測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法和裝置，方法包括如下步驟：A、土柱樣品裝填；B、預培養；C、樣品測定：預培養試驗結束后，在兩套裝填的土柱樣品中分別通過充氣系統注入N2O或作為對照試驗的N2氣體，待N2O排放通量恒定后，結束采氣；監測充氣后土壤表層的N2O排放通量，定量N2O擴散與還原量；D、N2O殘留量測定。本發明測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法和裝置，對于深入研究下層土壤蓄積N2O的擴散過程與還原機制，定量土體中N2O的去向及其與環境因素間的數量關系有重要意義。可為制定強化N2O還原強度、減少N2O排放的農業管理措施提供依據，為精確評估下層土壤對農田N2O排放的貢獻提供科學參數。
【專利說明】測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法及裝置，屬于精準農業配套試驗【技術領域】。
【背景技術】
[0002]氧化亞氮(N2O)是重要溫室氣體之一，土壤是大氣氧化亞氮的重要排放源，土壤N2O排放取決于土壤中生成N2O的擴散及擴散過程中的還原強度。但是，國內外土壤N2O排放研究大多利用靜態箱式法測定土壤表層，對土壤中生成的N2O的擴散與還原過程以及下層土壤產生的N2O對表層排放的貢獻方面的研究非常薄弱，主要原因在于沒有找到一種合適的方法來定量測定N2O在土壤中的擴散及其擴散過程中的還原強度。
[0003]大量研究表明，過量施肥已造成農田深層土體蓄積大量N2O,這部分蓄積的N2O是否對表層排放有貢獻、其貢獻度多大仍不清楚。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種能夠定量測定N2O氣體在土壤中的擴散與還原強度的方法和裝置，可以定量下層土壤中產生的N2O的去向以及對表層排放的貢獻度。為了以上目的，本發明提供了一種能夠定量測定N2O氣體在土壤中的擴散與還原強度的裝置。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:這種測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，包括如下步驟:
[0006]A、土柱樣品裝填:取混勻后的風干土，裝罐前先測定風干土水分含量，然后按田間土壤容重與培養罐體積折算所需土重，土壤稱重后分層進行裝填，土柱樣裝填的上表面至培養罐上邊緣5cm ；
[0007]B、預培養:將土壤水分調節至孔隙含水量為40%，以激活土壤微生物活性，期間不連接充氣瓶，只是每天下午14:00時定期采氣，測定土壤N2O排放通量；前后兩天測定值在統計學上不存在顯著差異即可結束預培養；
[0008]C、樣品測定:預培養試驗結束后，在兩套裝填的土柱樣品中分別通過充氣系統注A N2O或作為對照試驗的N2氣體，監測充氣后土壤表層的N2O排放通量，定量N2O擴散與還原量；待N2O排放通量恒定后，結束采氣；
[0009]D、N2O殘留量測定:
[0010]D-1、測定充氣瓶和硅膠管中N2O殘留量；
[0011]D-2、測定土壤孔隙中殘留N2O量；
[0012]D_3、計算N2O擴散與還原量。
[0013]所述的測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，步驟B所述預培養的采氣方法是:在培養罐封閉情況下，按照0，10，20，30，40分鐘時利用采氣注射器通過采氣孔采集20ml氣體，作為待測樣測定N2O濃度，采氣時同時記錄溫度計讀數。
[0014]所述的測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，步驟B所述預培養測定隊0濃度方法是:所采氣體于當天用安捷倫6820型氣相色譜儀進行測定；N20排放通量計算:根據不同時段采集氣樣的N2O濃度梯度、培養罐采氣空間體積及采氣時溫度計算N2O排放通量:
[0015]
【權利要求】
1.一種測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，其特征包括如下步驟: A、土柱樣品裝填:取混勻后的風干土，裝罐前先測定風干土水分含量，然后按田間土壤容重與培養罐體積折算所需土重，土壤稱重后分層進行裝填，土柱樣裝填的上表面至培養罐(8)上邊緣5cm ； B、預培養:將土壤水分調節至孔隙含水量為40%，以激活土壤微生物活性，期間不連接充氣瓶，只是每天下午14:00時定期采氣，測定土壤N2O排放通量；前后兩天測定值在統計學上不存在顯著差異即可結束預培養； C、樣品測定:預培養試驗結束后，在兩套裝填的土柱樣品中分別通過充氣系統注入N2O或作為對照試驗的N2氣體，監測充氣后土壤表層的N2O排放通量，定量N2O擴散與還原量；待N2O排放通量恒定后，結束采氣； D、N2O殘留量測定: D-1、測定充氣瓶和硅膠管中N2O殘留量； D-2、測定土壤孔隙中殘留N2O量； D-3、計算N2O擴散與還原量。
2.根據權利要求1所述的測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，其特征包括:步驟B所述預培養的采氣方法是:在培養罐封閉情況下，按照0，10，20，30，40分鐘時利用采氣注射器(I)通過采氣孔 采集20ml氣體，作為待測樣測定N2O濃度，采氣時同時記錄溫度計讀數。
