CN103776971B - 一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的co2产生速率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，它涉及一种测定培养物质的CO2产生速率的方法。本发明是要解决现有方法存在准确率低、费用高和劳动量大的问题。测定方法：一、将培养物质放入培养瓶中培养；二、培养瓶放入封闭动态系统中，进行CO2浓度实时动态测定；三、利用线性回归方法计算培养物质的CO2产生速率。本发明非常好地解决了传统方法测定室内培养条件下培养物质CO2产生速率时培养条件变化、测试费用贵、受人为因素影响大、结果不准的局限，达到了准确、快速、便宜地进行培养物质CO2产生速率的测定，拓宽了LI-820等CO2分析仪的应用范围。本发明用于测定培养物质的CO2产生速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种测定培养物质的CO2产生速率的方法。
背景技术
室内培养条件下培养物质的CO2产生速率可以反应土壤有机碳的矿化速率、森林凋落物和农田秸秆的分解速率、微生物活性等。所以很多科学研究中都需要测定室内培养条件下培养物质的CO2产生总量或产生速率。比如，研究土壤有机碳的矿化特征与固定机制、凋落物和秸秆的分解速率、土壤呼吸对水分温度的响应以及微生物活性等研究中都需要测定室内培养条件下培养物质的CO2产生速率和总的CO2积累量。
在早期试验研究中人们创造了室内培养条件下的封闭式碱吸收法和气相色谱法来测定培养物质的CO2产生速率和总产生量。而在野外试验中人们则发明了开放式动态箱和封闭式动态箱来测定培养物质的CO2产生速率。但是在室内培养条件下碱吸收方法有着很多不可克服的缺点。比如：长时间密闭会改变培养瓶中的环境条件，使测定结果不能真实反映培养物质的呼吸速率；滴定分析过程需要花费较大劳动，测定结果受人为主观判断差异的影响较大。而气相色谱法的实施也有很多不可避免的缺陷，比如：气相色谱的测试分析费用比较贵，不适宜大批量的分析测试；需要对培养瓶进行较长时间的密闭，这个过重中一旦发生漏气重新测试会非常麻烦且较长时间密闭会对培养物质的呼吸速率产生影响；气相色谱的结果计算相对复杂，测定结果还会受到密闭开始时室内CO2浓度影响。封闭式动态箱主要用于野外试验，用于测定CO2排放速率的专门仪器，如LI-6400、LI-8100等，不适用于室内培养条件下培养瓶中少量培养物质的CO2产生速率测定。开放式动态箱则有对箱内外压力差敏感、达到稳定状态时间较长等缺点。
发明内容
本发明是要解决现有方法存在准确率低、费用高和劳动量大的问题，而提供一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法。
本发明一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，是按以下步骤进行：
1、一、培养：将培养物质放入培养瓶中，用保鲜膜封好装有培养物质的培养瓶的瓶口，然后将装有培养物质的培养瓶放置在温度为4℃～40℃的条件下培养，培养时间为24h～4800h，得到待测培养物质，然后对装有待测培养物质的培养瓶进行测定；
步骤一所述的培养物质为土壤、秸秆、森林凋落物和土壤团聚体中的一种或几种的混合物；所述土壤为有机质含量在0.5%～50%，质量含水量在0.05%～98%的土壤或接种有细菌、土壤动物，质量含水量在15%以上的土壤；所述秸秆为玉米秸秆、大豆秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或高粱秸秆；所述土壤团聚体的质量含水量在15%～95%；
步骤一中所述的培养物质的质量与培养瓶的体积的比为（0.2～0.8）g：1mL；
步骤一中所述的培养物质的孔隙含水量为5%～95%；
二、测量：①采用封闭动态系统对步骤一装有待测培养物质的培养瓶进行测定，打开LI-820CO2分析仪，设置测量读数间隔为1s，将LI-820CO2分析仪的操作温度从室温升至50℃；②掀开步骤一装有待测培养物质的培养瓶瓶口的保鲜膜，用插有玻璃管A和玻璃管B的橡胶塞将步骤一装有待测培养物质的培养瓶的瓶口塞住；将硅胶管与玻璃管A连接，打开气泵开关进行抽气，控制气泵的流速为500mL/min～1000mL/min；待30s～60s后将另一根硅胶管与玻璃管B连接，继续抽气10s～60s后开始记录；测定120s～1200s后关闭LI-820CO2分析仪，得到封闭动态系统中CO2浓度的增加速率a；
三、计算：室内培养条件下培养物质的CO2产生速率的计算公式为：
F=（a×V）/（Vm×M）
此处,F为培养物质的CO2产生速率，单位是mol/g·s；Vm是CO2摩尔体积，M是培养物质的质量；V为封闭动态系统内的体积；a为封闭动态系统中CO2浓度的增加速率。
步骤二中所述的封闭动态系统包括LI-820CO2分析仪、LI-820CO2分析仪出气端、气泵、LI-820CO2分析仪进气端、过滤器、橡胶塞、玻璃管B、玻璃管A、装有待测培养物质的培养瓶、电脑和电源；在LI-820CO2分析仪上设置有LI-820CO2分析仪出气端和LI-820CO2分析仪进气端；将LI-820CO2分析仪与电脑和电源相连；采用气泵将LI-820CO2分析仪出气端与玻璃管B连通，LI-820CO2分析仪出气端、玻璃管B与气泵三者通过硅胶管连接；采用过滤器将LI-820CO2分析仪进气端与玻璃管A连通，LI-820CO2分析仪进气端、玻璃管A与过滤器三者通过硅胶管连接；玻璃管A和玻璃管B插入橡胶塞中，将插有玻璃管A和玻璃管B的橡胶塞盖在装有待测培养物质的培养瓶上。
本发明的有益效果：
1、本发明能够不影响培养期间培养瓶中环境条件，使得测定结果能准确反映正常情况下培养培养物质的CO2产生速率，同时还可以避免滴定分析时的高强度劳动和人为误差；同时具有操作简单、测定时间短、受外界环境和人为影响小的优点。
2、本发明相比于现有方法，能节省大量的分析测试费用。应用气相色谱测定一个样品 CO2的价格是大约是30元，而本方法每个样品的测试价格和仪器损耗费用一共仅为2.8元，节约分析费用90%以上。
附图说明
图1是封闭动态系统连接示意图；
图2是LI-820CO2分析仪的记录的数据；
图3是封闭动态系统中CO2浓度与时间的关系图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，是按以下步骤进行：一、培养：将培养物质放入培养瓶中，用保鲜膜封好装有培养物质的培养瓶的瓶口，然后将装有培养物质的培养瓶放置在温度为4℃～40℃的条件下培养，培养时间为24h～4800h，得到待测培养物质，然后对装有待测培养物质的培养瓶9进行测定；
步骤一所述的培养物质为土壤、秸秆、森林凋落物和土壤团聚体中的一种或几种的混合物；所述土壤为有机质含量在0.5%～50%，质量含水量在0.05%～98%的土壤或接种有细菌、土壤动物，质量含水量在15%以上的土壤；所述秸秆为玉米秸秆、大豆秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或高粱秸秆；所述土壤团聚体的质量含水量在15%～95%；
步骤一中所述的培养物质的质量与培养瓶的体积的比为（0.2～0.8）g：1mL；
步骤一中所述的培养物质的孔隙含水量为5%～95%；
二、测量：①采用封闭动态系统对步骤一装有待测培养物质的培养瓶9进行测定，打开LI-820CO2分析仪1，设置测量读数间隔为1s，将LI-820CO2分析仪1的操作温度从室温升至50℃；②掀开步骤一装有待测培养物质的培养瓶9瓶口的保鲜膜，用插有玻璃管A8和玻璃管B7的橡胶塞将步骤一装有待测培养物质的培养瓶9的瓶口塞住；将硅胶管与玻璃管A8连接，打开气泵3开关进行抽气，控制气泵3的流速为500mL/min～1000mL/min；待30s～60s后将另一根硅胶管与玻璃管B7连接，继续抽气10s～60s后开始记录；测定120s～1200s后关闭LI-820CO2分析仪1，得到封闭动态系统中CO2浓度的增加速率a；
三、计算：室内培养条件下培养物质的CO2产生速率的计算公式为：
F=（a×V）/（Vm×M）
此处,F为培养物质的CO2产生速率，单位是mol/g·s；Vm是CO2摩尔体积，M是培养物质的质量；V为封闭动态系统内的体积；a为封闭动态系统中CO2浓度的增加速率。
步骤二中所述的封闭动态系统包括LI-820CO2分析仪1、LI-820CO2分析仪出气端2、 气泵3、LI-820CO2分析仪进气端4、过滤器5、橡胶塞6、玻璃管B7、玻璃管A8、装有待测培养物质的培养瓶9、电脑10和电源11；在LI-820CO2分析仪1上设置有LI-820CO2分析仪出气端2和LI-820CO2分析仪进气端4；将LI-820CO2分析仪1与电脑10和电源11相连；采用气泵3将LI-820CO2分析仪出气端2与玻璃管B7连通，LI-820CO2分析仪出气端2、玻璃管B7与气泵3三者通过硅胶管连接；采用过滤器5将LI-820CO2分析仪进气端4与玻璃管A8连通，LI-820CO2分析仪进气端4、玻璃管A8与过滤器5三者通过硅胶管连接；玻璃管A8和玻璃管B7插入橡胶塞6中，将插有玻璃管A8和玻璃管B7的橡胶塞6盖在装有待测培养物质的培养瓶9上。
