一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法，在生態(tài)系統(tǒng)選取樣地，在樣地內(nèi)，按野外梅花形采樣方法，選取10個小單元作斷根并移除凋落物處理，在小單元四周外挖壕溝，插入纖維玻璃以阻止根向內(nèi)生長，并將挖出的土壤填回壕溝內(nèi)；同時，并將地表枯落物清理干凈，將尼龍網(wǎng)框固定在小單元上方，以保證小單元內(nèi)沒有根系以及枯落物的存在；最后，利用靈敏度高，不需擾動土壤的15N同位素直接測定法，測定田間原位處理小樣方土壤反硝化速率，同時測定對照樣方的土壤反硝化速率，根據(jù)擬合方程計算土壤微生物對土壤反硝化作用的貢獻率。本發(fā)明對于進一步了解整個土壤微生物區(qū)系參與地球生物化學氮循環(huán)具有重要的作用。
【專利說明】
一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及生物地球化學領域，具體地說，涉及一種測定土壤微生物對土壤反硝 化貢獻率的方法。
【背景技術】
[0002] 土壤反硝化作用是生物地球化學氮素循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，在土壤微生物的作用下， 土壤中的硝酸鹽被還原成氮氧化物及氮氣的過程;在其生物化學過程中產(chǎn)生的仏及各種氮 氧化物如N0、N 20,不僅氮的損失的一個主要途徑，而且污染大氣。另外，N20是一種溫室氣體， 進入大氣后，會使〇3保護層受到破壞，并直接危及大氣層和生物圈。同時，N 20還可以與大氣 中的有機化學成分產(chǎn)生二次化學反應成為霧霾的主要來源，污染大氣，給人類生活帶來危 害。而據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC)研究指出，自1970年至2004年期間溫室氣體排 放增加了70 %。仏0是一種相對穩(wěn)定的溫室氣體，其全球增溫潛能是C〇2的296倍，此期間，其 濃度從工業(yè)革命前的270ppm上升到2005年的319ppm。
[0003] 土壤微生物作為土壤反硝化作用(denitrif ication)的主要參與者（圖1)，通過確 定土壤微生物對土壤反硝化作用的貢獻率的測定方法，對于認識土壤微生物在土壤生態(tài)系 統(tǒng)在調(diào)節(jié)著碳氮平衡、減緩大氣中的N 20等溫室氣體濃度上升以及維護全球氣候變化具有 不可替代的作用。
[0004] 在現(xiàn)有的技術中，僅測定土壤釋放N2〇溫室氣體來研究土壤生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)碳氮 平衡，而土壤微生物本身在沒有受到根系-微生物-凋落物復合系統(tǒng)相互耦合作用下對土壤 反硝化過程的貢獻率的確定目前尚無法直觀的測定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法。
[0006] 為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明首次提出土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率的 概念，旨在提供一種定量測定土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率方法。
[0007] 本發(fā)明的一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法，首先，在生態(tài)系統(tǒng)中 選取20m X 20m的樣地，在樣地內(nèi)，按野外梅花形采樣方法，選取10個lmX lm的小單元，在小 單元四周外挖壕溝，插入纖維玻璃以阻止根向內(nèi)生長，并將挖出的土壤填回壕溝內(nèi)；同時， 并將地表枯落物清理干凈;然后，將的尼龍網(wǎng)框固定在lmXlm的小單元上方，以保證小單元 內(nèi)沒有枯落物的存在;最后，利用靈敏度高，不需擾動土壤的 15N同位素直接測定法，測定田 間原位處理小樣方土壤反硝化速率，同時測定對照樣方的土壤反硝化速率;利用以下擬合 公式I計算出土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率：
[0008] DMi=DNi/DN2X100% 式 I
