CN204832186U - 一种土壤团聚体筛分机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及土壤矿化分析机械领域，具体为一种土壤团聚体筛分机，结合水的冲洗动力和机械震动动力，其特征在于：发动机(2)固定于机架(1)，发动机(2)动力输出端连接偏心轮(3)，偏心轮(3)通过伸缩杆(4)连接筛架(5)，筛架(5)上固定上部筛子(6)和下部筛子(7)，本实用新型可以达到的有益效果是：土壤组分的回收率能达到97％以上，工作效率提高5倍以上，通过测试土壤各组分的矿化潜势，得出各组分的矿化能力，可以一次性大量获得稳定的土壤易、耐分解碳氮组分，避免当前少量筛分造成的系统误差，以便开展土壤碳氮组分特性的进一步研究，为今后土壤供应碳氮能力提供新的指标和为优化土壤施肥措施提供更好的依据。
Description
技术领域
本发明涉及土壤化学领域，具体为一种筛分和制备土壤碳氮矿化组分的方法，可以应用于土壤培肥与改良领域。
背景技术
土壤中的有机碳氮组分是反映土壤肥力与生物活性的一项重要指标，其可分为易分解部分与耐分解部分，而土壤的易、难分解组分则由不同粒径的团聚体组成，易分解碳氮组分是指土壤中有效性高、易被土壤微生物分解矿化、对植物养分供应有直接作用的那部分活性碳氮，它可以指示土壤有机碳氮变化，是反映土壤碳、氮库动态的敏感性指标。耐分解碳氮组分较为稳定，对于土壤碳氮固持和土壤结构具有较大的作用，但其分解慢，短期内对于土壤养分的供给能力影响较小。早在1978年，Campbell就将土壤有机质分为相对稳定与活跃两部分，后来随着研究深入，提出轻质有机质和稳定腐殖质的概念(MonaghanandBarraclough1995)，即易分解组分和耐分解组分的由来。
土壤易分解组分碳氮的周转特性是衡量土壤供应碳氮能力及其肥力水平的重要指标，在土壤碳、氮循环过程中具有重要的作用。因此，研究易分解碳氮组分的矿化等周转特性对农田土壤培肥与土壤肥力管理都具有重要的意义。Meijboom等总结筛选出硅溶胶可优化土壤易、耐分解组分的分组，Huygens等改进了Meijboom的分组方法，利用团聚体-密度联合分组法将土壤有机质分为易分解碳氮组分与耐分解碳氮组分，模拟出土壤碳库与氮库的矿化等转化动态。国内研究者巨晓棠、李生秀、朱兆良等利用易矿化碳氮准确预报土壤供碳氮能力对矿化速率和矿化参数做了大量工作，但土壤碳氮矿化过程极其复杂，要定量土壤有机碳氮矿化过程以准确预测土壤供氮量还有一定难度。
通过前人的研究工作发现对不同粒径土壤团聚体的筛分主要是微量或者少量筛分(25-80g)，只为达到简单测定所要求的基本碳氮库含量，若需获得大量组分则要经过反复筛分，工作量大且繁琐，并且不同组分的碳氮周转特性一般是通过模型预测得出，并且没有将各组分的矿化能力与原土的矿化能力进行统一性比较。因此需要一种快速大量筛分土壤从而获得不同粒径团聚体的有机组分的方法，通过纵向培养试验考虑不同组分的矿化能力累积量与原土的总矿化能力是否统一。
这也就意味着需要一种手段或者是技术能够准确制备出大量土壤易分解和耐分解组分以满足后续培养和观察其组分特性的要求。目前获得土壤易分解和耐分解组分即对土壤有机质分组的方法很多，其中物理方法对土壤有机质的结构破坏度极小，分离的组分能够反映土壤原状组分的结构和功能，因此该方法一直以来受到许多研究者的采用并成为土壤有机质分组的主流。
发明内容
本发明提供了一种一次性大量筛分土壤获得易分解和耐分解碳氮组分，并通过培养确定各筛分组分碳氮矿化与原土相统一的研究方法。根据获得不同粒径团聚体的要求将定量土壤进行湿法过筛，利用土壤的水稳性和筛面上下震荡分离出不同粒径的团聚体组分从而获得易分解和耐分解组分。该团聚体筛分机的应用可以满足制备大量不同粒径区间的团聚体组分，有助于后续培养和研究组分特征，可以成为一种大量筛分、制备土壤不同碳氮矿化组分的新方法。
本发明是这样解决技术问题的：包括以下步骤：
(1)用水将上部筛子和下部筛子的筛面打湿，然后将干土平铺于上部筛子的筛面上，上部筛子孔径250微米，再用滴管加水至没有吸湿的干土部分，直到干土全部润湿；
(2)加水至上部筛子的土被浸没，水位达到筛框1/3高处；
(3)筛分仪下部筛子筛孔为150微米，用筛分仪震荡30分钟过筛；
(4)筛分完毕后用去离子水清洗上部筛子和下部筛子上组分至渗漏液澄清，然后将上部筛子和下部筛子上的剩余组分全部转移至其他容器；
(5)采用倾析法反复用去离子水洗涤容器内组分，上部混浊液分离并收集，直至洗涤溶液澄清为止，这样洗涤的目的是使悬浊液和矿物质部分分离；
(6)采用离心机设置转速为3000r/min转动5分钟，将洗涤后的粗有机质和粒径大于150μm_MF的矿物质部分和粒径小于150μm组分分别收集起来；
(7)筛分所得大于150μm_MOM的粗有机质烘干后为易分解组分，筛分所得大于150μm_MF矿物质部分和筛分所得小于150μm组分烘干混合后为耐分解组分；
(8)将不同组分的土壤样品在45℃条件下烘48小时，过60目的筛子，用于测定土壤易分解和耐分解C、N含量，土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法测定、全氮用半微量开氏法测定。
本发明还可以这样解决技术问题：包括以下步骤：
(1)用水将上部筛子和下部筛子的筛面打湿，然后将干土平铺于上部筛子的筛面上，上部筛子孔径250微米，再用滴管加水至没有吸湿的干土部分，直到干土全部润湿；
(2)加水至上部筛子的土被浸没，水位达到筛框1/3高处；
(3)筛分仪下部筛子筛孔为150微米，用筛分仪震荡30分钟过筛；
(4)筛分完毕后用去离子水清洗上部筛子和下部筛子上组分至渗漏液澄清，然后将上部筛子和下部筛子上的剩余组分全部转移至其他容器；
(5)采用倾析法反复用去离子水洗涤容器内组分，上部混浊液分离并收集，直至洗涤溶液澄清为止，这样洗涤的目的是使悬浊液和矿物质部分分离；
(6)采用离心机设置转速为3000r/min转动5分钟，将洗涤后的粗有机质和粒径大于150μm_MF的矿物质部分和粒径小于150μm组分分别收集起来；
(7)筛分所得大于150μm_MOM的粗有机质烘干后为易分解组分，筛分所得大于150μm_MF矿物质部分和筛分所得小于150μm组分烘干混合后为耐分解组分；
(8)将不同组分的土壤样品在45℃条件下烘48小时，称重后磨碎过2mm筛，用于矿化培养；
(9)将上述烘干、磨碎后的土壤样品同一处理的两个组分各称取40g与等量同处理的湿润矿质化土壤均匀混合置于容积为250ml梅森瓶25℃下密闭培养，梅森瓶内置小杯，内置小杯内盛有10ml浓度为0.1mol/lNaOH的溶液，设置三个重复，同样条件设置原土培养；
(10)培养第2天和第13天时每瓶分别取土10g用2mol/lKCl震荡浸提，过滤后用连续流动分析仪测定其铵态氮和硝态氮，培养12天铵态氮、硝态氮差值为各组分土壤净氮矿化潜势，进而得出筛分所得易分解和耐分解组分的矿化能力；
(11)杯内NaOH碱液每隔48小时更换，换出碱液用TOC仪及时测定其CO2吸收量，培养12天前后无机碳含量差值为各组分土壤净碳矿化潜势，进而得出筛分所得易分解和耐分解组分的矿化能力。
本发明还可以这样解决技术问题：发动机固定于机架，发动机动力输出端连接偏心轮，偏心轮通过伸缩杆连接筛架，筛架上固定上部筛子和下部筛子。
本发明筛分不同粒径团聚体的原理是：结合水的冲洗动力和机械震动动力，使土壤团聚体按其粒径大小逐级筛分，粒径大于筛子网孔直径的团聚体留在筛面上，而粒径小于筛子网孔直径的团聚体则透过筛面，进入下一筛面继续筛分，直至不能通过筛面网孔，从而得到不同粒径大小的水稳性团聚体。
发明可以达到的有益效果是：在现有基础上提高获得不同碳氮矿化组分的效率，即可以一次性大量获得稳定的土壤易、耐分解碳氮组分，避免当前少量筛分造成的系统误差，以便开展土壤碳氮组分特性的进一步研究；获得了一种土壤碳氮组分矿化培养与原土矿化相统一的方法，即原土筛分所得两种分解组分的矿化量之和占原土总矿化量的92-105％之间，矿化回收率在合理范围之内。该方法解决了土壤组分筛分后矿化培养与原土出现较大差异的难题，将促进土壤学和植物营养学的发展。
