CN108593882B - 一种测定土壤微生物生物量氮的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种土壤微生物生物量氮的测定装置，包括箱体，和设于所述箱体内的紫外灯和土壤培养瓶旋转装置；土壤培养瓶旋转装置上设有若干土壤培养瓶并控制所述土壤培养瓶以平行于箱体底部的轴为中心旋转。所述紫外灯均匀布置于所述箱体的六个内表面上。本发明还提供一种土壤微生物生物量氮的测定方法。本发明通过设置在六个面的紫外灯，保证了土壤培养瓶中的土壤在各个角度都能完全接受到紫外线，保证了实验的准确性；通过旋转装置，使土壤培养瓶中的土壤充分翻动并都能接受到紫外线照射，进一步保证了实验的科学性及准确性。
Description
技术领域
本发明属于生态氮循环领域，具体涉及一种测定土壤微生物生物量氮的方法及装置。
背景技术
土壤微生物生物量氮是土壤中体积<5000μm3活的和死的生物体(不含活体植物根系)内氮的总和，它是土壤有机态氮中最活跃的一部分，是土壤中有机-无机态氮转化的关键环节之一。一方面，它可以表征土壤微生物生物量，土壤微生物是土壤中物质循环的调解者，同时也是有机物质库和速效养分的一部分，它对环境变化非常敏感，能够较早的响应生态系统功能的变化，进而影响土壤养分的循环和有效性；另一方面，土壤微生物生物量氮的活性及其消长被认为是土壤氮素内循环的本质性内容，与土壤中各种形态的氮均有密切关系，而且有越来越多的研究用土壤微生物生物量氮来评价栽培管理、耕作制度、施肥等农业措施对土壤的影响。
现行的测定土壤微生物生物量氮的方法有氯仿熏蒸-紫外比色法、熏蒸-淹水培养法和熏蒸-通气培养法和熏蒸-直接提取法等，这些方法各有优缺点，其中熏蒸-直接提取法在科学实验中应用较多，其原理是氯仿蒸汽进入土壤，杀死其中的微生物，死亡的微生物分解释放其内容物，与未熏蒸的土壤相比较的差值即为微生物生物量氮。具体步骤为：将土壤分成两份，一份放入可抽真空的干燥器内，其中放入氯仿、蒸馏水和氢氧化钠溶液，然后抽真空使氯仿沸腾，避光培养24h后将氯仿蒸汽抽尽；另一份土壤也放入真空干燥器内抽真空(里面不放氯仿溶液)，也避光培养24h后与熏蒸的土壤一起加入1：2.5(土水比例)的0.5MK2SO4溶液，震荡0.5h，定量滤纸过滤后用TOC(总有机碳分析仪)测定总氮含量，熏蒸与未熏蒸的总氮含量的差值即为微生物生物量氮的含量。
此方法中最重要的一步即为氯仿熏蒸的过程，其直接关系到最后的结果是否为真实值。但是传统所用的氯仿熏蒸方法，存在很多的缺点：1.氯仿熏蒸前处理操作费时费力且存在一定危险性,因氯仿纯品对光敏感，遇光照会与空气中的氧作用，逐渐分解而生成剧毒的光气(碳酰氯)和氯化氢，所以购买回来的氯仿都是加入0.6％～1％的乙醇作稳定剂的，但是在抽真空过程中，因为氯仿含有乙醇，会很难沸腾，增加了实验难度，所以在熏蒸法中，氯仿都是要经过去乙醇处理的，方法是将氯仿和水先后倒入分液漏斗，摇匀后静置分层，上层为水层将其倒掉，取下层有机层，反复三次将氯仿中的乙醇去掉，且全程应该处在避光状态中进行，以避免氯气分解。这整个的前处理过程会增加实验准备时间，增加了氯仿熏蒸法的操作复杂程度。2.现在市面上销售的真空干燥器不稳定，在24h避光培养时出现漏气的几率较大，一旦漏气实验即失败，要重新操作；3.氯仿蒸汽见光所分解的光气有剧毒，而且氯仿本身也有较强毒性，人体大量吸入会引起急性中毒，长期吸入会导致慢性中毒，对肝脏危害较大；4.由于氯仿以及分解气均存在毒性，所以操作时必须在通风橱内或佩戴防毒面具，前者不利于野外操作，后者影响操作灵敏度；5.氯仿蒸汽进入土壤杀死微生物，但是后期很难排尽，土壤中始终会残留氯仿，对实验结果产生影响。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种土壤微生物生物量氮的测定装置。
本发明所提供的土壤微生物生物量氮的测定装置，包括箱体，和设于所述箱体内的紫外灯和土壤培养瓶旋转装置。
所述土壤培养瓶旋转装置上设有若干土壤培养瓶并控制所述土壤培养瓶以平行于箱体底部的轴为中心旋转。
所述箱体的内壁上均设有所述紫外灯。
所述紫外灯均匀布置于所述箱体的六个内表面上。
所述土壤培养瓶旋转装置包括底座和支架；所述底座设于所述箱体的底部；所述支架上设有与所述箱体底部垂直的培养瓶转盘，所述培养瓶转盘上可固定若干所述土壤培养瓶。
所述培养瓶转盘由驱动机构驱动进行旋转。
所述支架上设置2个沿所述支架对称布置的所述培养瓶转盘。
所述培养瓶转盘设有通孔，所述土壤培养瓶通过所述通孔与箱体底部平行方向固定于所述培养瓶转盘上。
所述驱动机构包括减速电机和与之配合的传动轴；
所述传动轴与所述培养瓶转盘相连接。
所述土壤微生物生物量氮的测定装置还可包括微电脑。
所述微电脑与紫外灯及土壤培养瓶旋转装置连接，用于对紫外灯照射时间、照度及土壤培养瓶旋转速度进行编程控制。
所述箱体底部还加装万向脚轮。
所述紫外灭菌灯管具体可为长度45cm的15W紫外灭菌灯。
所述培养瓶转盘可由ABS工程塑料制成。
所述土壤培养瓶可由石英玻璃制成，以保证紫外线的穿透率。
进一步地，按照测定土壤微生物微生物氮后续浸提实验的要求，所述土壤培养瓶可定制为直径5cm，高度9cm，螺旋口5.0cm的有盖的圆瓶形状。
本发明还提供一种测定土壤微生物生物量氮的新方法，包括下述步骤：
1)将待测土壤样品进行紫外照射处理，得到紫外照射后的土壤样品；
2)分别测定紫外照射后土壤样品与未照射的土壤样品的全氮含量；
3)根据下述公式计算待测土壤样品的微生物生物量氮：
土壤微生物生物量氮＝EN/KEN
式中：EN＝紫外照射后土壤样品的全氮含量-未照射土壤样品的全氮含量；KEN为转化系数，取值0.45。
上述方法步骤1)中，所述紫外照射处理利用上述土壤微生物生物量氮的测定装置实现。
所述紫外照射处理的操作为：将待测土壤样品放入所述测定装置的土壤培养瓶中，将土壤培养瓶固定在所述培养瓶转盘上，使所述培养瓶转盘匀速转动，开启紫外灯，使得所述土壤培养瓶内的土壤充分翻动并都能接受到紫外线照射，当时间到达设定时长，关闭，实验完成。
其中，培养瓶转盘的转速可为8-12r/h，具体可为10r/h。
紫外照射的时间可为24-48h，具体可为24h。
上述方法步骤2)中，所述紫外照射后土壤样品与未照射的土壤样品的全氮含量的测定可通过下述操作实现：将照射后土壤样品与未照射的土壤样品分别采用K2SO4溶液浸提，收集滤液；然后采用TOC仪测定滤液中的全氮含量，分别得到紫外照射后土壤样品与未照射的土壤样品的全氮含量。
其中，未照射的土壤样品在进行全氮含量测定之前，需进行以下处理：将土壤样品放入所述测定装置的土壤培养瓶中，将土壤培养瓶固定在所述培养瓶转盘上，使所述培养瓶转盘匀速转动，使得所述土壤培养瓶内的土壤充分翻动，时间到达设定时长，即可；
所述培养瓶转盘的转速同紫外照射过程中的转速，转动时间同紫外照射过程中的转动时间。
本发明具有以下优点：1、通过设置在六个面的紫外灯，保证了土壤培养瓶中的土壤在各个角度都能完全接受到紫外线，保证了实验的准确性。2、通过旋转装置，设置为10圈/分钟的旋转速度，使土壤培养瓶中的土壤充分翻动并都能接受到紫外线照射，进一步保证了实验的科学性及准确性。3、配套的土壤培养瓶，材质为石英玻璃，对于紫外线有优良的透射性，可以保证土壤培养瓶中的土壤能够得到充分灭菌，并且按照测定土壤微生物微生物氮后续浸提实验的要求，尺寸定制为直径5.0cm，高度9.0cm，螺旋口5.0cm的有盖的圆瓶形状，省却了下一步实验更换实验器皿的步骤，减少了实验人员的工作量，进一步提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为旋转装置的局部放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所述待测土壤取自东北松嫩平原。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种土壤微生物生物量氮的测定装置，包括箱体，和设于所述箱体内的紫外灯和土壤培养瓶旋转装置。
箱体由优质钢板冲制成型，表面喷塑处理，内胆采用镜面不锈钢组成。外形尺寸为长50cm，宽50cm，高80cm。箱体底部加装万向脚轮。
