CN112683939A

CN112683939A - 在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法

Info

Publication number: CN112683939A
Application number: CN202011484257.0A
Authority: CN
Inventors: 刘振
Original assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Current assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明涉及土壤生物代谢技术领域，具体涉及一种在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法，包括以下步骤：向灭菌处理后的不含无机碳的土壤层中加入培养液和微生物接种液，避光培养一定时间后，检查土壤层上表面的无机碳形成情况及其元素组成，对在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳的形成过程进行研究。本发明提供的研究方法，可以通过土壤观测界面在最大程度上清晰、直观地观测盐碱地土壤微生物形成无机碳晶体的过程，是对现有研究土壤微生物形成土壤无机碳过程方法的改进与创新，更为研究微生物的特定代谢过程，提供了一种简单、精确、直观的方法。

Description

在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法

技术领域

本发明涉及土壤生物代谢技术领域，具体涉及一种在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法。

背景技术

微生物调控下的土壤关键生源要素的热力学和动力学特征，近年来逐渐成为研究的热点。尤其是在全球变化和土地利用变化的背景下，盐土和碱土以及各种盐化、碱化土地的土壤无机碳的形成、转化、稳定等过程，更是研究的热点所在。近年来的研究发现，微生物的代谢过程在土壤无机碳的形成过程中起到了重要的作用。现有方法多基于培养手段以及同位素示踪的手段，研究其中的转运和代谢过程，这些方法无法细致观测和研究实际发生在土壤界面上的微生物代谢过程，制约了深入认识元素生物地球化学循环有关的物理、化学和生物化学过程。此外，现有基于直观观测的方法，其操作复杂，实验需求条件高，花费较大，无法进行大量的、简单的重复性实验工作。因此，为了更深入、更直观地检测微生物形成土壤无机碳的过程，有必要对现有的研究方法进行改进和创新。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法，以期通过该方法深入、直观地观测土壤微生物形成无机碳的过程。

具体来说，本发明提供了如下技术方案。

一种在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法，包括以下步骤：

(1)去除盐碱地土壤中的无机碳，得到不含无机碳的土壤；

(2)向去离子水中加入所述不含无机碳的土壤及粘结剂并混匀，得到土壤悬浊液；

(3)将所述土壤悬浊液移至培养皿上，干燥后得到土壤层；

(4)向去离子水中加入所述盐碱地土壤，摇匀，静置，取上清液，经过灭菌处理后作为培养液；

(5)向灭菌去离子水中加入所述盐碱地土壤，摇匀，静置，取上清液作为微生物接种液；

(6)向灭菌处理后的所述土壤层中加入所述培养液和所述微生物接种液，避光培养一定时间后，检查土壤层上表面的无机碳形成情况及其元素组成，对在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳的形成过程进行研究。

优选的，上述研究方法中，所述盐碱地土壤为过0.05～0.15mm孔径筛除杂后的盐碱地土壤。

优选的，上述研究方法中，步骤(1)中，通过对盐碱地土壤进行酸化处理、中和处理、淋洗处理和烘干处理，去除盐碱地土壤中的无机碳，得到不含无机碳的土壤。

优选的，上述研究方法中，步骤(2)中，所述去离子水与所述不含无机碳的土壤的质量比为0.5:1～2:1。

优选的，上述研究方法中，步骤(2)中，所述粘结剂为聚乙二醇、羧甲基纤维素钠或聚丙烯酸钠，优选的，所述粘结剂的加入量为所述不含无机碳的土壤的质量的0.1～0.2％。

优选的，上述研究方法中，步骤(2)中，所述混匀为先以500转/min以上的转速旋涡振荡1min以上，再以50W以上的功率超声振荡2min以上。

优选的，上述研究方法中，步骤(4)中，所述去离子水与所述盐碱地土壤的质量比为0.5:1～2:1。

优选的，上述研究方法中，步骤(5)中，所述灭菌去离子水与所述盐碱地土壤的质量比为8:1～12:1。

优选的，上述研究方法中，步骤(3)中，将50～200μL所述土壤悬浊液移至培养皿上；

和/或，步骤(6)中，向所述培养皿上的土壤层中加入3～7mL所述培养液；

和/或，步骤(6)中，向所述培养皿上的土壤层中加入5～15μL所述微生物接种液。

优选的，上述研究方法中，步骤(6)中，所述灭菌处理为将所述土壤层在130℃下灭菌10～30min。

本发明所取得的有益效果：

本发明提供的在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法，可以通过土壤观测界面在最大程度上清晰、直观地观测盐碱地土壤微生物形成无机碳晶体的过程，是对现有研究土壤微生物形成土壤无机碳过程方法的改进与创新，更为研究微生物的特定代谢过程，提供了一种简单、精确、直观的方法。

附图说明

图1为本发明实施例1中用于观测盐碱地土壤微生物形成无机碳晶体过程的土壤层制作过程。

附图标记：3、共聚焦培养皿；4、均质土壤层；6、不含无机碳的土壤；7、去离子水；8、粘结剂；9、试管；10、土壤悬浊液；11、滴管。

图2为实验组培养2个月后土壤观测界面的扫描电镜图片。

图3为对照组培养2个月后土壤观测界面的扫描电镜图片。

图4为实验组培养2个月后土壤观测界面上形成的矿物质晶体的能谱图。

图5为对照组培养2个月后土壤观测界面上物质的能谱图。

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。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下实施例中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

以下实施例中，所用盐碱地土壤为黄河三角洲地区表层0-20cm的滨海盐碱土(土壤pH 8.26，电导率1413μm/cm，容重1.36g/cm³，孔隙度38.50％，粘粒8.30％，粉粒65.68％，沙粒26.02％)。