附图说明
图1为本发明土壤团聚体筛分机结构示意图；
图2为本发明黑土不同组分净碳矿化潜势图；
图3为本发明潮土不同组分净碳矿化潜势图；
图4为本发明黑土不同组分净氮矿化潜势图；
图5为本发明潮土不同组分净氮矿化潜势图。
具体实施方式
附图中各标号所代表的零部件名称如下：
机架1、发动机2、偏心轮3、伸缩杆4、筛架5、上部筛子6、下部筛子7。
本发明中一种筛分土壤碳/氮矿化组分的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)用水将上部筛子和下部筛子的筛面打湿，然后将干土平铺于上部筛子的筛面上，上部筛子孔径250微米，再用滴管加水至没有吸湿的干土部分，直到干土全部润湿；
(2)加水至上部筛子的土被浸没，水位达到筛框1/3高处；
(3)筛分仪下部筛子筛孔为150微米，用筛分仪震荡30分钟过筛；
(4)筛分完毕后用去离子水清洗上部筛子和下部筛子上组分至渗漏液澄清，然后将上部筛子和下部筛子上的剩余组分全部转移至其他容器；
(5)采用倾析法反复用去离子水洗涤容器内组分，上部混浊液分离并收集，直至洗涤溶液澄清为止，这样洗涤的目的是使悬浊液和矿物质部分分离；
(6)采用离心机设置转速为3000r/min转动5分钟，将洗涤后的粗有机质和粒径大于150μm_MF的矿物质部分和粒径小于150μm组分分别收集起来；
(7)筛分所得大于150μm_MOM的粗有机质烘干后为易分解组分，筛分所得大于150μm_MF矿物质部分和筛分所得小于150μm组分烘干混合后为耐分解组分；
(8)将不同组分的土壤样品在45℃条件下烘48小时，称重后过60目的筛子，用于测定土壤易分解和耐分解C、N含量，土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法测定、全氮用半微量开氏法测定。
本发明中一种制备土壤碳氮矿化组分的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)用水将上部筛子和下部筛子的筛面打湿，然后将干土平铺于上部筛子的筛面上，上部筛子孔径250微米，再用滴管加水至没有吸湿的干土部分，直到干土全部润湿；
(2)加水至上部筛子的土被浸没，水位达到筛框1/3高处；
(3)筛分仪下部筛子筛孔为150微米，用筛分仪震荡30分钟过筛；
(4)筛分完毕后用去离子水清洗上部筛子和下部筛子上组分至渗漏液澄清，然后将上部筛子和下部筛子上的剩余组分全部转移至其他容器；
(5)采用倾析法反复用去离子水洗涤容器内组分，上部混浊液分离并收集，直至洗涤溶液澄清为止，这样洗涤的目的是使悬浊液和矿物质部分分离；
(6)采用离心机设置转速为3000r/min转动5分钟，将洗涤后的粗有机质和粒径大于150μm_MF的矿物质部分和粒径小于150μm组分分别收集起来；
(7)筛分所得大于150μm_MOM的粗有机质烘干后为易分解组分，筛分所得大于150μm_MF矿物质部分和筛分所得小于150μm组分烘干混合后为耐分解组分；
(8)将不同组分的土壤样品在45℃条件下烘48小时，称重后磨碎过2mm筛，用于矿化培养；
(9)将上述烘干、磨碎后的土壤样品同一处理的两个组分各称取40g与等量同处理的湿润矿质化土壤均匀混合置于容积为250ml梅森瓶25℃下密闭培养，梅森瓶内置小杯盛有容积为10ml、浓度为0.1mol/lNaOH溶液，设置三个重复，同样条件设置原土培养；
(10)培养第2天和第13天时每瓶分别取土10g用2mol/lKCl震荡浸提，过滤后用连续流动分析仪测定其铵态氮和硝态氮，培养12天铵态氮、硝态氮差值为各组分土壤净氮矿化潜势，进而得出筛分所得易分解和耐分解组分的矿化能力；
(11)杯内NaOH碱液每隔48小时更换，换出碱液用TOC仪及时测定其CO2吸收量，培养12天前后无机碳含量差值为各组分土壤净碳矿化潜势，进而得出筛分所得易分解和耐分解组分的矿化能力。