本实施方式能够不影响培养期间培养瓶中环境条件，使得测定结果能准确反映正常情况下培养培养物质的CO2产生速率，同时还可以避免滴定分析时的高强度劳动和人为误差；同时具有操作简单、测定时间短、受外界环境和人为影响小的优点。
本实施方式相比于现有方法，能节省大量的分析测试费用。应用气相色谱测定一个样品CO2的价格是大约是30元，而本方法每个样品的测试价格和仪器损耗费用一共仅为2.8元，节约分析费用90%以上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中保鲜膜为通气不透水的薄膜。如此设置，可以减少水分丧失同时确保培养瓶中的氧气浓度。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中培养物质的质量与培养瓶的体积的比为0.35g：1mL。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤二中控制气泵3的流速为900mL/min。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中待40s后将另一根硅胶管与玻璃管B7连接。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中待50s后将另一根硅胶管与玻璃管B7连接。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中继续抽气20s后开始记录。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中继续抽气40s后开始记录。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中测定240s 后关闭LI-820CO2分析仪1。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中测定1200s后关闭LI-820CO2分析仪1。其他与具体实施方式一至九之一相同。
试验一：一、培养：将150g土壤与1.5g秸秆放入500mL培养瓶中，然后用保鲜膜封好瓶口，然后在温度为25℃的条件下进行培养，培养时间为24h，得到待测培养物质，然后对装有待测培养物质的培养瓶进行测定；
二、测量：①采用封闭动态系统对步骤一培养后的培养瓶进行测定，打开LI-820CO2分析仪，设置测量读数间隔为1s，将LI-820CO2分析仪的操作温度从室温升至50℃；②掀开步骤一培养后的培养瓶瓶口的保鲜膜，用插有玻璃管A和玻璃管B的橡胶塞将步骤一培养后的培养瓶的瓶口塞住；将硅胶管与玻璃管A连接，打开气泵开关进行抽气，控制气泵的流速为1000mL/min；待30s后将另一根硅胶管与玻璃管B连接；继续抽气10s后开始记录；测定120s后关闭LI-820CO2分析仪，得到封闭动态系统中CO2浓度的增加速率a；
三、计算：室内培养条件下培养物质的CO2产生速率的计算公式为：
F＝（a×V）/（Vm×M）＝（0.528×461.4×10-3×10-6）/(22.4×151.5)=7.17878×10-11mol/g·s=71.7878pmol/g·s
此处,F为培养物质的CO2产生速率，单位是mol/g·s；Vm是CO2摩尔体积，M是培养物质的质量；V为封闭动态系统内的体积；a为封闭动态体系中CO2浓度的增加速率。
图2是LI-820CO2分析仪的记录的数据，黑色线框标出的是测定的CO2浓度。
图3是封闭动态系统中CO2浓度与时间的关系图，黑色的点是LI-820CO2记录的每秒CO2浓度，黑色线条是根据各点的数值拟合的线性方程的函数图像。通过观察发现，黑色点几乎与直线完全重合，这说明封闭动态系统中的气体混合非常好，体系中CO2浓度以线性形式增加，拟合的线性方程的斜率可以非常准确地反映出封闭动态体系中CO2浓度的增加速率。
Claims (10)
1.一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法是按以下步骤进行：一、培养：将培养物质放入培养瓶中，用保鲜膜封好装有培养物质的培养瓶的瓶口，然后将装有培养物质的培养瓶放置在温度为4℃～40℃的条件下培养，培养时间为24h～4800h，得到待测培养物质，然后对装有待测培养物质的培养瓶(9)进行测定；
