監測土壤氮動態的方法
【專利摘要】本發明公開了一種監測土壤氮動態的方法，包括以下步驟：S10、土壤采樣前準備；S20、對土壤進行采樣作業，采集土壤樣本；S30、對采集的土壤樣本進行處理，得到處理后的土壤樣本；S40、測量處理后的土壤樣本的全氮含量；S50、收集步驟S40測量全氮含量后的土壤樣本；S60、利用同位素質譜儀測定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度；S70、根據所述15N豐度得到土壤氮動態。本發明的監測土壤氮動態的方法包括對土壤進行采樣、測量土壤樣本的全氮含量和15N豐度，利用固氮植物的生物固氮作用對15N/14N同化差異的特性，充分利用穩定性同位素15N對氮動態的自然標記特點，監測土壤氮動態。
【專利說明】監測土壤氮動態的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種土壤的物質循環的監測方法，尤其涉及一種監測土壤氮動態的方法。
【背景技術】
[0002]氮循環是生態系統最基本的物質循環之一，對生態系統的結構和功能起著重要的調節作用。作為植物生長和發育所需的大量營養元素之一，氮在土壤中主要來自于土壤有機碎屑，經生物學過程礦化后，供植物吸收，從而完成其生長發育過程；而且氮元素也是植物從土壤中吸收量最大的礦質元素。可見，土壤氮動態深刻影響著植被的群落演替和生物多樣性。近年來，化石燃料的過度開采利用和土地利用方式的改變，引起了全球氣候變化及碳氮循環的改變。隨著人類活動對生態系統影響的加劇，氮循環、碳循環及氣候變化間相互作用與關系對生態系統的發展與演替日益顯現出其重要的決定性作用。
[0003]土壤氮動態是生態系統氮循環的重要組成部分。一方面，大氣中的氮經生物固氮和氮沉降作用進入土壤中。植物通過根系從土壤中吸收氮素，滿足其生長發育的需求。土壤微生物則在短期內可將土壤中的氮還原成氮氣歸還到大氣中，但長期來看，卻能夠促進土壤中的氮以有機質的形式固定到土壤中。另一方面，大氣中的氮還可通過工業轉化為其它化合物，施于土壤中，同樣經由植物和微生物等作用參與土壤氮循環過程。土壤氮動態還在諸多方面影響和調控著其它物質或養分的循環過程，尤其是碳循環，從而深刻影響全球碳循環，間接作用于因碳循環改變而引起的全球氣候變化。至今，氮素在土壤中的轉化和去向已成為科學研究的焦點之一。
【發明內容】
[0004]本發明目的是提供一種監測土壤氮動態的方法。
[0005]本發明解決技術問題采用如下技術方案:一種監測土壤氮動態的方法，包括以下步驟:
[0006]S10、土壤采樣前準備；
[0007]S20、對土壤進行采樣作業，采集土壤樣本；
[0008]S30、對采集的土壤樣本進行處理，得到處理后的土壤樣本；
[0009]S40、測量處理后的土壤樣本的全氮含量；
[0010]S50、收集步驟S40測量全氮含量后的土壤樣本；
[0011]S60、利用同位素質譜儀測定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度；
[0012]S70、根據所述15N豐度得到土壤氮動態。
[0013]可選的，所述步驟SlO具體為:
[0014]S101、選擇采樣土壤:選擇土壤背景值相近，且分別生長著固氮植物群落和非固氮植物群落的土壤作為采樣土壤；
[0015]S103、采樣點確定:依據隨機取樣法在采樣土壤上選取采樣點；[0016]S105、采樣器選擇:采樣器選擇為直徑2cm的土鉆；并根據采樣深度選擇土鉆鉆桿和鉆頭。
[0017]可選的，步驟S20具體為:
[0018]S201、將土鉆垂直壓入土中，直至鉆頭到達或超過采樣深度；
[0019]S203、360°旋轉土鉆，切斷土鉆中的土柱與土體的連接；
[0020]S205、垂直拔出土鉆；
[0021]S207、用修土刀將土鉆中的土柱分層，將不同層的土壤樣本分別裝入自封袋中。
[0022]可選的，所述步驟S30具體為:
[0023]S301、將采集到的土壤樣本置于陰涼通風處風干，并將風干后的土壤樣本磨碎；
[0024]S303、將磨碎后的土壤樣本過Imm篩，將過篩之后的土壤樣本混合均勻；
[0025]S305、稱取5克混合均勻后的土壤樣本，并測定所稱取土壤樣本的含水量；
[0026]S307、將稱取5克土壤樣本后的混合均勻的土壤樣本過0.149mm篩，將過0.149mm篩之后的土壤樣本混合均勻；得到處理后的土壤樣本。
[0027]可選的，所述步驟S40具體為:
[0028]S401、稱取處理后的土壤樣本I克，并對所稱取的I克土壤樣本進行消煮；
[0029]S403、對消煮后的土壤樣本進行蒸餾，并收集氨的餾出液；
[0030]S405、通過對氨的餾出液的滴定，得到處理后的土壤樣本的全氮含量。
[0031]可選的，所述步驟S70具體為:對比固氮植物群落和非固氮植物群落的土壤樣本的全氮含量和15N豐度，得到土壤氮動態。
[0032]可選的，所述步驟S40中測量處理后的土壤樣本的全氮含量的方法為開式法。
[0033]本發明具有如下有益效果:本發明的監測土壤氮動態的方法包括對土壤進行采樣、測量土壤樣本的全氮含量和15N豐度，利用固氮植物的生物固氮作用對15N/14N同化差異的特性，充分利用穩定性同位素15N對氮動態的自然標記特點，監測土壤氮動態。
【具體實施方式】
[0034]下面結合實施例對本發明的技術方案作進一步闡述。
[0035]實施例1
[0036]本實施例提供了一種監測土壤氮動態的方法，包括以下步驟:
[0037]S10、土壤采樣前準備；
[0038]S20、對土壤進行采樣作業，采集土壤樣本；
[0039]S30、對采集的土壤樣本進行處理，得到處理后的土壤樣本；
[0040]S40、測量處理后的土壤樣本的全氮含量；
[0041]S50、收集步驟S40測量全氮含量后的土壤樣本；
[0042]S60、利用同位素質譜儀測定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度；
[0043]S70、根據所述15N豐度得到土壤氮動態。
[0044]本發明的監測土壤氮動態的方法包括對土壤進行采樣、測量土壤樣本的全氮含量和15N豐度，利用固氮植物的生物固氮作用對15N/14N同化差異的特性，充分利用穩定性同位素15N對氮動態的自然標記特點,監測土壤氮動態。
[0045]本實施例中，可選的，所述步驟SlO具體為:[0046]S101、選擇采樣土壤:選擇土壤背景值相近，且分別生長著固氮植物群落和非固氮植物群落的土壤作為采樣土壤；即固氮植物和非固氮植物交替生長，且完成三次循環的土壤；
[0047]S103、采樣點確定:依據隨機取樣法在采樣土壤上選取采樣點；
[0048]S105、采樣器選擇:采樣器選擇為直徑2cm的土鉆；并根據采樣深度選擇土鉆鉆桿和鉆頭，以通過土壤樣本的選擇實現對土壤氮動態的精確監測，提高結果的可信度。
[0049]本實施例中，可選的，步驟S20具體為:
[0050]S201、將土鉆垂直壓入土中，直至鉆頭到達或超過采樣深度；
[0051]S203、360°旋轉土鉆，切斷土鉆中的土柱與土體的連接；
[0052]S205、垂直拔出土鉆；
[0053]S207、用修土刀將土鉆中的土柱分層，將不同層的土壤樣本分別裝入自封袋中，通過對土壤樣本的采集，得到不同層的土壤樣本，從而為后續的土壤中的氮元素含量的測量提供了基礎。
[0054]本實施例中，可選的，所述步驟S30具體為:
[0055]S301、將采集到的土壤樣本置于陰涼通風處風干，并將風干后的土壤樣本磨碎；
[0056]S303、將磨碎后的土壤樣本過1_篩，將過篩之后的土壤樣本混合均勻；
[0057]S305、稱取5克混合均勻后的土壤樣本，并測定所稱取土壤樣本的含水量；
[0058]S307、將稱取5克土壤樣本后的混合均勻的土壤樣本過0.149mm篩,將過0.149mm篩之后的土壤樣本混合均勻；得到處理后的土壤樣本，以通過這些處理步驟后續全氮測量的數據的精確性。
[0059]本實施例中，可選的，所述步驟S40具體為:
[0060]S401、稱取處理后的土壤樣本I克，并對所稱取的I克土壤樣本進行消煮；
[0061]S403、對消煮后的土壤樣本進行蒸餾，并收集氨的餾出液；
[0062]S405、通過對氨的餾出液的滴定，得到處理后的土壤樣本的全氮含量，并保存滴定至終點的餾出液，以測量土壤樣本的全氮含量，且為監測15N的豐度做好準備。
[0063]本實施例中，可選的，將滴定至終點的餾出液濃縮至體積不超過3ml，利用同位素質譜儀測定濃縮液中15N的含量，從而實現對15N豐度的檢測。
[0064]本實施例中，可選的，所述步驟S70具體為:對比固氮植物群落和非固氮植物群落的土壤樣本的全氮含量和15N豐度，得到土壤氮動態。
[0065]本實施例中，可選的，所述步驟S40中測量處理后的土壤樣本的全氮含量的方法為開式法，以方便實現對土壤樣本的全氮含量的檢測。
