一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置及用其測(cè)定土壤呼吸速率的方法
【專利摘要】一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置及用其測(cè)定土壤呼吸速率的方法，它涉及一種測(cè)定土壤呼吸速率的裝置及用其測(cè)定土壤呼吸速率的方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有測(cè)定土壤呼吸速率的裝置操作費(fèi)時(shí)及用傳統(tǒng)裝置測(cè)定土壤呼吸速率的標(biāo)準(zhǔn)誤差大的問題。本發(fā)明的裝置是由培養(yǎng)裝置和吸收裝置組成，所述的培養(yǎng)裝置由培養(yǎng)瓶和膠塞組成，吸收裝置由吸收瓶和膠塞組成，培養(yǎng)瓶與吸收瓶通過內(nèi)磨口支管和外磨口支管連接，外磨口支管插入內(nèi)磨口支管中形成密閉連接。使用方法：一、溶液配制；二、準(zhǔn)備裝置；三、培養(yǎng)；四、土壤呼吸速率測(cè)定；五、再培養(yǎng)；六、土壤呼吸速率再測(cè)定：循環(huán)步驟五和步驟六至17～56次，完成測(cè)定。本發(fā)明用于實(shí)驗(yàn)室分析領(lǐng)域。
【專利說明】一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置及用其測(cè)定土壤呼吸速率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)定土壤呼吸速率的裝置及用其測(cè)定土壤呼吸速率的方法，屬于實(shí)驗(yàn)室分析領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人類活動(dòng)(化石燃料燃燒和土地利用變化)引發(fā)一系列全球變化。目前，大氣CO2濃度升高產(chǎn)生的溫室氣體導(dǎo)致全球變暖，引發(fā)南北極冰雪融化、海平面上升，將帶來一系列環(huán)境問題。土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)的最大碳庫，其微小的變化會(huì)強(qiáng)烈影響大氣CO2濃度的變化，因此對(duì)于土壤釋放氣體速率的研究不斷引起人們的關(guān)注，其研究方法和手段不斷深入，從而更加明確土壤呼吸對(duì)于溫室氣體的影響。土壤呼吸作為土壤碳庫周轉(zhuǎn)的重要過程，是決定土壤為碳源或碳匯的重要環(huán)節(jié)，增加土壤有機(jī)碳固定，可作為有效的大氣CO2減排的廉價(jià)途徑。因此土壤呼吸是研究碳循環(huán)和溫室氣體變化不可忽視的研究領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有傳統(tǒng)測(cè)定土壤呼吸速率的方法是培養(yǎng)裝置與吸收裝置于一體，在滴定的過程中，不但培養(yǎng)裝置無法繼續(xù)培養(yǎng)，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，而且吸收裝置中的堿液很難徹底吸出進(jìn)行滴定，從而造成測(cè)定誤差較大、精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有測(cè)定土壤呼吸速率的裝置操作費(fèi)時(shí)及用傳統(tǒng)裝置測(cè)定土壤呼吸速率的標(biāo)準(zhǔn)誤差大的問題，而提供一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置及用其測(cè)定土壤呼吸速率的方法。
[0005]本發(fā)明測(cè)定土壤呼吸速率的裝置是由培養(yǎng)裝置和吸收裝置組成；
[0006]所述的培養(yǎng)裝置由培養(yǎng)瓶和膠塞組成；所述的培養(yǎng)瓶的瓶壁上有一個(gè)內(nèi)磨口支管；所述的膠塞密封于培養(yǎng)瓶的瓶口 ；
[0007]所述的吸收裝置由吸收瓶和膠塞組成；所述的吸收瓶的瓶壁上有一個(gè)外磨口支管；所述的膠塞密封于吸收瓶的瓶口 ；所述的外磨口支管插入內(nèi)磨口支管中形成密閉連接。
[0008]本發(fā)明用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，按下述步驟實(shí)現(xiàn):
[0009]—、溶液配制:配制濃度為0.5mol/L?lmol/L的氫氧化鈉溶液,濃度為1.5mol/L?2mol/L的氯化鋇，質(zhì)量濃度為1%的酚酞指示劑，濃度為0.25mol/L?0.5mol/L的鹽酸溶液，濃度為0.125mol/L?0.25mol/L的硼砂標(biāo)準(zhǔn)溶液；
