CN105319338A - 定量测定土壤质流和扩散的装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定量测定土壤质流和扩散特性的装置，由试剂瓶、微量吸泵、微量抽泵、吸收探针、馏分收集器等组成，吸收探针的下4/5为布满密集小孔的聚乙烯框架，聚乙烯框架外包裹一层聚芳醚砜滤膜，第一试剂瓶内放置超纯水，第二试剂瓶内放置分子量为15-20kDa，质量分数为1%-20%的右旋葡萄糖苷溶液。本发明利用所述装置，采用离子渗析技术及葡萄糖苷渗滤液，可以准确评价土壤中质流量与扩散量，有效的区分了不同养分离子的转移规律，对养分资源综合管理及生态调控提供了方法基础。本发明装置设计合理，制作简单成本低，操作简便，适于推广应用。

Description

定量测定土壤质流和扩散的装置及应用

技术领域

本发明属于土壤科学领域，涉及土壤养分吸收的研究方法，尤其涉及一种定量测定土壤质流和扩散的装置，及其装置的应用。

背景技术

质流、扩散和根系截获是土壤养分进入根际的三种主要途径。在植物养分吸收量中，通过根系截获的数量很少，尤其是大量营养元素更是如此。因此，在大多数情况下，质流和扩散是植物根系获取养分的主要途径。质流是指土壤中养分通过植物的蒸腾作用而随土壤溶液流向根部到达根际的过程。由于蒸腾作用产生了由植物叶片开始沿茎、根到土壤的水势梯度，在这一梯度作用下，水由土壤通过根表面进入根内，溶在水中的养分也随水流接近根表，供植物吸收。土壤中的硝态氮、钠、铁、铜、锌、钙、镁大部分是靠质流由土壤供给植物的。扩散是指因植物吸收、施肥等所导致的浓度梯度驱动下的养分运输。质流与扩散对植物养分吸收的贡献随气候、土壤环境、植物类型、人为活动变化而变化，深入研究植物吸收各营养元素方式的不同，对于养分资源高效利用与综合管理具有深远的意义。

由于土壤环境的错综复杂，准确分析质流与扩散对植物的贡献相对困难。传统方法多采用植物蒸腾作用的蒸腾量来估计质流的多少，然而土壤养分变化较快、蒸腾作用不均一、环境变化的均限制了该方法的准确性。在现有的发明专利中，还未检索到相关的测定土壤中质流与扩散特性的装置与方法。研究表明，一定浓度的右旋葡萄糖苷可以中和土壤中养分离子梯度，这就为区分土壤中质流与扩散提供了一条新的途径。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种测定土壤质流和扩散特性的装置，由第一馏分收集器、聚乙烯桶、聚乙烯框架、聚芳醚砜滤膜、第二馏分收集器、第二试剂瓶、第二微量吸泵、第二微量抽泵、第一吸收探针、第一微量抽泵、第一微量吸泵、第一试剂瓶、第二吸收探针组成；第一试剂瓶、第一微量吸泵依次连接后插入第一吸收探针作为进水管路，第一馏分收集器、第一微量抽泵依次连接后插入第一吸收探针作为出水管路，构成一个通路，第二试剂瓶、第二微量吸泵依次连接后插入第二吸收探针作为进水管路，第二试剂瓶、第二微量抽泵依次连接后插入第二吸收探针作为出水管路，构成另一个通路；第一吸收探针和第二吸收探针置于聚乙烯桶内，第一吸收探针和第二吸收探针的下4/5处为布满密集小孔的聚乙烯框架，聚乙烯框架外包裹一层聚芳醚砜滤膜，聚芳醚砜滤膜内外孔隙直径约为400-500微米，可以阻断分子量大于20kDa的分子。

第一试剂瓶内放置超纯水，第二试剂瓶内放置分子量为15-20kDa，质量分数为1%-20%的右旋葡萄糖苷溶液。

第二微量吸泵、第一微量吸泵、第二微量抽泵、第一微量抽泵的抽吸速率为1.0-5.0μlmin^-1，且抽吸速率保持一致。

第一试剂瓶、第二试剂瓶内滴加两滴氯仿，以防止吸收的液体中有机物质被微生物分解。

采用一定浓度的右旋葡萄糖苷作为灌注液，可以有效地中和土壤水势差，使得提取液中养分含量均为质流的成分，而以水为灌注液，提取的养分含量则为质流与扩散的总和。

本发明的另一个目的是提供一种定量测定土壤质流和扩散的方法，通过以下步骤实现：

（1）土壤采集：采集试验点表层土壤，取回后过4mm筛，阴凉通风处自然风干后过2mm筛，装袋备用；

（2）土壤添加：称取15-50g上述制备好的土壤样品，缓慢添加到聚乙烯桶中，向土壤中添加3-30ml超纯水，使得土壤含水量超过土壤的最大持水量；

（3）提取液灌注：打开第二微量吸泵、第一微量吸泵分别抽取超纯水、右旋葡萄糖苷溶液到第一吸收探针、第二吸收探针中，至探针中被超纯水、右旋葡萄糖苷溶液充满；

（4）样品收集：打开第二微量抽泵、第一微量抽泵，设置第二微量吸泵、第一微量吸泵、第二微量抽泵、第一微量抽泵的抽吸速率一致，均为1.0-5.0μlmin^-1，连续采集4-24h后，测定第一馏分收集器、聚乙烯桶、第二馏分收集器中的养分含量。

本发明采用离子渗析技术及葡萄糖苷渗滤液，可以准确评价土壤中质流量与扩散量，有效的区分了不同养分离子的转移规律，对养分资源综合管理及生态调控提供了方法基础。本发明装置设计合理，制作简单成本低，操作简便，解决了现有技术中难以将养分迁移方式准确分离开来的问题，为研究养分质流及扩散对植物营养的作用提供了方法基础。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图。

具体实施方式

本发明结合附图和实施例作进一步的说明。

实施例1

参见图1，一种定量测定土壤质流和扩散的装置，由第一馏分收集器1、聚乙烯桶2、聚乙烯框架3、聚芳醚砜滤膜4、第二馏分收集器5、第二试剂瓶6、第二微量吸泵7、第二微量抽泵8、第一吸收探针9、第一微量抽泵10、第一微量吸泵11、第一试剂瓶12、第二吸收探针13组成。

第一试剂瓶12、第一微量吸泵11连接后插入第一吸收探针9作为进水管路，第一馏分收集器1、第一微量抽泵10连接后插入第一吸收探针9作为出水管路，构成一个通路，第二试剂瓶6、第二微量吸泵7连接后插入第二吸收探针13作为进水管路，第二试剂瓶6、第二微量抽泵8连接后插入第二吸收探针13作为出水管路，构成另一个通路。

第一吸收探针9和第二吸收探针13置于聚乙烯桶2内，

第一吸收探针9和第二吸收探针13的下4/5处为布满密集小孔的聚乙烯框架3，聚乙烯框架3外包裹一层聚芳醚砜滤膜4，聚芳醚砜滤膜4内外孔隙直径约为400-500微米，可以阻断分子量大于20kDa的分子；

第一试剂瓶12内放置超纯水，第二试剂瓶6内放置分子量为15-20kDa，质量分数为1%-20%的右旋葡萄糖苷溶液；

第二微量吸泵7、第一微量吸泵11、第二微量抽泵8、第一微量抽泵10的抽吸速率为1.0-5.0μlmin^-1，且抽吸速率保持一致；

第一试剂瓶12、第二试剂瓶6内滴加两滴氯仿，以防止吸收的液体中有机物质被微生物分解。

实施例2

（1）土壤采集：采集仙居的表层粘壤土，取回后过4mm筛，阴凉通风处自然风干后过2mm筛，装袋备用；

（2）土壤添加：称取30g上述制备好的土壤样品，缓慢添加到聚乙烯桶中，向土壤中添加15ml超纯水，使得土壤含水量超过土壤的最大持水量；

（3）提取液灌注：打开第二微量吸泵7、第一微量吸泵11分别抽取超纯水、分子量为20kDa的质量分数为5%的右旋葡萄糖苷溶液到第一吸收探针9、第二吸收探针13中，至探针中被超纯水、右旋葡萄糖苷溶液充满；

（4）样品收集：打开第二微量抽泵8、第一微量抽泵10，设置第二微量吸泵7、第一微量吸泵11、第二微量抽泵8、第一微量抽泵10的抽吸速率一致，均为1.0μlmin^-1，连续采集8h后，测定第一馏分收集器1、聚乙烯桶2、第二馏分收集器5中的铵态氮、硝态氮、氨基酸含量，见表一。

实施例3

（1）土壤采集：采集萧山的表层粉砂壤土，取回后过4mm筛，阴凉通风处自然风干后过2mm筛，装袋备用；

（2）土壤添加：称取30g上述制备好的土壤样品，缓慢添加到聚乙烯桶中，向土壤中添加15ml超纯水，使得土壤含水量超过土壤的最大持水量；

（3）提取液灌注：打开第二微量吸泵7、第一微量吸泵11分别抽取超纯水、分子量为20kDa的质量分数为5%的右旋葡萄糖苷溶液到第一吸收探针9、第二吸收探针13中，至探针中被超纯水、右旋葡萄糖苷溶液充满；

（4）样品收集：打开第二微量抽泵8、第一微量抽泵10，设置第二微量吸泵7、第一微量吸泵11、第二微量抽泵8、第一微量抽泵10的抽吸速率一致，均为1.0μlmin^-1，连续采集8h后，测定第一馏分收集器1、聚乙烯桶2、第二馏分收集器5中的铵态氮、硝态氮、氨基酸含量，见表一。

实施例4

（1）土壤采集：采集紫金港西区的表层砂壤土，取回后过4mm筛，阴凉通风处自然风干后过2mm筛，装袋备用；

（2）土壤添加：称取30g上述制备好的土壤样品，缓慢添加到聚乙烯桶中，向土壤中添加15ml超纯水，使得土壤含水量超过土壤的最大持水量；

（3）提取液灌注：打开第二微量吸泵7、第一微量吸泵11分别抽取超纯水、分子量为20kDa的质量分数为5%的右旋葡萄糖苷溶液到第一吸收探针9、第二吸收探针13中，至探针中被超纯水、右旋葡萄糖苷溶液充满；

（4）样品收集：打开第二微量抽泵8、第一微量抽泵10，设置第二微量吸泵7、第一微量吸泵11、第二微量抽泵8、第一微量抽泵10的抽吸速率一致，均为1.0μlmin^-1，连续采集8h后，测定第一馏分收集器1、聚乙烯桶2、第二馏分收集器5中的铵态氮、硝态氮、氨基酸含量，见表一：

。

从表一可以看出，氮素形态及土壤类型对土壤养分迁移具有显著的影响。紫金港西区土壤质地疏松，养分含量较高，其铵态氮、硝态氮、氨基酸的质流与扩散的速率相对较高，而仙居土壤质地粘重，扩散的量显著较低。而从氮素形态来看，硝态氮扩散量与质流加扩散的总和的比值较之铵态氮与氨基酸相对较高，是因为硝态氮在土壤中易迁移，而铵态氮易被土壤离子吸附。采用该方法，有效的区分了不同养分离子的转移规律，对养分资源综合管理及生态调控提供了方法基础。

Claims (5)

1.一种定量测定土壤质流和扩散特性的装置，其特征在于，由第一馏分收集器（1）、聚乙烯桶（2）、聚乙烯框架（3）、聚芳醚砜滤膜（4）、第二馏分收集器（5）、第二试剂瓶（6）、第二微量吸泵（7）、第二微量抽泵（8）、第一吸收探针（9）、第一微量抽泵（10）、第一微量吸泵（11）、第一试剂瓶（12）、第二吸收探针（13）组成；第一试剂瓶（12）、第一微量吸泵（11）连接后插入第一吸收探针（9）为进水管路，第一馏分收集器（1）、第一微量抽泵（10）连接后插入第一吸收探针（9）为出水管路，构成一个通路，第二试剂瓶（6）、第二微量吸泵（7）连接后插入第二吸收探针（13）为进水管路，第二试剂瓶（6）、第二微量抽泵（8）连接后插入第二吸收探针（13）为出水管路，构成另一个通路；第一吸收探针（9）和第二吸收探针（13）置于聚乙烯桶（2）内，第一吸收探针（9）和第二吸收探针（13）的下4/5处为布满密集小孔的聚乙烯框架（3），聚乙烯框架（3）外包裹一层聚芳醚砜滤膜（4），第一试剂瓶（12）内放置超纯水，第二试剂瓶（6）内放置分子量为15-20kDa，质量分数为1%-20%的右旋葡萄糖苷溶液。

2.根据权利要求1所述的一种定量测定土壤质流和扩散特性的装置，其特征在于，聚芳醚砜滤膜（4）内外孔隙直径约为400-500微米。

3.一种定量测定土壤质流和扩散的方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

（a）土壤采集：采集试验点表层土壤，过4mm筛，阴凉通风处自然风干后过2mm筛，装袋备用；

（b）土壤添加：称取15-50g上述制备好的土壤样品，缓慢添加到聚乙烯桶（2）中，向土壤中添加3-30ml超纯水，使得土壤含水量超过土壤的最大持水量；

（c）提取液灌注：打开第二微量吸泵（7）、第一微量吸泵（11）分别抽取超纯水、右旋葡萄糖苷溶液到第一吸收探针（9）、第二吸收探针（13）中，至探针中被超纯水、右旋葡萄糖苷溶液充满；

（d）样品收集：打开第二微量抽泵（8）、第一微量抽泵（10），设置第二微量吸泵（7）、第一微量吸泵（11）、第二微量抽泵（8）、第一微量抽泵（10）的抽吸速率一致，连续采集4-24h后，测定第一馏分收集器（1）、聚乙烯桶（2）、第二馏分收集器（5）中的养分含量。

4.根据权利要求3所述的一种定量测定土壤质流和扩散特性的方法，其特征在于，第二微量吸泵（7）、第一微量吸泵（11）、第二微量抽泵（8）、第一微量抽泵（10）的抽吸速率为1.0-5.0μlmin^-1，且抽吸速率保持一致。

5.根据权利要求3所述的一种定量测定土壤质流和扩散特性的方法，其特征在于，第一试剂瓶（12）、第二试剂瓶（6）内滴加两滴氯仿，以防止吸收的液体中有机物质被微生物分解。