[0066]本發明的監測土壤氮動態的方法中的固氮植物通過生物固氮作用可將大氣中的氮大量轉化為氨或硝酸鹽后，固定到土壤中。這些固定到土壤中的氮，一方面，直接參與土壤氮循環，如有機質的形成等；另一方面，供植物吸收利用，來滿足其生長發育過程中對氮素的需求，但最終這部分氮又以植物殘體或死亡體的形式歸還于土壤，參與土壤氮循環。由于大氣氮的15N組分顯著低于土壤氮的15N組分。可見，長期來看，固氮植物的生物固氮作用對14N/15N的同化差異會導致大氣中的氮大量地進入土壤中并參與其中的氮循環，從而使土壤氮的15N組分顯著降低，對土壤氮動態起到標記作用。因此，可利用固氮植物對14N/15N的這種同化差異可達到監測土壤氮動態的目的。[0067]本發明具有以下優點和有益效果:
[0068]1、結果精確可靠:由于穩定性同位素15N組分在大氣氮中的含量低于土壤氮，固氮植物主要通過生物固氮作用同化吸收大氣中的氮，從而形成對15n/14n的同化差異。經固氮植物同化的氮進入土壤中，降低了土壤氮的15N組分含量，同時參與土壤氮循環，從而起到對土壤氮動態的精確監測，結果可信度高。
[0069]2、操作明晰簡潔，省工省時:利用土鉆直接采取土壤樣本，分層后于陰涼通風處風干、磨碎和過篩；稱取一定質量的土壤樣本進行消煮，消煮后蒸餾，收集餾出液；滴定餾出液至終點，記錄滴定液用量；將滴定至終點的餾出液濃縮至體積不超過3ml，然后利用同位素質譜儀測定濃縮液中15N含量，計算土壤全氮含量和15N豐度，從而得出土壤氮動態；可見本發明的監測土壤氮動態的方法操作較為簡單，指標測量較少，且節省大量人工和時間。
[0070]以上實施例的先后順序僅為便于描述，不代表實施例的優劣。
[0071]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種監測土壤氮動態的方法，其特征在于，包括以下步驟: S10、土壤采樣前準備； S20、對土壤進行采樣作業，采集土壤樣本； S30、對采集的土壤樣本進行處理，得到處理后的土壤樣本； S40、測量處理后的土壤樣本的全氮含量； S50、收集步驟S40測量全氮含量后的土壤樣本； S60、利用同位素質譜儀測定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度； S70、根據所述15N豐度得到土壤氮動態。
2.根據權利要求1所述的監測土壤氮動態的方法，其特征在于，所述步驟SlO具體為: S101、選擇采樣土壤:選擇土壤背景值相近，且分別生長著固氮植物群落和非固氮植物群落的土壤作為采樣土壤； S103、米樣點確定:依據隨機取樣法在米樣土壤上選取米樣點； S105、采樣器選擇:采樣器選擇為直徑2cm的土鉆；并根據采樣深度選擇土鉆鉆桿和鉆頭。
3.根據權利要求2所述的監測土壤氮動態的方法，其特征在于，步驟S20具體為: S201、將土鉆垂直壓入土中，直至鉆頭到達或超過采樣深度； S203、360°旋轉土鉆，切斷土鉆中的土柱與土體的連接； S205、垂直拔出土鉆； S207、用修土刀將土鉆中的土柱分層，將不同層的土壤樣本分別裝入自封袋中。
4.根據權利要求3所述的監測土壤氮動態的方法，其特征在于，所述步驟S30具體為: S301、將采集到的土壤樣本置于陰涼通風處風干，并將風干后的土壤樣本磨碎； S303、將磨碎后的土壤樣本過Imm篩，將過篩之后的土壤樣本混合均勻； S305、稱取5克混合均勻后的土壤樣本，并測定所稱取土壤樣本的含水量； S307、將稱取5克土壤樣本后的混合均勻的土壤樣本過0.149mm篩,將過0.149mm篩之后的土壤樣本混合均勻；得到處理后的土壤樣本。
5.根據權利要求4所述的監測土壤氮動態的方法，其特征在于，所述步驟S40具體為: S401、稱取處理后的土壤樣本I克，并對所稱取的I克土壤樣本進行消煮； S403、對消煮后的土壤樣本進行蒸餾，并收集氨的餾出液； S405、通過對氨的餾出液的滴定，得到處理后的土壤樣本的全氮含量。
6.根據權利要求1所述的監測土壤氮動態的方法，其特征在于，所述步驟S70具體為:對比固氮植物群落和非固氮植物群落的土壤樣本的全氮含量和15N豐度，得到土壤氮動態。
7.根據權利要求1所述的監測土壤氮動態的方法，其特征在于，所述步驟S40中測量處理后的土壤樣本的全氮含量的方法為開式法。
【文檔編號】G01N1/08GK103940896SQ201410145985
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】張衛建, 宋振偉, 郭嘉, 鄭成巖, 鄧艾興, 黃山 申請人:中國農業科學院作物科學研究所