[0010]二、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置:
[0011]①、準(zhǔn)備培養(yǎng)裝置和對(duì)照組裝置:稱取土壤20g?30g并放入到培養(yǎng)瓶(I)中，使土壤均勻覆蓋培養(yǎng)瓶(I)的瓶底，然后調(diào)節(jié)土壤的相對(duì)持水量為田間持水量的40%?60%，蓋上膠塞(5)，作為培養(yǎng)裝置；裝置中的堿液進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算出在步驟五所述的培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)的土壤呼吸速率；
[0034]返回再次執(zhí)行步驟五和步驟六，直至循環(huán)執(zhí)行步驟五和步驟六達(dá)到17~56次為止。本發(fā)明的工作原理及創(chuàng)新點(diǎn):土壤呼吸主要是由土壤微生物呼吸組成。土壤中的微生物經(jīng)過一段時(shí)間的培養(yǎng)，其數(shù)量和活性發(fā)生變化，從而使土壤排放的CO2發(fā)生變化。土壤呼吸產(chǎn)生的CO2通過支管擴(kuò)散到吸收瓶中，被吸收瓶中的氫氧化鈉堿液吸收，氫氧化鈉能夠吸收微生物呼吸釋放的CO2產(chǎn)生碳酸鈉溶液，微生物培養(yǎng)和吸收CO2 —定時(shí)間后，內(nèi)磨口支管和外磨口接收支管分開后，呼吸裝置進(jìn)行滴定測(cè)定，氯化鋇與碳酸根進(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀，未與CO2反應(yīng)的氫氧化鈉溶液由鹽酸溶液滴定至終點(diǎn)。
[0035]本發(fā)明培養(yǎng)裝置中土壤呼吸過程產(chǎn)生的氣體，通過相互連接的玻璃支管進(jìn)入吸收瓶中并被吸收瓶中的液體吸收，進(jìn)而進(jìn)行土壤呼吸速率的測(cè)定；培養(yǎng)結(jié)束將吸收裝置和培養(yǎng)裝置分離后，立即為培養(yǎng)裝置配制新準(zhǔn)備的吸收裝置，繼續(xù)培養(yǎng)，而傳統(tǒng)裝置培養(yǎng)裝置和吸收裝置不可分，這樣在滴定的過程不可以繼續(xù)培養(yǎng)，可見，此發(fā)明能夠節(jié)省時(shí)間，加快試驗(yàn)進(jìn)度。滴定未與CO2反應(yīng)的氫氧化鈉時(shí)，傳統(tǒng)裝置需要將液體移到其它裝置中，而此發(fā)明可以直接在吸收裝置中進(jìn)行滴定，從而減少了液體移動(dòng)的誤差，使試驗(yàn)結(jié)果更精確，更可
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[0036]本發(fā)明的有益效果:
[0037]1、本發(fā)明采用培養(yǎng)裝置和吸收裝置通過磨口相連接的方法對(duì)土壤呼吸速率進(jìn)行測(cè)定，使得滴定步驟可單獨(dú)在吸收裝置中進(jìn)行，不影響繼續(xù)培養(yǎng)進(jìn)度。
[0038]由于滴定過程中需要搖晃，吸收裝置需與培養(yǎng)裝置分離，利用內(nèi)磨口支管與外磨口支管，可以完成吸收裝置與培養(yǎng)裝置的分離與組合，使測(cè)定的土壤呼吸速率數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，精度提高15%以上。
`[0039]2、本發(fā)明采用培養(yǎng)裝置和吸收裝置通過磨口相連接的方法對(duì)土壤呼吸速率進(jìn)行測(cè)定，使操作步驟簡單，可行性強(qiáng)，工作效率可提高1.5倍。
[0040]3、采用本發(fā)明方法對(duì)土壤呼吸速率進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差明顯小于傳統(tǒng)方法，由此可以看出應(yīng)用本發(fā)明可以顯著提高了測(cè)定土壤呼吸速率的準(zhǔn)確度。故本發(fā)明對(duì)土壤碳循環(huán)在實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的深入研究很有幫助，具有很好的推廣前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置示意圖；1為培養(yǎng)瓶，2為吸收瓶，3為內(nèi)磨口支管，4為外磨口支管，5為膠塞，6為膠塞；
[0042]圖2為一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置中的培養(yǎng)裝置示意圖；1為培養(yǎng)瓶，3為內(nèi)磨口支管，5為膠塞；
[0043]圖3為一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置中的吸收裝置示意圖；2為吸收瓶，4為外磨口支管，5為膠塞。
【具體實(shí)施方式】
[0044]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式中一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置是由培養(yǎng)裝置和吸收裝置組成；
[0045]所述的培養(yǎng)裝置由培養(yǎng)瓶(I)和膠塞(5)組成；所述的培養(yǎng)瓶(I)的瓶壁上有一個(gè)內(nèi)磨口支管(3);所述的膠塞(5)密封于培養(yǎng)瓶(I)的瓶口 ；
[0046]所述的吸收裝置由吸收瓶(2)和膠塞(6)組成；所述的吸收瓶(2)的瓶壁上有一個(gè)外磨口支管(4);所述的膠塞(6)密封于吸收瓶(2)的瓶口 ；所述的外磨口支管(4)插入內(nèi)磨口支管(3)中形成密閉連接。
[0047]本實(shí)施方式的工作原理:土壤呼吸主要是由土壤微生物呼吸組成。土壤中的微生物經(jīng)過一段時(shí)間的培養(yǎng)，其數(shù)量和活性發(fā)生變化，從而使土壤排放的CO2發(fā)生變化。土壤呼吸產(chǎn)生的CO2通過支管擴(kuò)散到吸收瓶中，被吸收瓶中的氫氧化鈉堿液吸收，氫氧化鈉能夠吸收微生物呼吸釋放的CO2產(chǎn)生碳酸鈉溶液，微生物培養(yǎng)和吸收CO2 —定時(shí)間后，內(nèi)磨口支管和外磨口接收支管分開后，呼吸裝置進(jìn)行滴定測(cè)定，氯化鋇與碳酸根進(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀，未與CO2反應(yīng)的氫氧化鈉溶液由鹽酸溶液滴定至終點(diǎn)。
[0048]培養(yǎng)結(jié)束將吸收裝置和培養(yǎng)裝置分離后，立即為培養(yǎng)裝置配制新準(zhǔn)備的吸收裝置，繼續(xù)培養(yǎng)，而傳統(tǒng)裝置培養(yǎng)裝置和吸收裝置不可分，這樣在滴定的過程不可以繼續(xù)培養(yǎng)，可見，此發(fā)明能夠節(jié)省時(shí)間，加快試驗(yàn)進(jìn)度。滴定未與CO2反應(yīng)的氫氧化鈉時(shí)，傳統(tǒng)裝置需要將液體移到其它裝置中，而此發(fā)明可以直接在吸收裝置中進(jìn)行滴定，從而減少了液體移動(dòng)的誤差，使試驗(yàn)結(jié)果更精確，更可靠。
[0049]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同之處在于，所述培養(yǎng)瓶與吸收瓶均由玻璃材料制成。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0050]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式中用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，是按下述步驟實(shí)現(xiàn):按下述步驟實(shí)現(xiàn):
[0051]—、溶液配制:配制濃度為0.5mol/L?lmol/L的氫氧化鈉溶液,濃度為1.5mol/L?2mol/L的氯化鋇，質(zhì)量濃度為1%的酚酞指示劑，濃度為0.25mol/L?0.5mol/L的鹽酸溶液，濃度為0.125mol/L?0.25mol/L的硼砂標(biāo)準(zhǔn)溶液；
[0052]二、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置:
[0053]①、準(zhǔn)備培養(yǎng)裝置和對(duì)照組裝置:稱取土壤20g?30g并放入到培養(yǎng)瓶(I)中，使土壤均勻覆蓋培養(yǎng)瓶(I)的瓶底，然后調(diào)節(jié)土壤的相對(duì)持水量為田間持水量的40%?60%，蓋上膠塞(5)，作為培養(yǎng)裝置；
[0054]同時(shí)，準(zhǔn)備對(duì)照組裝置:對(duì)照組裝置為培養(yǎng)瓶(I)內(nèi)不放置土壤，蓋上膠塞(5)；
[0055]②、準(zhǔn)備吸收裝置:吸取步驟一中得到的氫氧化鈉溶液IOmL?15mL，并將其加入到吸收瓶(2)中，蓋上膠塞(6)；
[0056]③、連接:將步驟①的培養(yǎng)裝置與步驟②的吸收裝置通過內(nèi)磨口支管(4)和外磨口支管(3)連接，完成土壤組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置的連接；
