CN204789346U - 一种测定土壤氨基酸供应能力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种测定土壤氨基酸供应能力的装置，包括阀门、第一漏斗、土壤样品管、进气管、托盘、第二漏斗、空气过滤器、圆底烧瓶、真空泵、支撑架、固定圈。第一漏斗倒扣于土壤样品管上部，土壤样品管下部连接第二漏斗，托盘固定于土壤样品管底部，托盘上连接诸多进气管，托盘除与进气管连接处通气外，其他位置均密封，第二漏斗连接空气过滤器，空气过滤器下部连接一圆底烧瓶，圆底烧瓶左上部连接真空泵，进气管管壁及上部密集分布着0.1mm的微孔，在外侧管壁及上部包裹一层醋酸纤维滤膜，孔径为0.45微米。本实用新型设计合理，制作成本低，操作方便。采用本实用新型装置连续采集培养24h的土壤中液体，通过数学拟合的方法研究土壤氨基酸的潜在供应能力，有效评价土壤氨基酸的生物有效性。该方法操作简便，取样过程对土壤的扰动小，可以对不同土壤的氨基酸供应能力进行快速准确的评价。

Description

一种测定土壤氨基酸供应能力的装置

技术领域

本实用新型属于土壤科学领域，涉及土壤游离氨基酸分离装置，尤其涉及一种测定土壤氨基酸供应能力的装置及其应用。

背景技术

土壤中包含多种含氮化合物，如小分子的氨基酸、硝态氮、铵态氮，大分子物质如多肽及蛋白质，且无机氮与有机氮、大分子物质与小分子物质存在着复杂的动态转化。随着研究的深入，越来越多的研究表明植物具有吸收土壤中有机氮尤其是氨基酸的能力（2013，曹小闯），土壤有机氮无需转化为无机氮就可以作为植物生长的重要氮源。然而，之前的研究主要集中于土壤无机氮的研究，对土壤有机氮尤其是氨基酸的种类、含量、对植物的生物有效性、影响其生物有效性的生态环境因子等研究相对缺乏。

土壤溶液是指含有多种植物生长利用有效成分的土壤水溶液，其与土壤颗粒、植物根系之间相互作用，是影响植物吸收营养物质的重要因素。因此研究土壤溶液的成分、可溶性有机物质的含量对生态学、环境科学、植物营养学具有重要的意义。在有机氮的研究中，根据土壤溶液提取方法的不同可以分为溶解性有机氮（DON）和提取态有机氮（EON）。EON是指能被水、盐溶液（KCl、K₂SO₄、CaCl₂等）或者电超滤法提取出来的有机氮，由于震荡、离心、过滤等过程改变了土壤的原始结构，影响了土壤颗粒与溶液的的交换吸附，难以反映土壤溶液的真实情况。DON指原位土壤溶液或自然淋洗液中的有机氮，多采用真空杯法或者超速离心提取土壤孔隙溶液。DON能够更好地反映土壤溶液的氮素状况，但现在所采用的方法对同一土壤只采集测定一次，采集后土壤受到离心作用后质地改变。为更好地表征土壤氨基酸的潜在供应能力，定量评价土壤氨基酸的通量，应在培养条件下多次长时间测定土壤溶液中氨基酸的含量，研究氨基酸的动态变化，确定不同土壤蛋白质等大分子物质转化为氨基酸、氨基酸转变为无机氮的能力。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测定土壤氨基酸供应能力的装置，采用该装置及方法可以长时间的培养土壤，且可以在尽可能减少扰动土壤的前提下，多次测定土壤溶液中氨基酸的含量，根据氨基酸的变化规律评价土壤氨基酸的供应能力。

本实用新型测定土壤氨基酸供应能力的装置，包括阀门、第一漏斗、土壤样品管、进气管、托盘、第二漏斗、空气过滤器、圆底烧瓶、真空泵、支撑架、固定圈，第一漏斗倒扣于土壤样品管上部，土壤样品管下部连接第二漏斗，托盘固定于土壤样品管底部，托盘上连接诸多根进气管，托盘除与进气管连接处通气外，其他位置均密封，第二漏斗连接一空气过滤器，空气过滤器下部连接一圆底烧瓶，圆底烧瓶左上部连接真空泵，支撑架通过固定圈固定土壤样品管。

托盘除与进气管连接处通气外，其他位置均密封，进气管材质为聚乙烯，管壁及上部密集分布着0.1mm的微孔，在外侧管壁及上部包裹一层醋酸纤维滤膜，孔径为0.45微米，空气过滤器内置两层孔径为0.22微米的醋酸纤维滤膜。

本实用新型提供的装置可在测定土壤游离氨基酸通量中应用，通过以下步骤实现：

（1）确定待测定样品的最大持水量，具体步骤如下：在环刀取土器底端放大小合适滤纸2张，用纱布包好后用橡皮筋扎好，将采集后过2-4mm筛的土壤加入到环刀取土器中，稍稍压实，将装满土壤的环刀取土器放在玻璃皿中，玻璃皿中事先放2～3层滤纸，用滴管不断地滴加水于滤纸上，使滤纸经常保持湿润状态，至水份沿毛管上升而全部充满达到恒重为止，取出环刀取土器，去掉滤纸，取出一部分土壤放入已知重量的铝盒内称重，放入105℃～110℃烘箱中，烘至恒重，取出称重，计算得到某一土壤样品的最大持水量，因后续测定氨基酸通量的需要，该方法测定的最大持水量与田间持水量存在较大的差异；

（2）取下阀门、第一漏斗、土壤样品管、进气管、托盘、第二漏斗称重，先在托盘上连接进气管，再将托盘固定于土壤样品管底部，称取土壤样品，装入土壤样品管中至4/5高度，缓慢的向土壤中加入纯净水至上述计算的最大持水量，将第二漏斗、第一漏斗与土壤样品管连接，第二漏斗底部连接空气过滤器，空气过滤器下连接一圆底烧瓶，在连接前在圆底烧瓶中添加0.1-1ml100mM的氨苄青霉素溶液，以防止采集到圆底烧瓶的土壤溶液中有机物质尤其是氨基酸被微生物分解；

（3）关闭阀门，将该装置放置于室温恒定25℃的黑暗环境下，将土壤在最大持水量条件下恒温培养24h，关闭阀门，可以防止土壤中水分蒸发，而第一漏斗中贮存的氧气足够土壤在24h内的呼吸作用；

（4）培养24h后，打开阀门，打开真空泵，将土壤溶液抽滤到圆底烧瓶中，采集完成后，迅速将圆底烧瓶中液体放置于4℃冰箱中，测定提取的溶液体积，记为A1，尽快检测溶液中氨基酸浓度,浓度记为C1，氨基酸含量采用茚三酮比色法测定；

（5）培养10-20天，每天重复步骤2-4，测定提取土壤溶液体积，分别记为A2，A3……A10-A20，氨基酸浓度分别记为C2，C3……C10-C20，待土壤溶液中氨基酸的含量（浓度*体积）趋于稳定，以此段时间氨基酸的总提取量来测定土壤氨基酸的供应能力，计算公式为：土壤氨基酸的供应能力=第一次培养后提取的土壤溶液的量A1*溶液氨基酸浓度C1+第二次培养后提取的土壤溶液的量A2*溶液氨基酸浓度C2+……+第10-20次培养后提取的土壤溶液的量A10-20*溶液氨基酸浓度C10-20。

本实用新型操作简便，通气管的设置可以使上下层土壤受力均匀，减少提取土壤溶液后对土壤样品理化性状的改变，采用0.45微米滤膜过滤后可以提取小分子有机氮，尤其是氨基酸，而将大分子物质如蛋白质、多肽等物质留存在土壤中，通过长时间持续测定土壤溶液中氨基酸的含量，就可以综合评价土壤氨基酸的潜在通量，对研究及科学评价自然土壤中氨基酸的生物有效性提供理论基础。

附图说明

图1是本实用新型装置结构示意图。

图2是萧山土壤培养后氨基酸浓度。

图3是仙居土壤培养后氨基酸浓度。

具体实施方式

本实用新型结合附图和实施例作进一步的说明。

实施例一

参见图1，本实用新型提供的一种测定土壤氨基酸供应能力的装置，包括阀门1、第一漏斗2、土壤样品管3、进气管4、托盘5、第二漏斗6、空气过滤器7、圆底烧瓶8、真空泵9、支撑架10、固定圈11，第一漏斗1倒扣于土壤样品管3上部，土壤样品管3下部连接第二漏斗6，托盘5固定于土壤样品管3底部，托盘5上连接诸多根进气管4，托盘5除与进气管4连接处通气外，其他位置均密封，第二漏斗6连接空气过滤器7，空气过滤器7下部连接一圆底烧瓶8，圆底烧瓶8左上部连接真空泵9，支撑架10通过固定圈11固定土壤样品管3。

进气管4材质为聚乙烯，管壁及上部密集分布着0.1mm的微孔，在外侧管壁及上部包裹一层醋酸纤维滤膜，孔径为0.45微米。空气过滤器7内置两层孔径为0.22微米的醋酸纤维滤膜。

实施例二

1.采集位于萧山近海冲积平原的具有悠久水稻种植历史的粉砂壤土，稍微晾干后（不同于风干，含水量大于风干土）过4mm筛，在环刀取土器底端放大小合适滤纸2张，用纱布包好后用橡皮筋扎好，将过4mm筛的土壤加入到环刀取土器中，稍稍压实，将装满土壤的环刀取土器放在玻璃皿中，玻璃皿中事先放2～3层滤纸，用滴管不断地滴加水于滤纸上，使滤纸经常保持湿润状态，至水份沿毛管上升而全部充满达到恒重为止，取出环刀取土器，去掉滤纸，取出一部分土壤放入已知重量的铝盒内称重，放入105℃～110℃烘箱中，烘干24h，烘至恒重，取出称重，计算得最大持水量为25.3%；

2.取下阀门1、第一漏斗2、土壤样品管3、进气管4、托盘5、第二漏斗6称重，共2.35kg，先在托盘5上连接进气管4，再将托盘5固定于土壤样品管3底部，托盘5除与进气管4连接处通气外，其他位置均密封，称取500g过4mm筛的土壤样品，将土壤样品装到土壤样品管3的4/5高度位置，土壤原始含水量为10.5%，则需缓慢的向土壤中加入74ml纯净水至上述最大持水量，将第二漏斗6、第一漏斗2与土壤样品管3连接，第二漏斗6底部连接空气过滤器7，空气过滤器7下连接一圆底烧瓶8，在连接前在圆底烧瓶8中添加0.5ml100mM的氨苄青霉素溶液，以防止采集到圆底烧瓶8的土壤溶液中有机物质尤其是氨基酸被微生物分解；

3.关闭阀门1，将该装置放置于室温恒定25℃的黑暗环境下，将土壤在最大持水量条件下恒温培养24h，防止土壤中水分蒸发，而第一漏斗2中贮存的氧气足够土壤在24h内的呼吸作用；

4.培养24h后，打开阀门1，打开真空泵9，将土壤溶液抽滤到圆底烧瓶8中，采集完成后，迅速将圆底烧瓶8中液体放置于4℃冰箱中，尽快检测溶液体积及氨基酸含量，氨基酸含量采用茚三酮比色法测定（jones，2002）；

5.培养20天，每天采集测定土壤溶液体积及溶液中氨基酸含量，土壤溶液中氨基酸的含量采用茚三酮比色法测定，待土壤溶液中氨基酸的含量（浓度*体积）趋于稳定，便以一段时间内氨基酸的提取量来测定土壤游离氨基酸的供应能力，计算公式为：土壤氨基酸的供应能力=第一次培养后提取的土壤溶液的量*溶液氨基酸浓度+第二次培养后提取的土壤溶液的量*溶液氨基酸浓度+……+第n次培养后提取的土壤溶液的量*溶液氨基酸浓度。

从图2可以看出，培养10d左右，土壤溶液中氨基酸含量变化幅度减小，根据变化趋势可以推测萧山土壤的氨基酸稳定浓度为2.4mg/kg左右，由于20天内氨基酸的浓度已经趋向于稳定且持续，因此以二十天的氨基酸通量来评价氨基酸的潜在供应能力，氨基酸的潜在供应能力=56.14mg/kg。

实施例三

1.采集位于浙江省台州市仙居县广渡乡东部沿海丘陵地带的粘壤土，稍微晾干后（不同于风干，含水量大于风干土）过4mm筛，在环刀取土器底端放大小合适滤纸2张，用纱布包好后用橡皮筋扎好，将过4mm筛的土壤加入到环刀取土器中，稍稍压实，将装满土壤的环刀取土器放在玻璃皿中，玻璃皿中事先放2～3层滤纸，用滴管不断地滴加水于滤纸上，使滤纸经常保持湿润状态，至水分沿毛管上升而全部充满达到恒重为止，取出环刀取土器，去掉滤纸，取出一部分土壤放入已知重量的铝盒内称重，放入105℃～110℃烘箱中，烘干24h，烘至恒重，取出称重，计算得其最大持水量为29.3%；

2.取下阀门1、第一漏斗2、土壤样品管3、进气管4、托盘5、第二漏斗6称重，共2.35kg，称取470g过4mm筛的土壤样品，装入土壤样品管（3），刚好到土壤样品管3的上4/5位置，土壤原始含水量为13.5%，则需缓慢的向土壤中加入74.3ml纯净水至上述最大持水量，将第二漏斗6、第一漏斗2连接于土壤样品管3上，第二漏斗6底部连接空气过滤器7，空气过滤器7下连接一圆底烧瓶8，在连接前在圆底烧瓶8中添加0.5ml100mM的氨苄青霉素溶液，以防止采集到圆底烧瓶8的土壤溶液中有机物质尤其是氨基酸被微生物分解；

3.关闭阀门1，将该装置放置于室温恒定25℃的黑暗环境下，将土壤在最大持水量条件下恒温培养24h，防止土壤中水分蒸发，而漏斗2中贮存的氧气足够土壤在24h内的呼吸作用；

4.培养24h后，打开阀门1，打开真空泵9，将土壤溶液抽滤到圆底烧瓶8中，采集完成后，迅速将圆底烧瓶8中液体放置于4℃冰箱中，尽快检测溶液中氨基酸含量，氨基酸含量采用茚三酮比色法测定（jones，2002）；

5.培养20天，每天采集测定土壤溶液体积及溶液中氨基酸含量，土壤溶液中氨基酸的含量采用茚三酮比色法测定，待土壤溶液中氨基酸的含量（浓度*体积）趋于稳定，便以一段时间内氨基酸的提取量来测定土壤游离氨基酸的供应能力，计算公式为：土壤氨基酸的供应能力=第一次培养后提取的土壤溶液的量*溶液氨基酸浓度+第二次培养后提取的土壤溶液的量*溶液氨基酸浓度+……+第n次培养后提取的土壤溶液的量*溶液氨基酸浓度。

从图3可以看出，培养8d，土壤溶液中氨基酸含量变化幅度减小，根据变化趋势可以推测萧山土壤的氨基酸稳定浓度为1.9mg/kg左右，20天内氨基酸的浓度已经趋向于稳定且持续，因此以20d的氨基酸通量来评价氨基酸的潜在供应能力，氨基酸的潜在供应能力=41.4mg/kg。

通过仙居与萧山两地的不同土壤比较发现，萧山粉砂壤土的氨基酸含量较高，其潜在氨基酸通量较之仙居土壤高35.6%，表明萧山粉砂壤土具备较强的氨基酸供应能力，从平衡浓度看，萧山土壤也显著高于仙居土壤，可能因为其土壤有机质尤其是蛋白质含量较高，土壤质地较之粘壤土相对松散，利于微生物分解蛋白质，综上所述，在相似条件下，试验所用萧山粉砂壤土较之仙居粘壤土具有较高的氨基酸供应能力。

Claims (2)

1.一种测定土壤氨基酸供应能力的装置，其特征在于，由阀门（1）、第一漏斗（2）、土壤样品管（3）、进气管（4）、托盘（5）、第二漏斗（6）、空气过滤器（7）、圆底烧瓶（8）、真空泵（9）、支撑架（10）、固定圈（11）组成，第一漏斗（1）倒扣于土壤样品管（3）上部，土壤样品管（3）下部连接第二漏斗（6），托盘（5）固定于土壤样品管（3）底部，托盘（5）上连接进气管（4），第二漏斗（6）连接空气过滤器（7），空气过滤器（7）下部连接一圆底烧瓶（8），圆底烧瓶（8）左上部连接真空泵（9），支撑架（10）通过固定圈（11）固定土壤样品管（3），其中托盘（5）除与进气管（4）连接处通气外，其他位置均密封。

2.根据权利要求1所述的一种测定土壤氨基酸供应能力的装置，其特征在于，进气管（4）材质为聚乙烯，管壁及上部密集分布着0.1mm的微孔，在外侧管壁及上部包裹一层醋酸纤维滤膜，孔径为0.45微米，空气过滤器（7）内置两层孔径为0.22微米的醋酸纤维滤膜。