CN106053780A - 一种测定土壤微生物对土壤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土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法，在生态系统选取样地，在样地内，按野外梅花形采样方法，选取10个小单元作断根并移除凋落物处理，在小单元四周外挖壕沟，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；同时，并将地表枯落物清理干净，将尼龙网框固定在小单元上方，以保证小单元内没有根系以及枯落物的存在；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的15N同位素直接测定法，测定田间原位处理小样方土壤反硝化速率，同时测定对照样方的土壤反硝化速率，根据拟合方程计算土壤微生物对土壤反硝化作用的贡献率。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

一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法
技术领域
本发明涉及生物地球化学领域，具体地说，涉及一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法。
背景技术
土壤反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，土壤中的硝酸盐被还原成氮氧化物及氮气的过程；在其生物化学过程中产生的N2及各种氮氧化物如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，此期间，其浓度从工业革命前的270ppm上升到2005年的319ppm。
土壤微生物作为土壤反硝化作用(denitrification)的主要参与者(图1)，通过确定土壤微生物对土壤反硝化作用的贡献率的测定方法，对于认识土壤微生物在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。
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，而土壤微生物本身在没有受到根系-微生物-凋落物复合系统相互耦合作用下对土壤反硝化过程的贡献率的确定目前尚无法直观的测定。
发明内容
本发明的目的是提供一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法。
为了实现本发明目的，本发明首次提出土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率的概念，旨在提供一种定量测定土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率方法。
本发明的一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法，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，在小单元四周外挖壕沟，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；同时，并将地表枯落物清理干净；然后，将的尼龙网框固定在1m×1m的小单元上方，以保证小单元内没有枯落物的存在；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的15N同位素直接测定法，测定田间原位处理小样方土壤反硝化速率，同时测定对照样方的土壤反硝化速率；利用以下拟合公式I计算出土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率：
DMi＝DN1/DN2×100％ 式I
式I中：
DMi：土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率，单位：％；
DN1：1m×1m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
DN2：对照样方土壤反硝化速率，单位：μgN/kg SDW h。
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，所述壕沟0.3m宽，深度超过根深0.2m。
前述的方法，所述尼龙网框的孔径为1mm，尼龙框固定于小样方内土壤0.2m深；所述的尼龙网框尺寸为长0.95m×宽0.95m×高0.3m。
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NO、N2O等温室气 体释放的主要生物化学过程，在现有的技术中，仅测定整个土体土壤包括根系-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，发明人前期已发明测定根系及凋落物对土壤硝化的贡献率的方法，而对于土壤微生物本身在没有受到根系-微生物-凋落物复合系统相互耦合作用下对土壤反硝化过程的贡献率的确定目前尚无法直观的测定。因而，本发明通过截断根系及移除凋落物处理，确定在不受到根系、凋落物的作用下仅仅土壤微生物本身对壤总化过程的贡献率，对于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，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，对于认识土壤微生物在碳、氮平衡中起到的关键作用重要的指导意义。
附图说明
图1土壤微生物作为土壤反硝化作用的主要参与者示意图。
图2a为侧柏土壤微生物对土壤反硝化作用的贡献率示意图。
图2b为油松林土壤微生物对土壤反硝化作用的贡献率示意图。
图3为本发明实施例中使用的梅花形取点方法。
图4为本发明实施例中的壕沟布设图，规格参数为0.3m宽，超过根深0.2m的壕沟。
图5为本发明实施例中1m×1m的小单元样方，网格所示为0.95m(长)×0.95m(宽)×0.3m(高)的尼龙网框，该框可固定于1m×1m的小单元样方内。
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 测定森林土壤微生物对土壤反硝化献率的方法
首先，在侧柏、油松林林中选取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，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；同时，并将地表枯落物扫除干净。然后，将尼龙网框(孔径为1mm)，其规格为0.95m(长)×0.95m(宽)×0.3m(高)，固定在1m×1m的小单元上方，以保证小单元样方没有枯落物的存在。最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的15N同位素直接测定法，测定田间原位处理小样方土壤反硝化速率，同时测定对照样方的土壤反硝化速率。
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。
利用以下拟合方程I确定森林土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率：
DMi＝DN1/DN2×100％ 式I
式I中：
DMi：土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率，单位：％；
DN1：1m×1m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
DN2：对照样方土壤反硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
通过拟合方程的计算，侧柏林土壤微生物对土壤反硝化作用的贡献率为75.07±9.52％，油松林土壤微生物对土壤反硝化作用的贡献率为64.65±11.09％。
本发明也适用于草地或农田，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。
表1不同林分土壤反硝化速率 μgN/kg SDW h

Claims (5)

1.一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法，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，在小单元四周外挖壕沟，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；同时，并将地表枯落物清理干净；然后，将的尼龙网框固定在1m×1m的小单元上方，以保证小单元内没有枯落物的存在；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的15N同位素直接测定法，测定田间原位处理小样方土壤反硝化速率，同时测定对照样方的土壤反硝化速率；利用以下拟合公式I计算出土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率：
DMi＝DN1/DN2×100％ 式I
式I中：
DMi：土壤微生物对土壤反硝化过程的贡献率，单位：％；
DN1：1m×1m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；
DN2：对照样方土壤反硝化速率，单位：μgN/kg SDW h。
2.根据权利要求1所述的一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法，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。
3.根据权利要求1所述的一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法，其特征在于所述壕沟0.3m宽，深度超过根深0.2m。
4.根据权利要求1所述的一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法，其特征在于所述尼龙网框的孔径为1mm，尼龙框固定于小样方内土壤0.2m深；所述的尼龙网框尺寸为长0.95m×宽0.95m×高0.3m。
5.根据权利要求1所述的一种测定土壤微生物对土壤反硝化贡献率的方法，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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