步骤一所述的培养物质为土壤、秸秆、森林凋落物和土壤团聚体中的一种或几种的混合物；所述土壤为有机质含量在0.5％～50％，质量含水量在0.05％～98％的土壤或接种有细菌、土壤动物，质量含水量在15％以上的土壤；所述秸秆为玉米秸秆、大豆秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或高粱秸秆；所述土壤团聚体的质量含水量在15％～95％；
步骤一中所述的培养物质的质量与培养瓶的体积的比为(0.2～0.8)g：1mL；
步骤一中所述的培养物质的孔隙含水量为5％～95％；
二、测量：①采用封闭动态系统对步骤一装有待测培养物质的培养瓶(9)进行测定，打开LI-820CO2分析仪(1)，设置测量读数间隔为1s，将LI-820CO2分析仪(1)的操作温度从室温升至50℃；②掀开步骤一装有待测培养物质的培养瓶(9)瓶口的保鲜膜，用插有玻璃管A(8)和玻璃管B(7)的橡胶塞将步骤一装有待测培养物质的培养瓶(9)的瓶口塞住；将硅胶管与玻璃管A(8)连接，打开气泵(3)开关进行抽气，气泵(3)的流速控制为500mL/min～1000mL/min；待30s～60s后将另一根硅胶管与玻璃管B(7)连接，继续抽气10s～60s后开始记录；测定120s～1200s后关闭LI-820CO2分析仪(1)，得到封闭动态系统中CO2浓度的增加速率a；
三、计算：室内培养条件下培养物质的CO2产生速率的计算公式为：
F＝(a×V)/(Vm×M)
此处,F为培养物质的CO2产生速率，单位是mol/g·s；Vm是CO2摩尔体积，M是培养物质的质量；V为封闭动态系统内的体积；a为封闭动态系统中CO2浓度的增加速率；
步骤二中所述的封闭动态系统包括LI-820CO2分析仪(1)、LI-820CO2分析仪出气端(2)、气泵(3)、LI-820CO2分析仪进气端(4)、过滤器(5)、橡胶塞(6)、玻璃管B(7)、玻璃管A(8)、装有待测培养物质的培养瓶(9)、电脑(10)和电源(11)；在LI-820CO2分析仪(1)上设置有LI-820CO2分析仪出气端(2)和LI-820CO2分析仪进气端(4)；将LI-820CO2分析仪(1)与电脑(10)和电源(11)相连；采用气泵(3)将LI-820CO2分析仪出气端(2)与玻璃管B(7)连通，LI-820CO2分析仪出气端(2)、玻璃管B(7)与气泵(3)三者通过硅胶管连接；采用过滤器(5)将LI-820CO2分析仪进气端(4)与玻璃管 A(8)连通，LI-820CO2分析仪进气端(4)、玻璃管A(8)与过滤器(5)三者通过硅胶管连接；玻璃管A(8)和玻璃管B(7)插入橡胶塞(6)中，将插有玻璃管A(8)和玻璃管B(7)的橡胶塞(6)盖在装有待测培养物质的培养瓶(9)上。
2.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤一中保鲜膜为通气不透水的薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤一中培养物质的质量与培养瓶的体积的比为0.35g：1mL。
4.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤二中气泵(3)的流速控制为900mL/min。
5.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤二中待40s后将另一根硅胶管与玻璃管B(7)连接。
6.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤二中待50s后将另一根硅胶管与玻璃管B(7)连接。
7.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤二中继续抽气20s后开始记录。
8.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤二中继续抽气40s后开始记录。
9.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤二中测定240s后关闭LI-820CO2分析仪(1)。
10.根据权利要求1所述的一种室内培养条件下采用封闭动态系统测定培养物质的CO2产生速率的方法，其特征在于步骤二中测定1200s后关闭LI-820CO2分析仪(1)。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150617 Termination date: 20160124 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |