監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法，包括以下步驟：S10、土壤采樣前準(zhǔn)備；S20、對(duì)土壤進(jìn)行采樣作業(yè)，采集土壤樣本；S30、對(duì)采集的土壤樣本進(jìn)行處理，得到處理后的土壤樣本；S40、測(cè)量處理后的土壤樣本的全氮含量；S50、收集步驟S40測(cè)量全氮含量后的土壤樣本；S60、利用同位素質(zhì)譜儀測(cè)定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度；S70、根據(jù)所述15N豐度得到土壤氮?jiǎng)討B(tài)。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法包括對(duì)土壤進(jìn)行采樣、測(cè)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(duì)15N/14N同化差異的特性，充分利用穩(wěn)定性同位素15N對(duì)氮?jiǎng)討B(tài)的自然標(biāo)記特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)。
【專利說(shuō)明】監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土壤的物質(zhì)循環(huán)的監(jiān)測(cè)方法，尤其涉及一種監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)最基本的物質(zhì)循環(huán)之一，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能起著重要的調(diào)節(jié)作用。作為植物生長(zhǎng)和發(fā)育所需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，氮在土壤中主要來(lái)自于土壤有機(jī)碎屑，經(jīng)生物學(xué)過(guò)程礦化后，供植物吸收，從而完成其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程；而且氮元素也是植物從土壤中吸收量最大的礦質(zhì)元素?？梢?jiàn)，土壤氮?jiǎng)討B(tài)深刻影響著植被的群落演替和生物多樣性。近年來(lái)，化石燃料的過(guò)度開(kāi)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(huán)的改變。隨著人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的加劇，氮循環(huán)、碳循環(huán)及氣候變化間相互作用與關(guān)系對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展與演替日益顯現(xiàn)出其重要的決定性作用。
[0003]土壤氮?jiǎng)討B(tài)是生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的重要組成部分。一方面，大氣中的氮經(jīng)生物固氮和氮沉降作用進(jìn)入土壤中。植物通過(guò)根系從土壤中吸收氮素，滿足其生長(zhǎng)發(fā)育的需求。土壤微生物則在短期內(nèi)可將土壤中的氮還原成氮?dú)鈿w還到大氣中，但長(zhǎng)期來(lái)看，卻能夠促進(jìn)土壤中的氮以有機(jī)質(zhì)的形式固定到土壤中。另一方面，大氣中的氮還可通過(guò)工業(yè)轉(zhuǎn)化為其它化合物，施于土壤中，同樣經(jīng)由植物和微生物等作用參與土壤氮循環(huán)過(guò)程。土壤氮?jiǎng)討B(tài)還在諸多方面影響和調(diào)控著其它物質(zhì)或養(yǎng)分的循環(huán)過(guò)程，尤其是碳循環(huán)，從而深刻影響全球碳循環(huán)，間接作用于因碳循環(huán)改變而引起的全球氣候變化。至今，氮素在土壤中的轉(zhuǎn)化和去向已成為科學(xué)研究的焦點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:一種監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法，包括以下步驟:
[0006]S10、土壤采樣前準(zhǔn)備；
[0007]S20、對(duì)土壤進(jìn)行采樣作業(yè)，采集土壤樣本；
[0008]S30、對(duì)采集的土壤樣本進(jìn)行處理，得到處理后的土壤樣本；
[0009]S40、測(cè)量處理后的土壤樣本的全氮含量；
[0010]S50、收集步驟S40測(cè)量全氮含量后的土壤樣本；
[0011]S60、利用同位素質(zhì)譜儀測(cè)定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度；
[0012]S70、根據(jù)所述15N豐度得到土壤氮?jiǎng)討B(tài)。
[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(zhǎng)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(diǎn)確定:依據(jù)隨機(jī)取樣法在采樣土壤上選取采樣點(diǎn)；[0016]S105、采樣器選擇:采樣器選擇為直徑2cm的土鉆；并根據(jù)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(dá)或超過(guò)采樣深度；
[0019]S203、360°旋轉(zhuǎn)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(fēng)處風(fēng)干，并將風(fēng)干后的土壤樣本磨碎；
[0024]S303、將磨碎后的土壤樣本過(guò)Imm篩，將過(guò)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(cè)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(guò)0.149mm篩，將過(guò)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(duì)所稱取的I克土壤樣本進(jìn)行消煮；
[0029]S403、對(duì)消煮后的土壤樣本進(jìn)行蒸餾，并收集氨的餾出液；
[0030]S405、通過(guò)對(duì)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(duì)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?jiǎng)討B(tài)。
[0032]可選的，所述步驟S40中測(cè)量處理后的土壤樣本的全氮含量的方法為開(kāi)式法。
[0033]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法包括對(duì)土壤進(jìn)行采樣、測(cè)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(duì)15N/14N同化差異的特性，充分利用穩(wěn)定性同位素15N對(duì)氮?jiǎng)討B(tài)的自然標(biāo)記特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。
[0035]實(shí)施例1
[0036]本實(shí)施例提供了一種監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法，包括以下步驟:
[0037]S10、土壤采樣前準(zhǔn)備；
[0038]S20、對(duì)土壤進(jìn)行采樣作業(yè)，采集土壤樣本；
[0039]S30、對(duì)采集的土壤樣本進(jìn)行處理，得到處理后的土壤樣本；
[0040]S40、測(cè)量處理后的土壤樣本的全氮含量；
[0041]S50、收集步驟S40測(cè)量全氮含量后的土壤樣本；
[0042]S60、利用同位素質(zhì)譜儀測(cè)定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度；
[0043]S70、根據(jù)所述15N豐度得到土壤氮?jiǎng)討B(tài)。
[0044]本發(fā)明的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法包括對(duì)土壤進(jìn)行采樣、測(cè)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(duì)15N/14N同化差異的特性，充分利用穩(wěn)定性同位素15N對(duì)氮?jiǎng)討B(tài)的自然標(biāo)記特點(diǎn),監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)。
[0045]本實(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)，且完成三次循環(huán)的土壤；
[0047]S103、采樣點(diǎn)確定:依據(jù)隨機(jī)取樣法在采樣土壤上選取采樣點(diǎn)；
[0048]S105、采樣器選擇:采樣器選擇為直徑2cm的土鉆；并根據(jù)采樣深度選擇土鉆鉆桿和鉆頭，以通過(guò)土壤樣本的選擇實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的精確監(jiān)測(cè)，提高結(jié)果的可信度。
[0049]本實(shí)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(dá)或超過(guò)采樣深度；
[0051]S203、360°旋轉(zhuǎn)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(guò)對(duì)土壤樣本的采集，得到不同層的土壤樣本，從而為后續(xù)的土壤中的氮元素含量的測(cè)量提供了基礎(chǔ)。
[0054]本實(shí)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(fēng)處風(fēng)干，并將風(fēng)干后的土壤樣本磨碎；
[0056]S303、將磨碎后的土壤樣本過(guò)1_篩，將過(guò)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(cè)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(guò)0.149mm篩,將過(guò)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(guò)這些處理步驟后續(xù)全氮測(cè)量的數(shù)據(jù)的精確性。
[0059]本實(shí)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(duì)所稱取的I克土壤樣本進(jìn)行消煮；
[0061]S403、對(duì)消煮后的土壤樣本進(jìn)行蒸餾，并收集氨的餾出液；
[0062]S405、通過(guò)對(duì)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(diǎn)的餾出液，以測(cè)量土壤樣本的全氮含量，且為監(jiān)測(cè)15N的豐度做好準(zhǔn)備。
[0063]本實(shí)施例中，可選的，將滴定至終點(diǎn)的餾出液濃縮至體積不超過(guò)3ml，利用同位素質(zhì)譜儀測(cè)定濃縮液中15N的含量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)15N豐度的檢測(cè)。
[0064]本實(shí)施例中，可選的，所述步驟S70具體為:對(duì)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?jiǎng)討B(tài)。
[0065]本實(shí)施例中，可選的，所述步驟S40中測(cè)量處理后的土壤樣本的全氮含量的方法為開(kāi)式法，以方便實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤樣本的全氮含量的檢測(cè)。
[0066]本發(fā)明的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法中的固氮植物通過(guò)生物固氮作用可將大氣中的氮大量轉(zhuǎn)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(huán)，如有機(jī)質(zhì)的形成等；另一方面，供植物吸收利用，來(lái)滿足其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)氮素的需求，但最終這部分氮又以植物殘?bào)w或死亡體的形式歸還于土壤，參與土壤氮循環(huán)。由于大氣氮的15N組分顯著低于土壤氮的15N組分。可見(jiàn)，長(zhǎng)期來(lái)看，固氮植物的生物固氮作用對(duì)14N/15N的同化差異會(huì)導(dǎo)致大氣中的氮大量地進(jìn)入土壤中并參與其中的氮循環(huán)，從而使土壤氮的15N組分顯著降低，對(duì)土壤氮?jiǎng)討B(tài)起到標(biāo)記作用。因此，可利用固氮植物對(duì)14N/15N的這種同化差異可達(dá)到監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的目的。[0067]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0068]1、結(jié)果精確可靠:由于穩(wěn)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(guò)生物固氮作用同化吸收大氣中的氮，從而形成對(duì)15n/14n的同化差異。經(jīng)固氮植物同化的氮進(jìn)入土壤中，降低了土壤氮的15N組分含量，同時(shí)參與土壤氮循環(huán)，從而起到對(duì)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的精確監(jiān)測(cè)，結(jié)果可信度高。
[0069]2、操作明晰簡(jiǎn)潔，省工省時(shí):利用土鉆直接采取土壤樣本，分層后于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干、磨碎和過(guò)篩；稱取一定質(zhì)量的土壤樣本進(jìn)行消煮，消煮后蒸餾，收集餾出液；滴定餾出液至終點(diǎn)，記錄滴定液用量；將滴定至終點(diǎn)的餾出液濃縮至體積不超過(guò)3ml，然后利用同位素質(zhì)譜儀測(cè)定濃縮液中15N含量，計(jì)算土壤全氮含量和15N豐度，從而得出土壤氮?jiǎng)討B(tài)；可見(jiàn)本發(fā)明的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法操作較為簡(jiǎn)單，指標(biāo)測(cè)量較少，且節(jié)省大量人工和時(shí)間。
[0070]以上實(shí)施例的先后順序僅為便于描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0071]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法，其特征在于，包括以下步驟: S10、土壤采樣前準(zhǔn)備； S20、對(duì)土壤進(jìn)行采樣作業(yè)，采集土壤樣本； S30、對(duì)采集的土壤樣本進(jìn)行處理，得到處理后的土壤樣本； S40、測(cè)量處理后的土壤樣本的全氮含量； S50、收集步驟S40測(cè)量全氮含量后的土壤樣本； S60、利用同位素質(zhì)譜儀測(cè)定所述步驟S50收集的土壤樣本的15N豐度； S70、根據(jù)所述15N豐度得到土壤氮?jiǎng)討B(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)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(zhǎng)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(diǎn)確定:依據(jù)隨機(jī)取樣法在米樣土壤上選取米樣點(diǎn)； S105、采樣器選擇:采樣器選擇為直徑2cm的土鉆；并根據(jù)采樣深度選擇土鉆鉆桿和鉆頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)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(dá)或超過(guò)采樣深度； S203、360°旋轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)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(fēng)處風(fēng)干，并將風(fēng)干后的土壤樣本磨碎； S303、將磨碎后的土壤樣本過(guò)Imm篩，將過(guò)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(cè)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(guò)0.149mm篩,將過(guò)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(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)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(duì)所稱取的I克土壤樣本進(jìn)行消煮； S403、對(duì)消煮后的土壤樣本進(jìn)行蒸餾，并收集氨的餾出液； S405、通過(guò)對(duì)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(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法，其特征在于，所述步驟S70具體為:對(duì)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?jiǎng)討B(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)土壤氮?jiǎng)討B(tài)的方法，其特征在于，所述步驟S40中測(cè)量處理后的土壤樣本的全氮含量的方法為開(kāi)式法。
【文檔編號(hào)】G01N1/08GK103940896SQ201410145985
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】張衛(wèi)建, 宋振偉, 郭嘉, 鄭成巖, 鄧艾興, 黃山 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所