如图1所示，本发明的方法中使用了一种土壤团聚体筛分机，其特征在于：发动机2固定于机架1，发动机2动力输出端连接偏心轮3，偏心轮3通过伸缩杆4连接筛架5，筛架5上固定上部筛子6和下部筛子7。
本发明的一种土壤团聚体筛分机工作过程，发动机提供机械动力，带动偏心轮转动，偏心轮带动连接杆上下运动，连接杆是发动机和筛具的连接者又带动筛架上下震荡，进而带动筛具上下震荡对土样进行筛分，其中上部筛子和下部筛子孔径不同，上部筛子孔径较大，下部筛子孔径较小，机架用来固定发动机和偏心轮，并使两者能够顺畅连接；容器具有容纳筛具并承接筛出的土壤组分。
另外，为对本发明的一种土壤团聚体筛分机进行更好的管控操作，还安装有数控件，其中数字显示屏可以及时了解并调控转速。
附图2～5中，小写字母表示同一处理不同组分间的方差显著性，大写字母表示不同处理间的方差显著性(P<0.05)。
表1土壤筛分组分比例及质量，全碳和全氮回收收率
[注：表中数字后面的小写字母表示同一地点不同筛分质量梯度下的方差显著性(P<0.05).]
表2筛分量为300g和50g土壤质量，全碳和全氮回收率对比
[注：表中数字后面的小写字母表示同一地点不同筛分质量梯度下的方差显著性(P<0.05).]
表3筛分量为300g和50g土壤易/耐分解碳氮含量对比
[注：表中数字后面的小写字母表示同一地点不同筛分质量梯度下的方差显著性(P<0.05).]
表4易/耐分解组分矿化占原土矿化的百分比
图2～5为黑土和潮土不同组分下净碳/氮矿化潜势图，A为CK，表示不施肥种植作物的土壤；B为NPK，表示正常施肥氮磷钾种植作物的土壤；C为NPKS，表示正常施肥氮磷钾添加秸秆种植农作物的土壤；D为NPKM，表示正常施肥氮磷钾添加有机肥种植农作物的土壤。
图2～5显示了黑土和潮土筛分所得易分解和耐分解组分以及原土的碳氮矿化潜势，各个施肥处理下易分解组分的净碳、净氮矿化潜势是耐分解组分的1-3倍，有显著性差异。
通过矿化培养试验证明易分解和耐分解组分的碳氮矿化能力与原土保持统一。对北方两种不同类型的的土壤进行筛分得到郑州潮土和公主岭黑土的回收结果，质量回收率平均维持在郑州98.65％、公主岭97.38％；养分回收率：有机碳素养分回收率为郑州97.53％，公主岭97.57％，氮素养分回收率为郑州97.54％、公主岭97.36％，均维持在较高的回收率水平；同时两种不同类型土壤的少量与大量筛分结果做了对比通过本发明,该筛分结果的质量回收率较微量筛分结果在原有基础上提高1％-2％，养分回收率提高1％-8％，同时单位时间的产出量可较以前提升5倍；各个施肥处理下易分解组分的净碳、净氮矿化潜势是耐分解组分的1-3倍，有显著性差异；各组分碳氮矿化能力之和与原土相统一，即原土筛分所得两种分解组分的矿化量之和占原土总矿化量的92-105％之间，矿化回收率在合理范围之内，本发明为以后研究土壤营养成分与植物生长需要的营养成分之间的关系提供可靠的技术支撑，进而实现我国种植业的增产、高产。
Claims (1)
1.一种土壤团聚体筛分机，其特征在于：发动机(2)固定于机架(1)，发动机(2)动力输出端连接偏心轮(3)，偏心轮(3)通过伸缩杆(4)连接筛架(5)，筛架(5)上固定上部筛子(6)和下部筛子(7)。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109060589A (zh) * | 2018-09-26 | 2018-12-21 | 三峡大学 | 一种测定土壤团聚体的方法 |
| CN110423678A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-11-08 | 西安尼勒生物科技有限公司 | 一种土壤胞外酶检测装置 |
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2015
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