一種測定土壤氨基酸供應能力的裝置及應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于土壤科學領域，涉及土壤游離氨基酸分離裝置，尤其涉及一種測定土壤氨基酸供應能力的裝置及其應用。
【背景技術】
[0002]土壤中包含多種含氮化合物，如小分子的氨基酸、硝態氮、銨態氮，大分子物質如多肽及蛋白質，且無機氮與有機氮、大分子物質與小分子物質存在著復雜的動態轉化。隨著研宄的深入，越來越多的研宄表明植物具有吸收土壤中有機氮尤其是氨基酸的能力(2013，曹小闖)，土壤有機氮無需轉化為無機氮就可以作為植物生長的重要氮源。然而，之前的研宄主要集中于土壤無機氮的研宄，對土壤有機氮尤其是氨基酸的種類、含量、對植物的生物有效性、影響其生物有效性的生態環境因子等研宄相對缺乏。
[0003]土壤溶液是指含有多種植物生長利用有效成分的土壤水溶液，其與土壤顆粒、植物根系之間相互作用，是影響植物吸收營養物質的重要因素。因此研宄土壤溶液的成分、可溶性有機物質的含量對生態學、環境科學、植物營養學具有重要的意義。在有機氮的研宄中，根據土壤溶液提取方法的不同可以分為溶解性有機氮(DON)和提取態有機氮(Ε0Ν)。EON是指能被水、鹽溶液(1((:1、1(2504、0&(:12等)或者電超濾法提取出來的有機氮，由于震蕩、離心、過濾等過程改變了土壤的原始結構，影響了土壤顆粒與溶液的的交換吸附，難以反映土壤溶液的真實情況。DON指原位土壤溶液或自然淋洗液中的有機氮，多采用真空杯法或者超速離心提取土壤孔隙溶液。DON能夠更好地反映土壤溶液的氮素狀況，但現在所采用的方法對同一土壤只采集測定一次，采集后土壤受到離心作用后質地改變。為更好地表征土壤氨基酸的潛在供應能力，定量評價土壤氨基酸的通量，應在培養條件下多次長時間測定土壤溶液中氨基酸的含量，研宄氨基酸的動態變化，確定不同土壤蛋白質等大分子物質轉化為氨基酸、氨基酸轉變為無機氮的能力。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種測定土壤氨基酸供應能力的裝置，采用該裝置及方法可以長時間的培養土壤，且可以在盡可能減少擾動土壤的前提下，多次測定土壤溶液中氨基酸的含量，根據氨基酸的變化規律評價土壤氨基酸的供應能力。
[0005]本發明測定土壤氨基酸供應能力的裝置，包括閥門、第一漏斗、土壤樣品管、進氣管、托盤、第二漏斗、空氣過濾器、圓底燒瓶、真空泵、支撐架、固定圈，第一漏斗倒扣于土壤樣品管上部，土壤樣品管下部連接第二漏斗，托盤固定于土壤樣品管底部，托盤上連接多根進氣管，托盤除與進氣管連接處通氣外，其他位置均密封，第二漏斗連接一空氣過濾器，空氣過濾器下部連接一圓底燒瓶，圓底燒瓶左上部連接真空泵，支撐架通過固定圈固定土壤樣品管。
[0006]托盤除與進氣管連接處通氣外，其他位置均密封，進氣管材質為聚乙烯，管壁及上部密集分布著0.1mm的微孔，在外側管壁及上部包裹一層醋酸纖維濾膜，孔徑為0.45微米，空氣過濾器內置兩層孔徑為0.22微米的醋酸纖維濾膜。
[0007]本發明的另一個目的是提供所述的裝置在測定土壤游離氨基酸通量中的應用，通過以下步驟實現:
(1)確定待測定樣品的最大持水量，具體步驟如下:在環刀取土器底端放大小合適濾紙2張，用紗布包好后用橡皮筋扎好，將采集后過2-4mm篩的土壤加入到環刀取土器中，稍稍壓實，將裝滿土壤的環刀取土器放在玻璃皿中，玻璃皿中事先放2?3層濾紙，用滴管不斷地滴加水于濾紙上，使濾紙經常保持濕潤狀態，至水份沿毛管上升而全部充滿達到恒重為止，取出環刀取土器，去掉濾紙，取出一部分土壤放入已知重量的鋁盒內稱重，放入105°C?110°C烘箱中，烘至恒重，取出稱重，計算得到某一土壤樣品的最大持水量，因后續測定氨基酸通量的需要，該方法測定的最大持水量與田間持水量存在較大的差異；
(2)取下閥門、第一漏斗、土壤樣品管、進氣管、托盤、第二漏斗稱重，先在托盤上連接進氣管，再將托盤固定于土壤樣品管底部，稱取土壤樣品，裝入土壤樣品管中至4/5高度，緩慢的向土壤中加入純凈水至上述計算的最大持水量，將第二漏斗、第一漏斗與土壤樣品管連接，第二漏斗底部連接空氣過濾器，空氣過濾器下連接一圓底燒瓶，在連接前在圓底燒瓶中添加0.1-1ml 10mM的氨芐青霉素溶液，以防止采集到圓底燒瓶的土壤溶液中有機物質尤其是氨基酸被微生物分解；
