畜禽粪便肥料成分含量快速测定方法综述

畜禽粪便肥料成分含量快速测定方法综述1

韩鲁佳②胡峥峥阎巧娟刘依

现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，中国农业大学（东区），191信箱，北京，100083

摘要详细介绍了粪污计、电导仪、氨电极、粪污氮含量计量仪、反射计、快速、在线畜禽粪便肥料成分检测系统等6种畜禽粪便肥料成分含量快速测定装置及其工作原理和使用方法，论述了上述各种快速测定装置的精度及适用范围，并就各种方法进行了深入的分析比较。

关键词畜禽粪便；肥料成分；含量；快速测定装置

Rapid Testing Methods for Estimating the Nutrient Value in Animal Slurry Han Lujia Hu Zhengzheng Yan Qiaojuan Liu Yi

(Key Laboratory of Modern Precision Agriculture System Integration, Ministry of Education, China

Agricultural University, Beijing 100083)

Abstract 6 different equipment and their working principle for rapid testing the nutrient value in animal slurry (Slurry Meter, Conductivity Meter, Ammonia Electrode, Slurry Nitrogen Meter, Reflectometer and In-situ Nutrient Sensor System ) are introduced in detail in this paper. Their testing precision and suitability are described. A comparation of above different equipment is made.

Key Words animal slurry; nutrient value; content; rapid testing equipment

1各种快速测定装置及其工作原理

1.1粪污计（Slurry Meter）

1979年，爱尔兰学者Tunney首先建立了猪粪中的氮含量与其干物质含量之间的相关关系，发现二者显著相关[1]：

N=8.53+6.30DM- 0.17DM2 R2=0.85 （1）式中：DM——干物质含量，%。

进一步研究发现，粪便干物质含量与比重之间相关关系显著：

SG=1.005+0.00385DM R2=0.96 （2）法国、奥地利等国也对此进行了相应的研究，各国建立的粪便干物质与比重之间的回归方程的相关系数均在72%-99%之间。由此可见，通过测定比重，可推算出干物质含量，而根据干物质含量与畜禽粪便中氮含量的相关关系，进而可预知粪便中的氮含量。

粪污计就是基于这一工作原理由爱尔兰的约翰斯敦研究中心（Johnstown Castle Research Centre）开发成功的用于快速检测畜禽粪便肥料成分的仪表[1]。它是一种以干物质含量（DM%）为刻度的比重计，实际上测量的是比重，但直接读取被测粪样的干物质含量，然后再依据粪便干物质含量与其中氮、磷、钾含量之间的线性关系推算出粪样中氮、磷、钾的含量。因此粪污计有时也称作比重计（Hydrometer）。

具体使用方法是：先将粪样稀释并搅拌均匀，然后注入量筒内，充分搅拌（搅拌时避免

①教育部博士点基金项目、教育部优秀青年教师资助计划项目

②韩鲁佳，北京市海淀区清华东路17号，中国农业大学东校区173信箱，100083

1

2气泡产生，否则难以读数）后迅速将粪污计插入粪样中，在15秒内读出干物质含量，然后查表得出对应的氮、磷、钾含量。

1.2电导仪（Conductivity Meter ）

电导法测定是基于这样一个事实，即电解质溶液的电导率与电解质的浓度有关，铵离

子和钾离子的浓度在畜禽粪便总离子浓度中占有相当比重，且均和电导率显著相关，它们

的变化会引起整个电解质溶液离子浓度的变化，直至溶液电导率的变化[2]。稀释的猪粪中铵

离子和钾离子的浓度与溶液电导率有如下相关关系[3]：

NH 4+N =-61.5+99.6EC 稀释 R 2=0.98 （3）

K +=12.9+15.5EC 稀释 R 2=0.82 （4）

电导仪是试验室中常用的测定溶液电导率的仪器，在化学分析领域里应用较广。手握

式电导仪也称为电导笔。

使用时，须先将粪样进行稀释并混合均匀，再将由铂电极和一个电热调节器组成的探

针置于粪样中，轻轻搅拌约30秒待读数稳定后测得电导率，然后通过校正曲线即可直接读

取相应的铵态氮和钾的含量[2]。

1.3 氨电极（Ammonia Electrode ）

在酸性条件下，粪水中的铵主要以铵离子形式（NH 4+）存在，而在碱性条件下，转变为

氨气（NH 3）[4]。溶液中存在如下电离平衡：

O H NH OH NH 23-4+↑⇔++ (5)

产生的氨气的压力与被测粪液中铵态氮的含量成正比，通过检测氨气的产生量即可预

测出粪样中铵态氮的含量。依据这一原理，瑞典的Orion 研究组织于1979年开发出来氨电

极法用于直接检测粪便中铵态氮的含量[1]。氨电极是一种气敏电极，属于离子选择性电极，

其电极的电位对溶液中的氨气有选择性响应，因而可用来测定氨气的分压。

使用时，先将被测样品进行稀释，然后按每100ml 试样加1ml 的比例加入10MNaOH （离

子强度调节剂），使pH 值增大至约11，此时铵离子完全转化为适于测定的氨气，氨气通过疏水性高分子透气薄膜扩散进入透气膜与离子选择电极的敏感膜间的极薄液层内，直到试

液和此极薄液层内氨气的分压相等。氨气的压力可由pH/mV 计测量溶液电位得到[2]，由此再

通过校正曲线直接读取被测粪样中铵态氮的含量。

1.4 粪污氮含量计量仪（Slurry Nitrogen Meter ）

1929年，丹麦学者Tovborg Jensen 发现：在密闭容器中，将次氯酸钠与粪便混合，铵

态氮被氧化释放出氮气，气体的压力与粪便中铵态氮的含量成正比，通过测量气体的压力即可知道铵态氮的含量。粪污氮含量计量仪就是基于这一工作原理开发成功的，用于直接

检测粪便中铵态氮[1] 的含量。因为使用的试剂是次氯酸钠或次氯酸钙，有时也称作次氯反

应仪（Hypochlorite Reaction Meter ）[2]。目前常用的有以下两种类型。

1.4.1 安格鲁斯氮含量计量仪（Agros Nitrogen Meter ）

由瑞典的安格鲁斯公司于1983年研制成功[5]

。它的主要部件是一个带有密封盖的不锈

钢容器。粪样放入密闭容器中，由其内部搅拌装置搅拌约1分钟后，放入次氯酸钙试剂，发生如下反应：