3.根據權利要求1所述的測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，其特征包括:步驟B所述預培養測定N2O濃度方法是:所采氣體于當天用安捷倫6820型氣相色譜儀進行測定；N20排放通量計算:根據不同時段采集氣樣的N2O濃度梯度、培養罐采氣空間體積及采氣時溫度計算N2O排放通量:
F _ dm — dc ' Vp — MPh dc ~ A-dt ~ A-dl ~ RT dl’ 式中，F為氣體排放通量mg ? m_2 ? h' P為氣體密度，R為氣體常數，dm、和dc分別為dt時間內密閉采氣室內氣體質量和濃度的變化，h、A、V分別為采氣室高度、底面積和體積，M為氣體分子量，T為采氣室內絕對溫度，P為采氣室內氣壓，通常為I個大氣壓。
4.根據權利要求1所述的測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，其特征包括:步驟C所述樣品測定具體方法如下: C-1、外接充氣瓶:預培養試驗結束后，連接充氣瓶(12)，連接前，首先將充氣瓶通過三通開關用真空泵抽真空，然后用氮氣洗滌，如此操作3次，最終充入氮氣，然后將充氣瓶(12)通過連接管連接到培養罐上；連接時三通均處于關閉狀態，待連接好后，打開連接培養罐與充氣瓶的三通，使充氣系統處于密閉的連續狀態； C-2、充氣:預培養土柱一式兩份,一份利用注射器向充氣瓶注入已知濃度的N2O氣體，另一份注入等量的純N2氣體作為對照；試驗開始的第一天分別于8:00、10:00、12:00、14:00,16:00,18:00,20:00 時注氣，共注入 7 次氣體；第二天，分別于 8:00、12:00、16:00、20:00時注氣，共注入4次氣體；以后每天于8:00、20:00時注氣，共注入2次氣體，每次注氣量為5ml ;試驗持續至N2O排放通量穩定為止，試驗過程中記錄充入N2O氣體總量，以T_表不;C-3、N2O排放通量監測:每天于下午14:00時采氣、測定N2O濃度、計算其排放通量，具體采氣方法、N2O濃度測定方法和通量計算方法如B步驟所述，待步驟C-3的N2O排放通量恒定后，結束采氣。
5.根據權利要求1所述的測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法，其特征包括:步驟D所述N2O殘留量測定具體方法如下: D-1、測定充氣瓶和硅膠管中N2O殘留量:測定前，首先關閉充氣瓶與硅膠管連接的三通(9)，使充氣瓶和硅膠管斷開，但要保證兩部分仍處于密閉狀態，用50ml注射器通過三通分別從充氣瓶和硅膠管中采集20ml氣體，利用氣相色譜儀測定N2O濃度，根據充氣瓶和硅膠管體積及N2O濃度計算其內N2O含量，分別用Stottle和Stube表示； D-2、測定土壤孔隙中殘留N2O量:用體積為IOOcm3的環刀采集培養罐(8)原狀土柱樣，迅速轉移至500ml可以密閉、蓋上具有采氣孔的振蕩瓶中，轉移過程中動作要迅速、盡量使土壤保持原狀，避免土壤孔隙中的空氣與外界空氣進行交換；土壤轉移至振蕩瓶中后，迅速將瓶密閉,上振蕩機振蕩I小時,用注射器采集20ml瓶內氣體，利用氣相色譜儀分析N2O濃度，振蕩時，同步放3個未加土壤的振蕩瓶振蕩，測定其瓶內N2O濃度，以此作為空白，計算土柱內殘留N2O量；測定土柱中N2O殘留量時，同步利用烘干法測定土壤水分含量；土壤孔隙中N2O殘留量計算方法如式V: S100= (C「C0) X (V-Vsioo-Vwioo)式 II， 式II中:S1QQ為用IOOcm3環刀所采土壤中N2O含量mg，C1為加入土壤的振蕩瓶中N2O濃度mg/L,C2為未加土壤的振蕩瓶中N2O濃度mg/L,V為振蕩瓶體積L, Vsitltl為所采100cm3 土壤中土粒體積L，Vffloo為所采100cm3 土壤中土壤水分所占體積L ；
6.根據權利要求1所述測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法使用的裝置，其特征在于:該裝置由一個設置有充氣系統和采氣系統的圓柱形密閉土壤培養罐(8)構成，設置于培養罐底部的硅膠管(14)與設置于培養罐底部側壁的連接管(11)、充氣瓶(12)形成一個封閉的充氣系統；設置于密閉培養罐上面的注射器(I)與密閉培養罐形成采氣系統。
7.根據權利要求6所述測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法使用的裝置，其特征在于:所述的培養罐(8)上口為盤式水封結構,密封蓋(5)扣在盤式水封槽(6)內。
8.根據權利要求6所述測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法使用的裝置，其特征在于:所述的培養罐密封蓋(5)頂部設置有兩個小孔，一個用于插放溫度計(2)，一個設置三通(3 )與采氣用注射器(I)連接。
9.根據權利要求6所述測定氧化亞氮在土壤中擴散與還原過程的方法使用的裝置，其特征在于:所述的充氣系統是在培養罐底部側壁上設置兩個快速接口( 13)，接口內端與培養罐內底部盤放的硅膠管連接，快速接口外端通過三通(9)、連接管(11)與充氣瓶連接(12)，充氣瓶口另一三通與充氣用注射器(10)連接。
【文檔編號】G01N13/00GK103760068SQ201410017762
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】張玉銘, 胡春勝, 秦樹平, 董文旭 申請人:中國科學院遺傳與發育生物學研究所