CN105974094A - 一种测定根际区土壤反硝化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，在生态系统中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外梅花形采样方法，选取10个小单元；其次，在小单元内选取具有植物的取样点，在水平距离植物的东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位取土样混合，每方位小心挖取带有根系的土体，用土壤刀轻轻剔除附着在根系上的大颗粒土壤；然后，用已灭菌的毛刷将紧贴在根系l‑5mm的根际土壤刷入已灭菌自封袋，将取得土样立即放于具有冰块的保温箱保存，运回实验室；最后，利用15N同位素直接测定法，测定根际区土壤反硝化速率。本发明对于进一步了解整个土壤微生物区系参与地球生物化学氮循环具有重要的作用。

Description

一种测定根际区土壤反硝化的方法
技术领域
本发明涉及生物地球化学领域，具体地说，涉及一种测定根际区土壤反硝化的方法。
背景技术
土壤硝化作用是生物地球化学氮素循环的重要环节，在土壤微生物的作用下，土壤中的氨态氮被氧化成亚硝酸，并进一步被氧化成硝酸盐的过程；在其生物化学过程中产生的各种氮氧化物如NO、N2O，不仅氮的损失的一个主要途径，而且污染大气。另外，N2O 是一种温室气体，进入大气后，会使O3保护层受到破坏，并直接危及大气层和生物圈。同时，N2O还可以与大气中的有机化学成分产生二次化学反应成为雾霾的主要来源，污染大气，给人类生活带来危害。而据政府间气候变化专门委员会（IPCC）研究指出，自1970年至2004年期间温室气体排放增加了70%。N2O是一种相对稳定的温室气体，其全球增温潜能是CO2的296倍，自1970年至2004年间，其浓度从工业革命前的270ppm上升到2005年的319ppm。
土壤微生物作为反硝化作用（denitrification）的主要参与者（图1），在根际区土壤微生物活性具有独特的特性，因而根际区土壤反硝化作用的测定方法的确定，对于认识根际区土壤生态系统在调节着碳氮平衡、减缓大气中的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。
根际区土壤是是指直接受到植物根系密切影响的那一部分土壤范围，一般认为是距离根表面l-5mm的薄层土壤为根际土壤。受植物根系生命活动的影响，根际区土壤生态系统是物质、能量交换的活跃界面，是植物根系自身代谢等生理活动对土壤生物化学过程影响最直接、最强烈的微小区域，另外根系分泌物主要富集在根际区，因而根际区环境具有独特的物理、化学、生物特征，该区域的土壤反硝化过程也存在根际效应。因此，根际区土壤反硝化作用的测定对进一步了解土壤生态系统尤其是根际区土壤氮素生物地球化学循环过程具有重要作用。
在现有的技术中，仅测定土壤释放N2O温室气体来研究土壤生态系统在调节碳氮平衡，而根际区土壤反硝化过程的测定方法的确定目前尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定根际区土壤反硝化的方法。
为了实现本发明目的，本发明首次提出根际区土壤反硝化过程测定方法的概念，旨在提供一种定量测定根际区土壤反硝化作用方法。
本发明的一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，首先，在生态系统中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外梅花形采样方法，选取10个1m×1m的小单元；其次，在小单元内选取具有植物的取样点，在水平距离植物20、80cm处取土样混合，用土壤刀剔除附着在根系上的大颗粒土壤；然后，用已灭菌的毛刷将紧贴在根系l-5mm 的根际土壤刷入已灭菌自封袋，将取得土样立即放于具有冰块的保温箱保存，运回实验室；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的15N同位素直接测定法，测定根际区土壤反硝化速率。
前述的方法，取回根际土样在24h内进行测定。
前述的方法，15N同位素直接测定法中使用气体流动培养技术。
前述的方法，所述水平距离植物20、80cm处取土壤是指在东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位取土壤样品。
前述的方法，所述自封袋尺寸为：宽17cm ×长24cm。
前述的方法，所述挖取土壤样品体积为：长20cm ×宽20cm ×深50cm 带有根系的土体。
所述的生态系统包括森林、草地或农田。
本发明的优点效果如下：
土壤反硝化过程是生物地球化学氮循环以及N2O等温室气体释放的主要过程，在现有的技术中，仅测定整个土壤包括根系-微生物-凋落物复合系统释放N2O等温室气体来研究土壤生态系统在调节着生态系统碳、氮平衡，而对于根际区土壤反硝化作用的确定目前尚无法直观的测定。因而，本发明通过剔除非根际区土壤，提取根际区土壤测定根际区土壤反硝化作用，对于了解整个物质、能量交换的活跃的根际区参与地球生物化学氮循环具有重要的作用，可以为政府间气候变化专门委员会（IPCC）对研究土壤微生物在应对全球温室气体排放的影响提供基础数据支撑；另外，对于认识根际区生物环境在碳、氮平衡中起到的关键作用重要的指导意义。
附图说明
图1 土壤微生物参与土壤硝化作用的示意图。
图2 为小麦根际区土壤反硝化作用的示意图。
图3 为玉米根际区土壤反硝化作用的示意图。
图4 为本发明实施例中使用的梅花形取点方法。
图5 为本发明实施例中使用的8个方位取土样品的方法。
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15N同位素直接测定土壤反硝化，使用气体流动培养技术。
实施例 测定农田根际区土壤总硝作用的方法
首先，在小麦、玉米地中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外梅花形采样方法（图3），选取10个1m×1m的小单元；其次，在小单元内选取具有植物的取样点，在水平距离植物20、80cm处的东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位取土样混合，每方位小心挖取长20cm ×宽20cm ×深50cm 带有根系的土体，用土壤刀轻轻剔除附着在根系上的大颗粒土壤；然后，用已灭菌的毛刷将紧贴在根系l-5mm 的根际土壤刷入宽17cm ×长24cm已灭菌自封袋，将取得土样立即放于具有冰块的保温箱保存；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的15N同位素直接测定法，测定根际区土壤反硝化速率。
前述的方法，取回根际土样在24h内进行测定。
前述的方法，15N同位素直接测定法中使用气体流动培养技术。
测定步骤如下：
1）在密闭系统中，使用连续流动的He或Ar来清除N2背景含量，
2）在不添加抑制剂的情况下，培养原位土柱来测定反硝化产生的N2和N2O；
3）气袋方法获取的N2和N2O样品，在同位素仪器上测定N2和N2O的15N同位素丰度值，计算得出土壤反硝化速率。
通过计算，小麦根际区土壤反硝化作用分别为：3月份：16.36±5.12 μgN/kg SDWh；4月份：24.80±5.43 μgN/kg SDW h；5月份：37.80±6.23 μgN/kg SDW h；6月份：60.74±7.25 μgN/kg SDW h；7月份：81.63±10.23 μgN/kg SDW h；8月份：77.59±9.09 μgN/kgSDW h；9月份：48.52±6.12 μgN/kg SDW h；10月份：21.24±4.23 μgN/kg SDW h；11月份：11.72±4.19 μgN/kg SDW h；小麦地年平均根际区土壤反硝化作用为42.26±26.33 μgN/kg SDW h。
玉米地根际区壤反硝化作用分别为：3月份：8.28±4.27 μgN/kg SDW h；4月份：15.28±4.58 μgN/kg SDW h；5月份：34.18±5.38 μgN/kg SDW h；6月份：52.91±6.4 μgN/kg SDW h；7月份：74.18±9.38 μgN/kg SDW h；8月份：60.92±8.24 μgN/kg SDW h；9月份：25.89±5.27 μgN/kg SDW h；10月份：16.03±3.38 μgN/kg SDW h；11月份： 4.70±3.34 μgN/kg SDW h；玉米地年平均根际区土壤反硝化作用为32.48±24.83 μgN/kg SDW h。
本发明也适用于草地或林地，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 (7)

1.一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，其特征在于首先，在生态系统中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外梅花形采样方法，选取10个1m×1m的小单元；其次，在小单元内选取具有植物的取样点，在水平距离植物20、80cm处取土样混合，用土壤刀剔除附着在根系上的大颗粒土壤；然后，用已灭菌的毛刷将紧贴在根系l-5mm 的根际土壤刷入已灭菌自封袋，将取得土样立即放于具有冰块的保温箱保存，运回实验室；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的15N同位素直接测定法，测定根际区土壤反硝化速率。
2.根据权利要求1所述的一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，其特征在于，取回根际土样在24 h内进行测定。
3.根据权利要求1所述的一种测定根际区土壤反硝化速率的方法，其特征在于所述的15N同位素直接测定法中使用气体流动培养技术。
4.根据权利要求1所述的一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，其特征在于，所述水平距离植物20、80cm处取土壤是指在东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位取土壤样品。
5.根据权利要求1所述的一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，其特征在于，所述自封袋尺寸为：宽17cm ×长24cm。
6.根据权利要求1所述的一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，其特征在于，每方位挖取土壤样品体积为：长20cm ×宽20cm ×深50cm 带有根系的土体。
7.根据权利要求1所述的一种测定根际区土壤反硝化作用的方法，其特征在于所述的生态系统包括森林、草地或农田。
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