CN104833563A - 一种土壤溶解性氮的提取方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤溶解性氮的提取方法及装置，步骤：A、土壤样品采集：按土壤发生层次记录土壤颜色、结构、质地、结持性、新生体等形态特征信息，取样品置于封闭的塑料袋中，放入冰箱，避光保存；B、土壤培养：环刀样品带回实验室后，开展土壤田间持水量值的测定，置于恒温恒湿培养箱中，避光培养；C、样品离心：取出土壤样品，全部转移装入腈纶布袋中，封口放入聚丙烯离心瓶中，拧紧瓶盖，于超高速冷冻离心机，获得土壤溶液；D、溶液分装保存；E、分析测定。聚丙烯瓶盖和聚丙烯溶液收集盒与聚丙烯瓶身通过螺纹相连，过滤隔板与聚丙烯瓶身相连。方法易行，操作简便，适用性广，测定的数据结果稳定可靠。精密度高，重复性好，准确地测定不同土壤溶解性氮的组成和含量。
Description
技术领域
本发明属于土壤学、生态学、植物营养学和环境科学等多重学科的技术领域，更具体涉及一种土壤溶解性氮提取方法，同时还涉及一种土壤溶解性氮提取的装置，适用于科研院所及有关单位进行土壤溶解性氮含量、性质及溶液中其他理化指标的室内检测分析。
背景技术
土壤溶解性氮（包括无机氮、有机氮组分等）作为生态系统土壤氮素的一个重要组分，在生态系统物质循环中具有重要的意义。由野外通过提取土壤溶液获得溶解性氮差异的变异性主要取决于不同的提取方法。以往的土壤溶解性氮提取方法通常是采用高纯度的水、KCl、K2SO4等盐溶液的提取法、离心法、置换柱法、压榨法等。尽管利用这些采集法获得的土壤溶解性氮溶液都具有不同的优势，但同时存在一些局限性。比如利用提取法时，溶解性氮的含量通常与水土比和提取剂种类有关；而用离心法的局限性在于，高速离心会使得土壤样品中含有的微生物和根系中的氮会释放到溶液中，因此可能会使结果偏高。同时，如果土壤含水率过低时，可能无法获得足够的土壤溶液来进行溶解性氮的分析。而置换柱法的缺点除了存在与提取法有类似的弊端外，还具有压滤和换柱清洗过程中费时费力，样品提取效率不高。而压榨法尽管可以在含水率很低（可低至10%的土壤含量水）的情况下获得土壤溶液，从而进行溶解性氮的分析，但是该方法同样存在溶解性氮的含量受制于外界环境条件的变化，从而造成不同土壤水分状况下获得结果无法进行比较。
综上所述，由于目前用不同方法由于提取效率受控于多种因素，所得土壤溶液的溶解性氮含量和组成不同，即使是相同土壤得出的结论可能也不同。因此，如何使不同生态系统、不同土壤质地、不同地区土壤溶液中溶解性氮的研究结果具有一定的可比性，土壤样品采集和前处理方法的统一就尤为关键和重要。针对土壤溶液中溶解性氮含量和组成（无机氮、有机氮组分等）的高度异质性和不确定性，申请人开展了大量的实验性探索和研究，发明了基于“饱和田间持水量-黑暗恒温培养-高速离心”的一种土壤溶解性氮提取装置和测定方法，克服了自然条件下土壤溶液体积少不足以分析测定、不同时空分布的土壤样品分析的可比性不强等问题。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种土壤溶解性氮提取的方法，方法易行，操作简便，适用性广，能够获得足够的土壤溶液，且直接快速无污染，测定的数据结果稳定可靠。
本发明的另一个目的是在于提供了一种土壤溶解性氮提取的装置，结构简单，使用方便，设备要求不高，测定结果精密度高，重复性好，能准确地测定不同土壤溶解性氮的组成和含量。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种土壤溶解性氮提取的方法，其步骤是：
A、土壤样品采集：土壤样品采集前需至少准备以下类似工具和材料，三个环刀(钢制，容积100 cm3)；环刀托把；金属锤子；工兵铲；卷尺；小刀；封口袋；标签纸；记号笔；GPS导航仪；
采样时，按照典型方法选取样地，确定土壤剖面样点，挖掘土壤剖面。记载地形地貌、土壤母质、植被状况等，按土壤发生层次记录土壤颜色、结构、质地、结持性、新生体等形态特征信息。剖面深度为90-110cm，每9-11cm一层，共9-11层，每层均采集一个新鲜土壤样品，采集三个环刀样品。新鲜样品置于封闭的塑料袋中，记上编号和采样信息，放入阴凉处或存有冰块的密闭储物箱中，运回实验室，放入冰箱恒定温度3-5℃、恒定湿度环境条件下避光保存（适宜保存2个月）。
B、土壤培养：环刀样品带回实验室后，测定土壤田间持水量和新鲜土壤样品含水量。根据田间持水量值和新鲜土壤样品含水量，补充超纯水至土壤含水量达到田间持水量：称取新鲜土壤样品置于烧杯中，并在土壤上层均匀洒入上述计算得到的超纯水质量，加入超纯水后使用保鲜膜封口，并置于25℃恒温恒湿培养箱中，避光培养23-25 h ；所述的环刀土样，根据国家颁布的标准方法（LYT 1215-1999森林土壤水分-物理性质的测定）于室内测定田间持水量值。
C、样品离心：取出土壤样品，全部转移装入180-220目的腈纶布袋中，并封口放入特别设计的聚丙烯离心瓶中，拧紧瓶盖，于超高速冷冻离心机（TG21KR，长沙东旺）4℃，8000 r/min 冷冻离心约0.5 h，获得土壤溶液。
D、溶液分装保存：拧开离心瓶底部的溶液收集盒，将土壤溶液转移至聚乙烯塑料小白瓶，称取土壤溶液质量（利用新的装置可获得清澈透明溶液，约40.00~ 120.00 g），若有少量杂质，可利用定量滤纸过滤一次。随后，即可直接开展溶液可溶性氮的测定分析，剩余土壤溶液，贮于-20℃以下的冰箱中保存备用。
E、分析测定：
吸取约10 ml土壤溶液，采用凯氏定氮法（《土壤农化分析（第三版）》， 鲍士旦）消解，测定土壤溶解性总氮；吸取10 ml土壤溶液，使用流动分析仪（Fiastar5000，英国福斯）测定氨氮、硝态氮等无机氮组分；吸取1 ml土壤溶液，使用茚三酮比色法（国家标准物质网），紫外分光光度计（UV-2450，日本岛津）测定总游离氨基酸态氮含量。根据测定的土壤溶解性总氮及无机氮的含量，由差减法获得溶解性有机氮含量。测定结果见图1（土壤溶液中溶解性有机氮和总游离氨基酸态氮的含量随土壤剖面深度变化趋势图），获得土壤溶解性氮及其组分含量的变化特征，进一步得出其环境影响及其与其他指标间的相关关系。
一种土壤溶解性氮提取的装置，它由聚丙烯瓶盖、聚丙烯瓶身、腈纶布袋、过滤隔板、聚丙烯溶液收集盒组成。其特征在于：聚丙烯瓶盖和聚丙烯溶液收集盒与聚丙烯瓶身通过螺纹旋紧相连，过滤隔板上分布有细孔，过滤隔板与聚丙烯瓶身相连并为同一整体，腈纶布袋装入土壤样品后置于瓶身内部。
一种土壤溶解性氮提取的装置有如下特征：
1）该装置（离心瓶）的规格依据离心机500 mL角转子大小设计，其全身高度为130-140mm，直径为70-72mm，壁厚0.3-0.5 mm，材料为聚丙烯塑料，具有耐高压强度的特性；
2）该装置（离心瓶）上盖为圆柱体形状，高9-11 mm，直径70-72mm，材料为聚丙烯塑料，外壁设计有螺纹；
3）该装置（离心瓶）瓶身为圆柱直筒管形，上部内壁设计有螺纹，并保证不阻碍土壤样品移出离心瓶；
4）该装置（离心瓶）瓶身下部，设计有聚丙烯过滤隔板，厚0.5-0.7 mm，并均匀分布着直径为1.0 mm的若干小孔或细孔；
5）该装置（离心瓶）底盖，为高38-42 mm，直径70-72 mm的白色聚丙烯塑料收集盒，以收集离心出的土壤溶液；
6）该装置（离心瓶）配有180-220目的腈纶布袋，宽103-107 mm，长152-157 mm，布袋上口用棉绳系紧，以确保在离心过程中土壤颗粒不洒落至底部的溶液收集盒。
该装置为圆柱形白色聚丙烯（PP）塑料离心瓶。
本发明针对目前通常利用各种溶液提取技术中不足以及不可比性，特别提供了一种直接获取土壤溶液、分析检测土壤溶解性氮的方法，目的在于能够获得足够量的土壤溶液，并且测定的数据结果可靠、可比。为实现这一目的，本发明经过多次的探索和实践，采用新的培养方法，并设计出了一种特制的离心装置。离心装置的示意图如图2所示。
与现有技术相比，本发明具备如下有益效果 ：
（1）采用全新的土壤溶液培养方法，不同生态环境中土壤样品具有可比性；
（2）针对含水率低（<10%）的土壤样品，能够获得足够的土壤溶液约40.00~ 120.00 mL，且清澈透明、直接快速、无污染；
（3）测定的数据结果稳定可靠(溶解性有机氮1.20~0.32 mg/kg，游离氨基酸态氮0.36~0.04 mg/kg)，可用于多重领域关于土壤溶解性氮等组分的测定分析。
附图说明
图1为一种土壤溶解性氮提取的方法示意图。
测定得到的土壤溶液中溶解性有机氮和总游离氨基酸态氮的含量，以及随土壤剖面深度增加具有的明显降低趋势。
图2为一种土壤溶解性氮提取的装置结构示意图。
其中： 1－聚丙烯瓶盖，2－聚丙烯瓶身，3－腈纶布袋，4－过滤隔板，5 －聚丙烯溶液收集盒。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种获取土壤溶液、分析检测土壤溶解性氮等组分的装置和方法，并使得使不同生态系统、不同土壤质地、不同地区土壤溶液的溶解性氮具有可比性。为了使本领域科研技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施方式对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
一种土壤溶解性氮提取的方法，其步骤是：
A、土壤样品采集：土壤样品采集前需至少准备以下类似工具和材料，三个环刀(钢制，容积100 cm3)；环刀托把；金属锤子；工兵铲；卷尺；小刀；封口袋；标签纸；记号笔；GPS导航仪；
采样时，于研究区域选取具有代表性森林植被类型下的土壤作为研究对象，按照典型选样方法，沿不同海拔高度分别选取样点，确定土壤垂直剖面样点。取样时，先按土壤发生层次记录土壤质地信息及植被分布状况，再去除地面凋落物并挖取土壤剖面，取样剖面深度为90或100或110cm，每9或10或11cm一层，共9或10或11层，每层各取三个环刀土样和一个充分混匀按四分法留取的1 kg左右新鲜样品。新鲜样品置于封闭的塑料袋中，记上编号和采样信息，放入阴凉处或存有冰块的密闭储物箱中，迅速运回实验室，放入冰箱恒定温度3或4或5（4℃±1℃）、恒定湿度（70%或80或90%）环境条件下避光保存（适宜保存2个月）。
B、土壤培养：环刀样品带回实验室后，立即开展土壤田间持水量值的测定。并根据田间持水量值，计算300.00g样品所需新鲜土壤样品的质量以及需要补充的超纯水含量。准确称取新鲜土壤样品置于250 ml烧杯中，并在土壤上层均匀洒入超纯水，加入超纯水后立即使用保鲜膜封口，并置于25℃恒温恒湿培养箱中，避光培养23或24或25 h （24±0.5 h）。所述的环刀土样，根据国家颁布的标准方法（LYT 1215-1999森林土壤水分-物理性质的测定）于室内测定田间持水量值。
C、样品离心：取出土壤样品，全部转移装入180或190或200或210或220目的腈纶布袋中，并封口放入特别设计的聚丙烯离心瓶中，拧紧瓶盖，于超高速冷冻离心机（TG21KR，长沙东旺）4℃，8000 r/min 冷冻离心约0.5 h，获得土壤溶液。
D、溶液分装保存：拧开离心瓶底部的溶液收集盒，将土壤溶液转移至聚乙烯塑料小白瓶，称取土壤溶液质量（利用新的装置可获得清澈透明溶液，约40.00~ 120.00 g），若有少量杂质，可利用定量滤纸过滤一次。随后，即可直接开展溶液可溶性氮的测定分析，剩余土壤溶液，贮于-20℃以下的冰箱中保存备用。
E、分析测定：
吸取约10 ml土壤溶液，采用凯氏定氮法（《土壤农化分析（第三版）》， 鲍士旦）消解，测定土壤溶解性总氮；吸取10 ml土壤溶液，使用流动分析仪（Fiastar5000，英国福斯）测定氨氮、硝态氮等无机氮组分；吸取1 ml土壤溶液，使用茚三酮比色法（国家标准物质网），紫外分光光度计（UV-2450，日本岛津）测定总游离氨基酸态氮含量。根据测定的土壤溶解性总氮及无机氮的含量，由差减法获得溶解性有机氮含量。测定结果见图1（土壤溶液中溶解性有机氮和总游离氨基酸态氮的含量随土壤剖面深度变化趋势图），获得土壤溶解性氮及其组分含量的变化特征，进一步得出其环境影响及其与其他指标间的相关关系。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例2：
一种土壤溶解性氮提取的装置，它由聚丙烯瓶盖1、聚丙烯瓶身2、腈纶布袋3、过滤隔板4、聚丙烯溶液收集盒5组成。其特征在于：聚丙烯瓶盖1和聚丙烯溶液收集盒5与聚丙烯瓶身2通过螺纹连接，过滤隔板4上有细孔，过滤隔板4与聚丙烯瓶身2连接，过滤隔板4与聚丙烯瓶身2为同一整体，腈纶布袋3装入土壤样品后置于聚丙烯瓶身2。
一种土壤溶解性氮提取的装置有如下特征：
1）该装置（离心瓶）的规格依据离心机500 mL角转子大小设计，其全身高度为130-140 mm，直径为70-72 mm，壁厚0.3-0.5 mm，材料为聚丙烯塑料，具有耐高压强度的特性；
2）该装置（离心瓶）上盖为圆柱体形状，高9-11 mm，直径70-72mm，材料为聚丙烯塑料，外壁设计有螺纹；
3）该装置（离心瓶）瓶身为圆柱直筒管形，上部内壁设计有螺纹，保证不阻碍土壤样品移出离心瓶；
4）该装置（离心瓶）瓶身下部，设计有聚丙烯过滤隔板，厚0.5-0.7 mm，并均匀分布着直径为1.0 mm的若干小孔；
5）该装置（离心瓶）底盖，为高38-42 mm，直径70-72 mm的白色聚丙烯塑料收集盒，以收集离心出的土壤溶液；
6）该装置（离心瓶）配有180-220目的腈纶布袋，宽103-107 mm，长152-157 mm，布袋上口用棉绳系紧，以确保在离心过程中土壤颗粒不洒落至底部的溶液收集盒。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通科研技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种土壤溶解性氮提取的方法，其步骤是：
A、土壤样品采集：采样时，按照典型方法选取样地，确定土壤剖面样点，挖掘土壤剖面；
记载地形地貌、土壤母质、植被状况等，按土壤发生层次记录土壤颜色、结构、质地、结持性、新生体等形态特征信息；
剖面深度为90-110cm，每9-11cm一层，共9-11层，每层均采集一个新鲜土壤样品，采集三个环刀样品；
新鲜样品置于封闭的塑料袋中，记上编号和采样信息，放入阴凉处或存有冰块的密闭储物箱中，运回实验室，放入冰箱恒定温度3-5℃、恒定湿度环境条件下避光保存；
B、土壤培养：环刀样品带回实验室后，测定土壤田间持水量和新鲜土壤样品含水量；
根据田间持水量值和新鲜土壤样品含水量，补充超纯水至土壤含水量达到田间持水量：称取新鲜土壤样品置于烧杯中，并在土壤上层均匀洒入上述计算得到的超纯水质量，加入超纯水后使用保鲜膜封口，并置于25℃恒温恒湿培养箱中，避光培养23-25 h ；
C、样品离心：取出土壤样品，全部转移装入腈纶布袋中，并封口放入聚丙烯离心瓶中，拧紧瓶盖，于超高速冷冻离心机4℃，8000 r/min 冷冻离心0.5h，获得土壤溶液；
D、溶液分装保存：拧开离心瓶底部的溶液收集盒，将土壤溶液转移至聚乙烯塑料瓶，称取土壤溶液质量，有杂质，利用定量滤纸过滤一次，随后，直接开展溶液可溶性氮的测定分析，剩余土壤溶液，贮于-20℃以下的冰箱中保存备用；
E、分析测定： 吸取土壤溶液，采用凯氏定氮法消解，测定土壤溶解性总氮；吸取土壤溶液，使用流动分析仪测定氨氮、硝态氮无机氮组分；吸取土壤溶液，使用茚三酮比色法，紫外分光光度计测定总游离氨基酸态氮含量，获得土壤溶解性氮及其组分含量的变化特征，得出其环境影响及其与其他指标间的相关关系。
2.权利要求1所述的一种土壤溶解性氮提取的装置，它由聚丙烯瓶盖（1）、聚丙烯瓶身（2）、腈纶布袋（3）、过滤隔板（4）、聚丙烯溶液收集盒（5）组成，其特征在于：聚丙烯瓶盖（1）和聚丙烯溶液收集盒（5）与聚丙烯瓶身（2）通过螺纹连接，过滤隔板（4）上有细孔，过滤隔板（4）与聚丙烯瓶身（2）连接，过滤隔板（4）与聚丙烯瓶身（2）为同一整体，腈纶布袋（3）装入土壤样品后置于聚丙烯瓶身（2）。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |