CN103728433B - 一种测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法，在森林或田间，选取20m×20m的样地，在样地内，按S形取点方法，选取5个2m×2m的小单元，在小单元四周外挖0.3m宽，超过根深0.2m的壕沟，插入纤维玻璃以阻止根向内生长，并将挖出的土壤填回壕沟内；然后，采用环刀取样，利用BaPS土壤氮循环监测系统测定2m×2m的小单元内土壤硝化、反硝化速率，同时测定临近2m×2m小单元的土壤硝化、反硝化速率，根据公式计算出植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率。本发明用于指导测定根系如何影响着森林土壤生态系统调节碳氮平衡，对于了解整个森林的根系层参与地球生物化学氮循环具有重要的作用。

Description

一种测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法
技术领域
本发明涉及地球化学领域，具体地说，涉及一种测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法。
背景技术
据政府间气候变化专门委员会（IPCC）研究指出，从工业化时代开始，人类活动已引起全球温室气体排放增加，其中自1970年至2004年期间排放增加了70%。自1750年以来，由于人类活动导致全球大气CO2、N2O和CH4浓度明显增加，目前已经远远超出了根据冰芯记录测定的工业化前几千年中的浓度值。CO2是最重要的人为温室气体，自1970年至2004年间，CO2的排放增加了大约80%，其浓度变化从工业革命前的280ppm上升到2005年的379ppm；而N2O是一种相对稳定的温室气体，其全球增温潜能（Global Warming Potential，GWP）是CO2的296倍，其浓度从工业革命前的270ppm上升到2005年的319ppm。根据推测的气体排放情景，到2100年大气中持续增高的温室气体浓度预计会使全球陆面平均温度升高1-3.5℃。温度的升高可导致全球降水格局发生改变，导致高纬度冬季降水增加，更多的极端温度天气的出现以及不同地区将会出现干旱和涝灾。气候上发生的变化可能潜在地影响着陆地生态系统的生产力。
森林土壤的氮素储量超过森林生态系统总氮量的85%。因而，森林土壤生态系统在调节着碳氮平衡、减缓大气中的CO2、N2O等温室气体浓度上升以及维护全球气候变化具有不可替代的作用。而根系的生长对土壤的发育具有重要的作用，尤其是根际区是土壤微生物活跃的区域，对改良土壤具有重要的贡献，影响着森林土壤生态系统调节碳氮平衡。
土壤硝化反硝化过程是N2O温室气体释放的主要过程，在现有的技术中，仅测定森林土壤释放N2O温室气体来研究土壤生态系统在调节碳氮平衡，而森林植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率的确定目前尚无法直观的测定方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法。
为了实现本发明目的，本发明首次提出植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率的概念，旨在提供一种定量测定森林植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率方法。
本发明的一种测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法，在森林或田间，选取20m×20m的样地，在样地内，按S形取点方法，选取5个2m×2m的小单元，在小单元四周外挖0.3m宽，超过根深0.2m的壕沟，插入纤维玻璃以阻止根向内生长，并将挖出的土壤填回壕沟内；然后，采用环刀（原位）取样，利用BaPS土壤氮循环监测系统（气压过程分离技术）测定2m×2m的小单元内土壤硝化、反硝化速率，同时，测定临近2m×2m小单元0.3-1m处的土壤硝化、反硝化速率，利用以下公式I和公式II计算出植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率：
Cn=SN1/SN2×100%    式I
式I中：
Cn：植物根系对土壤硝化过程的贡献率，单位：%；
SN1：2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
SN2：临近2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
Cd=SDN1/SDN2×100%    式II
式II中：
Cd：植物根系对土壤反硝化过程的贡献率，单位：%；
SDN1：2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h；
SDN2：临近2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h。
前述的方法，利用BaPS土壤氮循环监测系统测定的时间为12h。
土壤硝化反硝化过程是N2O温室气体释放的主要过程，在现有的技术中，仅测定了森林土壤释放N2O温室气体来研究土壤生态系统在调节着碳氮平衡，而因森林植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率的确定目前尚无法直观的测定。因而，本发明用于指导测定根系如何影响着森林土壤生态系统调节碳氮平衡，对于了解整个森林的根系层参与地球生物化学氮循环具有重要的作用，可以为IPCC对研究森林根系层对全球温室气体排放的影响提供基础数据支撑。
附图说明
图1为本发明实施例中使用的S形取点方法。
图2为本发明实施例中的壕沟布设图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
以下实施例中涉及的气压过程分离（BaPS）技术利用BaPS土壤氮循环监测系统进行硝化、反硝化速率的测定，该系统购自德国UMS公司。
实施例测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法
首先，在森林中选取20m×20m的样地，在样地内，按S形取点方法（图1），选取5个2m×2m的小单元，在小单元四周外挖0.3m宽、超过根深0.2m的壕沟，插入纤维玻璃已阻止根向内生长，并将挖出的土壤填回去（图2）。然后，采用环刀原位取样法，利用世界先进的气压过程分离（BaPS）技术测定2m×2m的小单元内土壤硝化反硝化速率的同时，测定临近2m×2m小单元0.3-1m处的土壤硝化反硝化速率。
测定步骤如下：
1）在测定前，将带有土样的环刀两端用于密封的盖子取下；
2）测定时，保持室内温度与土壤采样时的温度一致，并测定12小时；
3）测定结束时，利用软件BaPSSoftware Version2.2.4计算得出土壤硝化与反硝化速率。
利用以下公式I和公式II确定植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率：
Cn=SN1/SN2×100%    式I
式I中：
Cn：植物根系对土壤硝化过程的贡献率，单位：%；
SN1：2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
SN2：临近2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h。
Cd=SDN1/SDN2×100%    式II
式II中：
Cd：植物根系对土壤反硝化过程的贡献率，单位：%；
SDN1：2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h；
SDN2：临近2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种测定植物根系对土壤硝化反硝化贡献率的方法，其特征在于，在森林或田间，选取20m×20m的样地，在样地内，按S形取点方法，选取5个2m×2m的小单元，在小单元四周外挖0.3m宽，超过根深0.2m的壕沟，插入纤维玻璃以阻止根向内生长，并将挖出的土壤填回壕沟内；然后，采用环刀取样，利用BaPS土壤氮循环监测系统测定2m×2m的小单元内土壤硝化、反硝化速率，同时测定临近2m×2m小单元0.3-1m处的土壤硝化、反硝化速率，利用以下公式I和公式II计算出植物根系对土壤硝化反硝化过程的贡献率：
Cn=SN1/SN2×100%    式I
式I中：
Cn：植物根系对土壤硝化过程的贡献率，单位：%；
SN1：2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
SN2：临近2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
Cd=SDN1/SDN2×100%    式II
式II中：
Cd：植物根系对土壤反硝化过程的贡献率，单位：%；
SDN1：2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h；
SDN2：临近2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用BaPS土壤氮循环监测系统测定的时间为12h。
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