实施例1制备均质土壤层

结合图1所示，制备均质土壤层4：先将不含无机碳土壤6置于盛有去离子水7的试管9中(土水重量比为1:1)，加入粘结剂8，经过混匀过程，制成土壤悬浊液10，然后用滴管11移至共聚焦培养皿3的凹槽内，置于洁净环境中晾干，共聚焦培养皿3凹槽内粘附的土壤薄层即为均质土壤层4，均质土壤层4的上表面为用于观测盐无机碳晶体形成的“土壤观测界面”。

其中：

所述共聚焦培养皿3的规格为35mm共聚焦培养皿，波底直径为15mm。

所述不含无机碳的土壤6，其制备过程为对过0.05mm孔径土壤筛的盐碱地土壤依次进行用过量盐酸溶液进行酸化处理、用氢氧化钠溶液配合pH计进行中和处理、用去离子水进行淋洗处理和60℃条件下烘干处理后即得。

所述加入的粘结剂8为聚乙二醇，加入量为不含无机碳土壤6重量的0.15％。所述混匀过程，先旋涡振荡(转速1000转/min；振荡时间3min)，再超声振荡(功率80W；振荡时间3min)。

所述用滴管11移至共聚焦培养皿3的凹槽内的土壤悬浊液10为100μL。

实施例2研究方法

利用实施例1所述均质土壤层的“土壤观测界面”观测盐碱地土壤微生物形成无机碳晶体过程，包括如下步骤：

1、取盐碱地土壤，移至盛有去离子水的烧杯中，土水重量比为1:1，充分摇匀后，静置，获取土壤上清液。将上清液进行灭菌处理(在高温高压灭菌器中121℃条件下灭菌30min)，获得灭菌后的上清液，作为形成碳酸盐晶体过程的培养液；

2、取盐碱地土壤，移至盛有灭菌去离子水的试管中，土水重量比为1:10，充分摇匀后，取100μL上清液作为微生物接种液；

3、将实施例1制作好的均质土壤层在121℃条件下灭菌20min，获得灭菌处理的均质土壤层。然后，在无菌环境中，将5mL培养液置于共聚焦培养皿3的波底内，并加入10μL微生物接种液，盖上培养皿盖，作为实验组；同时，设置加入10μL灭菌处理的微生物接种液的组别作为对照组；

4、将接种好的均质土壤层，在25℃条件下，避光培养2个月。培养结束后，取适量均质土壤层，置于扫描电子显微镜下，并结合能谱分析，观测实验组和对照组均质土壤层上表面的“土壤观测界面”的矿物晶体形成情况，并检测其元素组成。

结果见图2-3和表1-2，图2为实验组培养2个月后土壤观测界面的扫描电镜图片，图3为对照组培养2个月后土壤观测界面的扫描电镜图片。图2显示接种微生物的实验组有独立于界面上的球形的晶体形成，而图3中并没有此类晶体的形成。图4为实验组培养2个月后土壤观测界面上形成的矿物质晶体的能谱图，结合能谱图分析土壤观测界面上矿物质晶体中元素的组成，结果如表1所示，发现实验组土壤观测界面上形成的晶体中，碳元素(C)含量为40.20％。图5为对照组培养2个月后土壤观测界面上物质的能谱图，结合能谱图分析土壤观测界面上物质中元素的组成，结果如表2所示，发现对照组土壤观测界面上物质中C含量为11.43％，远低于实验组中C元素含量，也就是说在实验组土壤观测界面上经过微生物的代谢作用促进了无机碳晶体的形成。

表1

表2

可见，本发明提供的一种在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法，可以通过土壤观测界面在最大程度上清晰、直观地发现盐碱地土壤微生物形成无机碳晶体的过程，这为研究微生物的特定代谢过程，提供了一种简单、精确、直观的方法。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，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

1.一种在微生物作用下盐碱地土壤中无机碳形成过程的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)去除盐碱地土壤中的无机碳，得到不含无机碳的土壤；

(3)将所述土壤悬浊液移至培养皿上，干燥后得到土壤层；

2.根据权利要求1所述的研究方法，其特征在于，所述盐碱地土壤为过0.05～0.15mm孔径筛除杂后的盐碱地土壤。

3.根据权利要求1或2所述的研究方法，其特征在于，步骤(1)中，通过对盐碱地土壤进行酸化处理、中和处理、淋洗处理和烘干处理，去除盐碱地土壤中的无机碳，得到不含无机碳的土壤。

4.根据权利要求1-3任一项所述的研究方法，其特征在于，步骤(2)中，所述去离子水与所述不含无机碳的土壤的质量比为0.5:1～2:1。

5.根据权利要求1-4任一项所述的研究方法，其特征在于，步骤(2)中，所述粘结剂为聚乙二醇、羧甲基纤维素钠或聚丙烯酸钠，优选的，所述粘结剂的加入量为所述不含无机碳的土壤的质量的0.1～0.2％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的研究方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混匀为先以500转/min以上的转速旋涡振荡1min以上，再以50W以上的功率超声振荡2min以上。

7.根据权利要求1-6任一项所述的研究方法，其特征在于，步骤(4)中，所述去离子水与所述盐碱地土壤的质量比为0.5:1～2:1。

8.根据权利要求1-7任一项所述的研究方法，其特征在于，步骤(5)中，所述灭菌去离子水与所述盐碱地土壤的质量比为8:1～12:1。

9.根据权利要求1-8任一项所述的研究方法，其特征在于，步骤(3)中，将50～200μL所述土壤悬浊液移至培养皿上；

10.根据权利要求1-9任一项所述的研究方法，其特征在于，步骤(6)中，所述灭菌处理为将所述土壤层在121℃下灭菌10～30min。