CN106198127A - 一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法 - Google Patents

一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，它涉及温室气体采集方法。本发明要解决现有难以具体明确某一类群土壤动物对土壤温室气体的作用等问题。本发明方法为：采集土样风干，进行培养，采集植物处理后与风干土混合，再添加土壤动物进行培养，采集气体即可。本发明提供了在室内控制实验下，土壤动物具体类群对土壤温室气体排放的影响，为全球气候变化背景下，正确的评估土壤动物对土壤温室气体排放特征的影响，并准确估算气体排放量等方面提供了新的方法；本发明具可以在上述处理中施肥、添加不同类群的动物和加入不同的植物体类型，解决土地利用方式变化的多重模拟功能；本发明工具简单，操作容易，效果显著。

Description

一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验 温室气体采集的方法
技术领域
本发明涉及土壤生态学领域，具体设计一种研究土壤动物对土壤温室气体排放影响的方法。
背景技术
自工业革命以来，大气温室气体浓度急剧增加，引发的全球气候变化已成为当今国内外关注的焦点。土壤是温室气体的重要源和汇，在全球范围内，大约20％的CO2和67％的N2O排放量来自于土壤。尽管土壤温室气体排放量很小，但能显著的影响和改变全球碳、氮平衡和循环，且其排放过程涉及多个复杂的生物过程；如，土壤CO2来源于土壤无脊椎动物、土壤微生物和植物的根系的呼吸，N2O则主要来自土壤硝化和反硝化微生物作用下产生的。研究证明，土壤动物是土壤生态系统重要的组成部分，其取食和活动直接影响土壤物质循环和能量流动，同时土壤动物是地球化学过程的驱动者，调控微量气体代谢，进一步在大尺度上影响大气环境及全球气候变化。其中，土壤动物影响土壤碳、氮循环，但有关不同功能类群土壤动物对土壤温室气体排放的影响及其与土壤理化和生物学性质之间的相互作用方面的研究尚不全面。因而研究土壤动物对土壤温室气体排放的影响及其作用机制，不仅可以加深对我国土壤温室气体排放规律与驱动机制这一重要国际科学问题的认识，而且有利于准确估算我国土壤温室气体对全球气候变化的贡献，为我国温室气体排放估算的提供数据支持和科学依据。
然而，目前关于土壤动物对土壤温室气体排放的影响方面存在一个问题：在野外调查中，很难以具体明确某一类群土壤动物对土壤温室气体的作用，且野外大田采集气体常用的方法是静态箱法，较难于控制具体的温度和湿度，这样就难以阐明土壤动物对土壤温室气体排放的作用机制。而室内控制模拟实验则解决了此难题，且在某些类群土壤动物作用下土壤温室气体的采集较为方便快捷。
发明内容
本发明的目的是为了解决在野外调查中，很难以具体明确某一类群土壤动物对土壤温室气体的作用，且野外大田采集气体常用的方法是静态箱法，较难于控制具体的温度和湿度，这样就难以阐明土壤动物对土壤温室气体排放的作用机制。而室内控制模拟实验则解决了此难题，且在某些类群土壤动物作用下土壤温室气体的采集较为方便快捷；本发明提供了一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法。
本发明的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，它是按照以下步骤进行的：
一、首先在待采集区域内采集0cm～10cm的表层土壤，再过2mm的筛去除植物残体、石块以及大型的土壤动物；在65～70℃下培养20～24h，自然风干待用；
二、称取步骤一中风干处理好的土壤放入广口瓶中，然后添加蒸馏水达到60％～70％的田间持水量；处理完成后，把带有土样的广口瓶放在恒温恒湿培养箱中培养3～5天；
三、在步骤二的土壤样品培养期间，进行野外采集植物；将采集的植物用高压灭菌锅灭菌，剪成小块后再与一定量的风干土混合，然后加入蒸馏水达到60％～70％的田间持水量，待步骤二的土壤样品培养完后，将其覆盖在培养后的土壤样品表层；
四、待以上工作完成后，添加土壤动物类群，添加完毕后放到完全黑暗恒温恒湿培养箱中在温度为20℃～25℃、湿度为40％～60％的条件下，进行培养；
五、待添加土壤动物后，进行土壤温室气体采集；采集前，先把广口瓶从培养箱中拿出来，用电扇吹8～12min，然后盖上胶盖保持密封40～60min后，用带有三通的50mL医用针管与胶盖上的医用三通相连，在抽取气体前，先将针管来回抽拉几次使瓶中气体混合均匀，然后在进行气体的采集。
本发明包含以下有益效果：
1、本发明提供了在室内控制实验下，土壤动物具体类群对土壤温室气体排放的影响，为全球气候变化背景下，正确的评估土壤动物对土壤温室气体排放特征的影响，并准确估算气体排放量等方面提供了新的实验方法；
2、本发明具有延伸性，同时可以在上述处理中施肥、添加不同类群的动物和不同的植物体类型，可解决土地利用方式变化的多重模拟功能；
3、本发明，工具简单，操作容易，效果显著。
附图说明
图1为带有医用三通的胶塞，其中1为胶塞，2为医用三通；
图2为带有三通的抽取气体的50mL医用针管；
图3为黑土农田土壤CO2和N2O排放速率图；
图4为黑土农田土壤CO2和N2O累积通量。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，它是按照以下步骤进行的：
一、首先在待采集区域内采集0cm～10cm的表层土壤，再过2mm的筛去除植物残体、石块以及大型的土壤动物；在65～70℃下培养20～24h，自然风干待用；
二、称取步骤一中风干处理好的土壤放入广口瓶中，然后添加蒸馏水达到60％～70％的田间持水量；处理完成后，把带有土样的广口瓶放在恒温恒湿培养箱中培养3～5天；
三、在步骤二的土壤样品培养期间，进行野外采集植物；将采集的植物用高压灭菌锅灭菌，剪成小块，得活体植物干体，再与风干土混合，然后加入蒸馏水达到60％～70％的田间持水量，待步骤二的土壤样品培养完后，将其覆盖在培养后的土壤样品表层；
四、待以上工作完成后，添加土壤动物类群，添加完毕后放到完全黑暗恒温恒湿培养箱中在温度为20℃～25℃、湿度为40％～60％的条件下，进行培养；
五、待添加土壤动物后，进行土壤温室气体采集；采集前，先把广口瓶从培养箱中拿出来，用电扇吹8～12min，然后盖上胶盖保持密封40～60min后，用带有三通的医用针管与胶盖上的医用三通相连，在抽取气体前，先将针管来回抽拉几次使瓶中气体混合均匀，然后在进行气体的采集。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中培养条件为15℃，湿度为16％。其它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不同的是：步骤二和步骤三中田间持水量均为65％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中活体植物干体与风干土混合后得到的，其中活体植物干体与风干土的质量比为1:22.39。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中所述的湿度是利用称重法保持土壤的湿度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四所述的培养温度为25℃，湿度为50％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤五中保持密封的时间为50min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述带有三通的医用针管指将针头插入医用三通接口内。其它与具体实施方式一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
实施例一：
本实施例选择在吉林省德惠市中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土农田定位观测站，于2015年8月采集的土壤为0～10cm的表层土壤，具体是按照以下步骤进行的：
一、鲜土采集后，过2mm的筛去除植物残体、石块以及大型的土壤动物；在65℃下培养24h，以除去中小型土壤动物，自然风干待用；
二、称取风干处理好的土壤200g放入500cm3的玻璃广口瓶中，共设计了8种处理，每种处理5次重复；完成后添加蒸馏水(150ml/kg)以达到70％的田间持水量。处理完成后，在未添加土壤动物时，把带有土样的广口瓶放在恒温恒湿培养箱中培养3天(15℃，湿度为16％)，主要目的是为了促进微生物种群的恢复；
三、在土壤样品培养期间，准备野外采集的植物。将采集到的植物体用高压灭菌锅灭菌15min，121℃，以去除微生物，测定植物体含碳、氮量后，用剪刀剪成长×宽＝1.5cm×1.5cm小块，2.8g活体植物(1.34g干体)和30g(共需要3.96kg干土)的风干土混合，然后加入蒸馏水(70％的田间持水量)，这部分植物残体和土壤的混合样待土壤培养完毕后，覆盖其表层，这样每个控制试验的总土样重230g(干土)+1.34g(干植物体)；
四、待以上工作完成后，开始添加土壤动物类群，按照预先设定的密度(参考野外实际密度)来添加土壤动物类群；本次添加的土壤动物类群分别为蚯蚓(E)、棘跳(S)、捕食性螨(P，美绥螨、囊螨)，步骤二中的8种处理其中包括两个对照(一个对照不加动物不加凋落物(CS)，另外一个对照不加动物但添加植物残体(CH))，其余6个处理分别为：单独添加E；单独添加S；E+S；E+P；S+P；E+S+P。具体添加密度见表1。动物添加完毕后放到完全黑暗恒温恒湿培养箱中(20℃，60％湿度)，利用称重法保持土壤的湿度，自此，室内控制实验开始；
表1各处理土壤动物添加密度
五、待添加动物24h后测定第一次气体，测定前，先把广口瓶拿出来，用电扇吹10min左右，然后盖上胶盖保持密封50min后取一定量的气体，在抽取气体前，先将针管来回抽拉几次使瓶中气体混合均匀，用气相色谱法进行测定。在接下来的时间，每周测定2次，试验共持续5周；
六、采集的气体样品用气相色谱法进行测定，然后整理数据并分析土壤动物对土壤温室气体排放的影响及作用机制。
各实验处理，不同土壤动物对土壤温室气体排放的影响分析结果如图3和图4：
由图3可知，土壤动物不同类群对土壤温室气体(CO2和N2O)的排放速率影响不同，对于CO2的排放速率，蚯蚓和捕食性螨(EP)处理下远高于CH处理，ESP、SP处理的CO2排放速率低于CH；而对于N2O的排放速率，E、ES和EP处理促进了排放，而ESP、SP和S则对N2O的排放速率有减缓效果。说明本实施例方法可以明确具体土壤动物对土壤温室气体排放的影响。
图4是农田土壤动物对土壤CO2和N2O累积通量的影响，可知对于CO2累积通量，EP处理高于CH和其他处理，但差异不显著，同时S和SP处理可以减缓CO2的排放；对于土壤N2O累积通量，ES处理显著高于其他处理，且仅有S处理可以减缓N2O的排放；这同时也说明本实施例方法可以准确的评估土壤动物具体类群对土壤温室气体排放量的影响，进而评估其对全球气候变化的贡献。

Claims (8)

1.一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、首先在待采集区域内采集0cm～10cm的表层土壤，再过2mm的筛去除植物残体、石块以及大型的土壤动物；在65～70℃下培养20～24h，自然风干待用；
二、称取步骤一中风干处理好的土壤放入广口瓶中，然后添加蒸馏水达到60％～70％的田间持水量；处理完成后，把带有土样的广口瓶放在恒温恒湿培养箱中培养3～5天；
三、在步骤二的土壤样品培养期间，进行野外采集植物；将采集的植物用高压灭菌锅灭菌，剪成小块，得活体植物干体，再与风干土混合，然后加入蒸馏水达到60％～70％的田间持水量，待步骤二的土壤样品培养完后，将其覆盖在培养后的土壤样品表层；
四、待以上工作完成后，添加土壤动物类群，添加完毕后放到完全黑暗恒温恒湿培养箱中在温度为20℃～25℃、湿度为40％～60％的条件下，进行培养；
五、待添加土壤动物后，进行土壤温室气体采集；采集前，先把广口瓶从培养箱中拿出来，用电扇吹8～12min，然后盖上胶盖保持密封40～60min后，用带有三通的医用针管与胶盖上的医用三通相连，在抽取气体前，先将针管来回抽拉几次使瓶中气体混合均匀，然后在进行气体的采集。
2.根据权利要求1所述的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于步骤二中培养条件为15℃，湿度为16％。
3.根据权利要求1所述的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于步骤二和步骤三中田间持水量均为65％。
4.根据权利要求1所述的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于步骤三中活体植物干体与风干土混合后得到的，其中活体植物干体与风干土的质量比为1:22.39。
5.根据权利要求1所述的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于步骤四中所述的湿度是利用称重法保持土壤的湿度。
6.根据权利要求1所述的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于步骤四所述的培养温度为25℃，湿度为50％。
7.根据权利要求1所述的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于步骤五中保持密封的时间为50min。
8.根据权利要求1所述的一种基于土壤动物与土壤温室气体关系研究的室内控制实验温室气体采集的方法，其特征在于所述带有三通的医用针管指将针头插入医用三通接口内。
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