紫外灯安装于整个箱体六个面上，均采用长度45cm的15W紫外灭菌灯，每个面8支紫外灭菌灯管，保证土壤瓶旋转过程中整个箱体中都有紫外灭菌灯照射。
石英土壤培养瓶旋转装置包括底座和支架；所述底座设于所述箱体的底部；所述支架上设有与所述箱体底部垂直的培养瓶转盘，所述培养瓶转盘上可固定若干所述土壤培养瓶；
所述培养瓶转盘由驱动机构驱动进行旋转。
所述支架上设置2个沿所述支架对称布置的所述培养瓶转盘。
所述培养瓶转盘按照5.0mm直径开孔，以便于将100ml的石英土壤培养瓶瓶口方垂直固定。转盘由ABS工程塑料制成，尺寸为直径20cm的圆形，可以放置20个土壤培养瓶。转动时间控制在10圈/分钟。两个转盘共可放置土壤培养瓶40个。
将过2mm筛的待测土壤称取12份，每份10g，将12份土壤分别放入100ml石英瓶中，其中6个石英瓶放在上述土壤微生物生物量氮的测定装置的旋转装置上，设置转速为10r/h，(匀速转动，以使紫外照射处理更充分)，开启紫外灯，设置照射实验时间为24h，设备运转。另外6个石英瓶作为对照，放在另外一个测定装置中的旋转装置上，转速同样为设置为10r/h，关闭所有紫外灭菌灯，设置实验时间为24h。当时间到达设定时长，设备自动关闭，实验完成。
将照射与未照射的共12个石英瓶取下，分别加入25ml 0.5M K2SO4溶液，中速震荡0.5h后静置，定量滤纸过滤；
用TOC仪测定滤液中的全氮含量；
根据下述公式计算待测土壤样品的微生物生物量氮：
土壤微生物生物量氮＝EN/KEN
式中：EN＝紫外照射后土壤样品的全氮含量-未照射土壤样品的全氮含量；KEN为转化系数，取值0.45。
测定的土壤样品的微生物生物量氮平均值为0.0373mg/g。
对比例
利用现有通用的熏蒸技术处理土壤样品，测定土壤样品中的微生物生物量氮，与本发明采用方法测定结果对比如下表：
熏蒸和紫外处理微生物生物量氮的数据对比结果
P>0.05：说明两组数据没有显著差异。
Claims (1)
1.一种测定土壤微生物生物量氮的方法，包括下述步骤：
1)将待测土壤样品进行紫外照射处理，得到紫外照射后的土壤样品；
2)分别测定紫外照射后土壤样品与未照射的土壤样品的全氮含量；
3)根据下述公式计算待测土壤样品的微生物生物量氮：
土壤微生物生物量氮＝EN/KEN
式中：EN＝紫外照射后土壤样品的全氮含量-未照射土壤样品的全氮含量；KEN为转化系数，取值0.45；
步骤1)中，所述紫外照射处理利用土壤微生物生物量氮的测定装置实现；
所述紫外照射处理的操作为：将待测土壤样品放入所述土壤培养瓶中，将土壤培养瓶固定在所述土壤培养瓶转盘上，使所述土壤培养瓶转盘匀速转动，开启紫外灯，当时间到达设定时长，关闭，即可；
所述土壤培养瓶转盘的转速为8-12r/h；
紫外照射的时间为24-48h；
所述土壤微生物生物量氮的测定装置，包括箱体和设于所述箱体内的紫外灯和土壤培养瓶旋转装置；
所述土壤培养瓶旋转装置上设有若干土壤培养瓶并控制所述土壤培养瓶以平行于箱体底部的轴为中心旋转；
所述箱体的内壁上均设有所述紫外灯；
所述紫外灯均匀布置于所述箱体的六个内表面上；
所述土壤培养瓶旋转装置包括底座和支架；
所述底座设于所述箱体的底部；
所述支架上设有与所述箱体底部垂直的土壤培养瓶转盘，所述土壤培养瓶转盘上可固定若干所述土壤培养瓶；
所述土壤培养瓶转盘由驱动机构驱动进行旋转；
所述土壤培养瓶转盘设有通孔，所述土壤培养瓶通过所述通孔与所述箱体底部平行方向固定于所述土壤培养瓶转盘上；
所述驱动机构包括减速电机和与之配合的传动轴；
所述传动轴与所述土壤培养瓶转盘相连接；
所述支架上设置2个沿所述支架对称布置的所述土壤培养瓶转盘；
未照射的土壤样品在进行全氮含量测定之前，需进行以下处理：将土壤样品放入土壤培养瓶中，将土壤培养瓶固定在所述土壤培养瓶转盘上，使所述土壤培养瓶转盘匀速转动，使得所述土壤培养瓶内的土壤充分翻动，时间到达设定时长，即可。
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