杜马斯燃烧法和凯式定氮法在小麦氮含量测定中的应用研究

王 雪

（南京农业大学国家信息农业工程技术中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室，江苏 南京 210095）

氮素是组成蛋白质、氨基酸等重要生物大分子的关键元素。作为促进作物生长、产量形成和品质改善的重要指标，其实际含量的测定尤为必要。目前，常用的作物氮素含量的测定方法主要分为：以遥感技术监测的野外非破坏性实时监测和室内破坏性实际测定。Kjeldahl 于1883 年提出了凯氏法定氮方法，但其消煮时间长、测试环节多、使用危险化学试剂，对于批量样品来说，检测任务繁重、耗时、费力，同时易造成环境污染等典型问题，这也成为室内快速定氮研究中的一个重要障碍。Jean Baptiste Dumas 于1831 年提出的杜马斯定氮燃烧法，目前在食品（如奶粉）、饲料（如大豆）等检验领域均有应用，但在农业领域中的应用却发展缓慢。尤其是植株整个生长过程中随着生育期的不同，植株的叶片、茎秆、穗的氮含量都时刻发生变化，需要一种能够快速、准确、高效的方法来测定大批量的植株样品的全氮。文章探究杜马斯燃烧法在小麦全生育期的应用，为大批量测定植株全氮提供一种新的方法和借鉴。

1 材料与方法

1.1 样品的采集与制备

样品品种为宁麦13、徐麦30、扬麦13、扬麦14、扬麦16。样品生育期为拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期的不同器官。其中宁麦13、徐麦30 为小区试验、扬麦13、扬麦14、扬麦16 为大田试验。样品具体数量和种类见表1 和表2。

表1 小区试验样品信息表Tab.1 The sample information table of plot test

1.2 测定方法

1.2.1 杜马斯燃烧法

采用德国Rapid NIII 氮/蛋白质分析仪（由德国Elementar Analysensysteme GmbH 公司开发），取样品200 mg 于锡箔纸中，压实，置于自动落样器中。样品落入燃烧反应炉，在加热炉温 度 分 别 为Comb.tube：960℃；Postcomb.tube：800℃；Reduct.tube：815℃，O2减压阀输出压力大约0.22 Mpa；CO2减压阀输出压力大约0.12 Mpa；FlowCO2约650 mL/min 的条件下进行燃烧，燃烧生成的气体在载气CO2携带被氧化铜和铂混合物充分氧化。燃烧生成的氮氧化物被钨还原为分子氮，同时过量的氧也会被结合。通过一系列的吸收剂将干扰成分和水蒸气从被检测气流中除去。最后通过TCD 检测器来检测CO2载气流中剩余的氮。根据样品的质量和存贮的校正曲线形成的检测信号，就可自动计算、打印和存储被测样品中的氮元素的质量分数。测试方法选择系统中提供的标准方法。氮含量用样品中氮元素的质量分数表示。

1.2.2 凯式定氮法

凯氏定氮法按照国标法进行测定和计算。

表2 大田试验样品信息表Tab.2 The sample information table of field

2 试验结果与分析

2.1 标准物质的全氮测定

试验标准样品为生物成分分析标准物质，由国家标准物质网提供。样品为GBW10010（GSB-1）和GBW10011（GSB-2），氮元素的质量分数分别为（1.61+0.04）%和（2.40+0.06）%。每个标准样品测试10 次。

由测定结果可见，杜马斯燃烧法和凯式定氮法测量2 种标准物质的回收率在99.58%～101%，2 种实验方法的准确度均较高（约95%～102%）；杜马斯燃烧法和凯式定氮法测量2 种标准物质的变异系数在0.28%～0.05%（cv＜0.05），2 种试验方法的精确度均较高；2 种方法均满足实验条件，所测数据可靠可信。

2.2 不同品种小麦全生育期的全氮的测定

将不同品种、不同生育期的样品进行3 次重复测定，取平均值，进行平均值、标准偏差和变异系数的测定。

从试验结果可以看出，对于穗部，通过不同样品的平均值和标准差测定，杜马斯燃烧法的氮的损失量比凯氏定氮法的小，均一化程度比较高；同样的方法进行叶片的测定，得到了相同的结果；对于茎秆，不同的样品测定的平均值和标准差有所不同。综上，杜马斯燃烧法可以用于小麦氮含量的测定，效果比凯氏定氮法更好。

2.3 两种方法的相关性分析

对上述2 种方法的测定数据间显著性采用Excel 软件中分析工具库t- 检验，进行成对双样品均值分析，测定数据间进行相关性分析，利用直线方程进行回归，并统计分析相关系数的显著性。

对小麦全生育期的所有样品全氮含量测定结果进行相关性分析，两种方法回归直线方程为Y（Dumas-N）=1.0785×（Kjeldahl-N）+0.0793，相关系数R2=0.94（P＜0.05）。

3 结论与讨论

综上所述，杜马斯燃烧法可以替代凯氏消解法。杜马斯燃烧法在测定小麦穗部和叶片全氮含量时，具有更高的灵敏性，同时杜马斯燃烧法具有省时省力、安全高效的特性，但杜马斯定氮仪的价格相对较高，未来如果能降低成本，将在小麦大批量的测定具有广泛的应用前景。