(3)關閉閥門，將該裝置放置于室溫恒定25°C的黑暗環境下，將土壤在最大持水量條件下恒溫培養24h，關閉閥門，可以防止土壤中水分蒸發，而第一漏斗中貯存的氧氣足夠土壤在24h內的呼吸作用；
(4)培養24h后，打開閥門，打開真空泵，將土壤溶液抽濾到圓底燒瓶中，采集完成后，迅速將圓底燒瓶中液體放置于4°C冰箱中，測定提取的溶液體積，記為Al，盡快檢測溶液中氨基酸濃度，濃度記為Cl，氨基酸含量采用茚三酮比色法測定；
(5)培養10-20天，每天重復步驟2-4，測定提取土壤溶液體積，分別記為A2，A3、、、A10-A20，氨基酸濃度分別記為C2，C3、、、C10-C20，待土壤溶液中氨基酸的含量(濃度*體積)趨于穩定，以此段時間氨基酸的總提取量來測定土壤氨基酸的供應能力，計算公式為:土壤氨基酸的供應能力=第一次培養后提取的土壤溶液的量Al*溶液氨基酸濃度Cl+第二次培養后提取的土壤溶液的量A2*溶液氨基酸濃度C2+、、、+第10-20次培養后提取的土壤溶液的量A10-20*溶液氨基酸濃度C10-20。
[0008]本發明操作簡便，通氣管的設置可以使上下層土壤受力均勻，減少提取土壤溶液后對土壤樣品理化性狀的改變，采用0.45微米濾膜過濾后可以提取小分子有機氮，尤其是氨基酸，而將大分子物質如蛋白質、多肽等物質留存在土壤中，通過長時間持續測定土壤溶液中氨基酸的含量，就可以綜合評價土壤氨基酸的潛在通量，對研宄及科學評價自然土壤中氨基酸的生物有效性提供理論基礎。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明裝置結構示意圖。
[0010]圖2是蕭山土壤培養后氨基酸濃度。
[0011]圖3是仙居土壤培養后氨基酸濃度。
【具體實施方式】
[0012]本發明結合附圖和實施例作進一步的說明。
[0013]實施例一
參見圖1，本發明提供的一種測定土壤氨基酸供應能力的裝置，包括閥門1、第一漏斗2、土壤樣品管3、進氣管4、托盤5、第二漏斗6、空氣過濾器7、圓底燒瓶8、真空泵9、支撐架10、固定圈11，第一漏斗I倒扣于土壤樣品管3上部，土壤樣品管3下部連接第二漏斗6，托盤5固定于土壤樣品管3底部，托盤5上連接多根進氣管4，托盤5除與進氣管4連接處通氣外，其他位置均密封，第二漏斗6連接空氣過濾器7，空氣過濾器7下部連接一圓底燒瓶8，圓底燒瓶8左上部連接真空泵9，支撐架10通過固定圈11固定土壤樣品管3。
[0014]進氣管4材質為聚乙烯，管壁及上部密集分布著0.1mm的微孔，在外側管壁及上部包裹一層醋酸纖維濾膜，孔徑為0.45微米。空氣過濾器7內置兩層孔徑為0.22微米的醋酸纖維濾膜。
[0015]實施例二
1.采集位于蕭山近海沖積平原的具有悠久水稻種植歷史的粉砂壤土，稍微晾干后(不同于風干，含水量大于風干土)過4mm篩，在環刀取土器底端放大小合適濾紙2張，用紗布包好后用橡皮筋扎好，將過4mm篩的土壤加入到環刀取土器中，稍稍壓實，將裝滿土壤的環刀取土器放在玻璃皿中，玻璃皿中事先放2?3層濾紙，用滴管不斷地滴加水于濾紙上，使濾紙經常保持濕潤狀態，至水份沿毛管上升而全部充滿達到恒重為止，取出環刀取土器，去掉濾紙，取出一部分土壤放入已知重量的鋁盒內稱重，放入105°C?110°C烘箱中，烘干24h，烘至恒重，取出稱重，計算得最大持水量為25.3% ；
2.取下閥門1、第一漏斗2、土壤樣品管3、進氣管4、托盤5、第二漏斗6稱重，共
2.35kg，先在托盤5上連接進氣管4，再將托盤5固定于土壤樣品管3底部，托盤5除與進氣管4連接處通氣外，其他位置均密封，稱取500g過4mm篩的土壤樣品，將土壤樣品裝到土壤樣品管3的4/5高度位置，土壤原始含水量為10.5%，則需緩慢的向土壤中加入74ml純凈水至上述最大持水量，將第二漏斗6、第一漏斗2與土壤樣品管3連接，第二漏斗6底部連接空氣過濾器7，空氣過濾器7下連接一圓底燒瓶8，在連接前在圓底燒瓶8中添加0.5ml 10mM的氨芐青霉素溶液，以防止采集到圓底燒瓶8的土壤溶液中有機物質尤其是氨基酸被微生物分解；
3.關閉閥門1，將該裝置放置于室溫恒定25°C的黑暗環境下，將土壤在最大持水量條件下恒溫培養24h，防止土壤中水分蒸發，而第一漏斗2中貯存的氧氣足夠土壤在24h內