[0057]將步驟①的對(duì)照組裝置與步驟②的吸收裝置通過內(nèi)磨口支管(4)和外磨口支管
(3)連接，完成對(duì)照組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置的連接；
[0058]三、培養(yǎng):將步驟二中的土壤組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置和對(duì)照組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置在溫度為8°C?28°C的條件下培養(yǎng)Id?2d，然后將土壤組和對(duì)照組的培養(yǎng)裝置分別與其吸收裝置分離；
[0059]四、土壤呼吸速率的測(cè)定:
[0060]①、鹽酸溶液的標(biāo)定:利用步驟一中制備的濃度為0.5mol/L?lmol/L的硼砂標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)步驟一中配制的濃度為0.25mol/L?0.5mol/L的鹽酸溶液進(jìn)行標(biāo)定，經(jīng)過計(jì)算，得
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置，其特征在于實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置是由培養(yǎng)裝置和吸收裝置組成； 所述的培養(yǎng)裝置由培養(yǎng)瓶(I)和膠塞(5)組成；所述的培養(yǎng)瓶(I)的瓶壁上有一個(gè)內(nèi)磨口支管(3);所述的膠塞(5)密封于培養(yǎng)瓶(I)的瓶口 ； 所述的吸收裝置由吸收瓶(2 )和膠塞(6 )組成；所述的吸收瓶(2 )的瓶壁上有一個(gè)外磨口支管(4);所述的膠塞(6)密封于吸收瓶(2)的瓶口 ；所述的外磨口支管(4)插入內(nèi)磨口支管(3)中形成密閉連接。
2.用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，其特征在于該方法按下述步驟實(shí)現(xiàn): 一、溶液配制:配制濃度為0.5mol/L~lmol/L的氫氧化鈉溶液,濃度為1.5mol/L~2mol/L的氯化鋇，質(zhì)量濃度為1%的酚酞指示劑，濃度為0.25mol/L~0.5mol/L的鹽酸溶液，濃度為0.125mol/L~0.25mol/L的硼砂標(biāo)準(zhǔn)溶液； 二、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置: ①、準(zhǔn)備培養(yǎng)裝置和對(duì)照組裝置:稱取土壤20g~30g并放入到培養(yǎng)瓶(I)中，使土壤均勻覆蓋培養(yǎng)瓶(I)的瓶底，然后調(diào)節(jié)土壤的相對(duì)持水量為田間持水量的40%~60%，蓋上膠塞(5)，作為培養(yǎng)裝置； 同時(shí)，準(zhǔn)備對(duì)照組裝置:對(duì)照組裝置為培養(yǎng)瓶(I)內(nèi)不放置土壤，蓋上膠塞(5)； ②、準(zhǔn)備吸收裝置:吸取步驟一中得到的氫氧化鈉溶液IOmL~15mL，并將其加入到吸收瓶(2)中，蓋上膠塞(6)； ③、連接:將步驟①的培養(yǎng)裝置與步驟②的吸收裝置通過內(nèi)磨口支管(4)和外磨口支管(3)連接，完成土壤組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置的連接； 將步驟①的對(duì)照組裝置與步驟②的吸收裝置通過內(nèi)磨口支管(4)和外磨口支管(3)連接，完成對(duì)照組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置的連接； 三、培養(yǎng):將步驟二中的土壤組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置和對(duì)照組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置在溫度為8°C~28°C的條件下培養(yǎng)Id~2d，然后將土壤組和對(duì)照組的培養(yǎng)裝置分別與其吸收裝置分離； 四、土壤呼吸速率的測(cè)定: ①、鹽酸溶液的標(biāo)定:利用步驟一中制備的濃度為0.5mol/L~lmol/L的硼砂標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)步驟一中配制的濃度為0.25mol/L~0.5mol/L的鹽酸溶液進(jìn)行標(biāo)定，經(jīng)過計(jì)算，得到標(biāo)定后的鹽酸溶液的濃度C _&lg)； ②、分別向步驟三中所述的分離后的土壤組和對(duì)照組的吸收裝置中加入步驟一中配制的濃度為1.5mol/L~2mol/L的氯化鋇溶液5ml，質(zhì)量濃度為1%的酚酞指示劑2滴，得到紅色沉淀，然后利用步驟①標(biāo)定后濃度為的鹽酸溶液將紅色沉淀滴定至白色沉淀為止，分別記錄土壤組的吸收裝置中的堿液所消耗的鹽酸溶液的體積V1和對(duì)照組的吸收裝置中的堿液所消耗的鹽酸溶液的體積V2 ； ③、土壤呼吸速率的計(jì)算: 在步驟三所述的培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)土壤呼吸速率的公式如下:
P (C02)= (V2-V1) XC (標(biāo)定-鹽酸)X0.022X (22.4X1000/44) X2X1000/m/t P (C02):為土壤呼吸速率，單位HlL kg—1 Cf1 ;.0.022:二氧化碳的摩爾質(zhì)量，單位g/mmol ； .22.4 X 1000/44:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每克CO2的毫升數(shù)，單位mL ； m:為步驟二①中所述的土壤質(zhì)量，單位g ； t:步驟三中所述的培養(yǎng)時(shí)間，單位d ； C (標(biāo)定_aig):為步驟四①中所述的標(biāo)定后的鹽酸溶液的濃度，單位mol/L ； V1:為步驟四②中所述的土壤組的吸收裝置中的堿液所消耗的鹽酸溶液的體積，單位 mL ； V2:為步驟四②中所述的對(duì)照組的吸收裝置中的堿液所消耗的鹽酸溶液的體積，單位 mL ； 五、再培養(yǎng):將步驟三所述的分離后的土壤組和對(duì)照組的培養(yǎng)裝置分別與新準(zhǔn)備的吸收裝置連接，將新連接完成的土壤組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置和對(duì)照組測(cè)定土壤呼吸速率的裝置在溫度為8V~28°C的條件下培養(yǎng)Id~2d后，然后再將土壤組和對(duì)照組的培養(yǎng)裝置與其吸收裝置分離； 其中，對(duì)于所述的新準(zhǔn)備的吸收裝置，吸取步驟一中得到的氫氧化鈉溶液IOmL~.15mL，并將其加入到吸收瓶(2)中，蓋上膠塞(6)； 六、土壤呼吸速率的再測(cè) 定:對(duì)步驟五中所述的分離后的土壤組和對(duì)照組的吸收裝置中的堿液進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算出在步驟五所述的培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)的土壤呼吸速率； 返回再次執(zhí)行步驟五和步驟六，直至循環(huán)執(zhí)行步驟五和步驟六達(dá)到17~56次為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，其特征在于步驟一中所述的氫氧化鈉溶液的濃度為lmol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，其特征在于步驟二①中所述的均勻覆蓋培養(yǎng)瓶的底部的土壤的厚度為IOmm~.30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，其特征在于步驟二①中所述的均勻覆蓋培養(yǎng)瓶的底部的土壤的厚度為IOmm~.20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，其特征在于步驟二①中所述的均勻覆蓋培養(yǎng)瓶的底部的土壤的厚度為20_~.30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用一種實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤呼吸速率的裝置測(cè)定土壤呼吸速率的方法，其特征在于步驟三中所述的土壤的培養(yǎng)條件為在溫度20°C的條件下培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間為1d。
【文檔編號(hào)】G01N31/16GK103776954SQ201410039599
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】尤孟陽, 李祿軍, 韓曉增 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所