显色过程第一步的加酸操作，恰好解决了碳酸氢钠浸提液带来的碱性问题，一步到位地创造了后续反应所需的酸性环境，流程设计巧妙高效。（5）成熟可靠、标准化程度高。该方法（Olsen法结合钼锑抗比色）是国际公认的测定碱性/中性土壤有效磷的标准方法，具有数十年的研究基础和应用实践，操作步骤、试剂配方、反应条件均已高度标准化。这确保了全国不同实验室、不同批次测定结果的可比性和权威性－这是全国土壤普查数据生命力的根本所在。

发挥效果之秘诀

碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法方法原理是石灰性土壤由于大量存在游离碳酸钙，故不能用酸提取有效磷，碳酸根能够降低碳酸钙中钙的活度，从而有利于Ca-P的提取，碳酸盐降低了铝和铁离子的活性，有利于磷酸铁和磷酸铝中磷的提取，其他阴离子有利于吸附态的磷置换。

石灰性土壤试样土液比为1:20，土壤有效磷的测定值随浸提剂pH的增大而增大，因此每次浸提前都要校正pH值为8.5，并且保证同一批次的标线、标样和样品所使用的浸提剂一致。Olsen 法对温度条件要求严格，浸提温度包括室温、液温以及器具温度，以（25±1）℃为最佳浸提温度，温度每升高1℃，有效磷增加0.43 mg/kg，故需在有空调的控温浸提室操作。使得器皿与室温一致，碳酸氢钠浸提剂的液温必须保持在（25±1）℃，数显恒温振荡器要进行校准，并给出修正值。振荡时间须精准控制30 min，振荡结束后，应立即用无磷滤纸过滤，显色温度控制在20℃，加入显色剂后半小时测试，此时显色温度不宜过高，如温度过高，放置半小时后溶液基本呈深蓝色，测试结果偏高且值基本一样。显色剂中，抗坏血酸的颜色为白色，泛黄则不能使用，将抗坏血酸加入钼锑储备液中颜色应为淡黄色，且有效期为1 h。若测定的磷质量浓度超出标准曲线范围，则减少浸提液吸取量，同时补加浸提液至10 mL，重新比色，用钼锑抗显色剂加入碳酸氢钠浸提剂中，会产生大量气泡，应缓慢摇动比色管或锥形瓶（效果好），排出气泡后在定容摇匀。

采用Olsen 法对温度有着严格的要求，按照上述经验关注需要注意的点，对于有效磷的检测至关重要。整体来说，有效磷测试不难，分析过程中需细心，碱性和中性土壤可选择ASA-16、ASA-17、ASA-20，其值分别为9.4±0.9、8.5±0.8、16.2±0.7（mg/kg）作为标准物质进行测试。

结语

“小试剂，大担当”在土壤有效磷测定中得到了淋漓尽致地体现。碳酸氢钠与钼锑抗显色剂，虽在实验中用量不大、外观普通，却是整个分析流程的核心驱动。它们的选择性提取能力与高灵敏、特异的显色能力，共同构成了科学评估土壤肥力、指导精准施肥、保障农业可持续生产的不可或缺的关键环节。没有它们精准的“担当”，我们对土壤养分的认知与管理将失去重要的科学依据。它们虽“小”，却是守护粮仓、解读大地生命力的强大“解码器”。