[0009] 式I 中：
[0010] DMi: 土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率，單位：％ ;
[0011] DNi: lmXlm的小單元土壤反硝化速率，單位:ygN/kg SDW h;
[0012] DN2:對照樣方土壤反硝化速率，單位:ygN/kg SDW h。
[0013] 前述的方法，15N同位素直接測定法中使用氣體流動培養(yǎng)技術。
[0014] 前述的方法，所述壕溝0.3m寬，深度超過根深0.2m。
[0015] 前述的方法，所述尼龍網(wǎng)框的孔徑為1mm，尼龍框固定于小樣方內(nèi)土壤〇.2m深;所 述的尼龍網(wǎng)框尺寸為長0.95m X寬0.95m X高0.3m。
[0016]所述的生態(tài)系統(tǒng)包括森林、草地或農(nóng)田。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點效果如下：
[0018] 土壤反硝化過程是生物地球化學氮循環(huán)以及N〇、N2〇等溫室氣體釋放的主要生物 化學過程，在現(xiàn)有的技術中，僅測定整個土體土壤包括根系-微生物-凋落物復合系統(tǒng)釋放 N 2〇等溫室氣體來研究土壤生態(tài)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)著生態(tài)系統(tǒng)碳、氮平衡，發(fā)明人前期已發(fā)明測定 根系及凋落物對土壤硝化的貢獻率的方法，而對于土壤微生物本身在沒有受到根系-微生 物-凋落物復合系統(tǒng)相互耦合作用下對土壤反硝化過程的貢獻率的確定目前尚無法直觀的 測定。因而，本發(fā)明通過截斷根系及移除凋落物處理，確定在不受到根系、凋落物的作用下 僅僅土壤微生物本身對壤總化過程的貢獻率，對于了解整個土壤微生物區(qū)系參與地球生物 化學氮循環(huán)具有重要的作用，可以為政府間氣候變化專門委員會(IPCC)對研究土壤微生物 在應對全球溫室氣體排放的影響提供基礎數(shù)據(jù)支撐;另外，對于認識土壤微生物在碳、氮平 衡中起到的關鍵作用重要的指導意義。
【附圖說明】
[0019] 圖1 土壤微生物作為土壤反硝化作用的主要參與者示意圖。
[0020] 圖2a為側柏土壤微生物對土壤反硝化作用的貢獻率示意圖。
[0021]圖2b為油松林土壤微生物對土壤反硝化作用的貢獻率示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實施例中使用的梅花形取點方法。
[0023]圖4為本發(fā)明實施例中的壕溝布設圖，規(guī)格參數(shù)為0.3m寬，超過根深0.2m的壕溝。 [0024] 圖5為本發(fā)明實施例中l(wèi)m X lm的小單元樣方，網(wǎng)格所示為0.95m(長）X 0.95m(寬） X0.3m(高）的尼龍網(wǎng)框，該框可固定于lmX lm的小單元樣方內(nèi)。
【具體實施方式】
[0025] 以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實施例 中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規(guī)手段，所用原料均為市售商品。
[0026] 以下實施例中涉及的15N同位素直接測定土壤反硝化，使用氣體流動培養(yǎng)技術。 [0027]實施例測定森林土壤微生物對土壤反硝化獻率的方法
[0028]首先，在側柏、油松林林中選取20m X 20m的樣地，在樣地內(nèi)，按野外梅花形采樣方 法（圖3)，選取10個lmX lm的小單元，在小單元四周外挖0.3m寬，超過根深0.2m的壕溝，插入 纖維玻璃以阻止根向內(nèi)生長，并將挖出的土壤填回壕溝內(nèi)；同時，并將地表枯落物掃除干 凈。然后，將尼龍網(wǎng)框(孔徑為1mm)，其規(guī)格為〇.95m(長）X0.95m(寬）X0.3m(高），固定在lm Xlm的小單元上方，以保證小單元樣方?jīng)]有枯落物的存在。最后，利用靈敏度高，不需擾動 土壤的 15N同位素直接測定法，測定田間原位處理小樣方土壤反硝化速率，同時測定對照樣 方的土壤反硝化速率。
[0029] 測定步驟如下：
[0030] 1)在密閉系統(tǒng)中，使用連續(xù)流動的He或Ar來清除N2背景含量，
[0031] 2)在不添加抑制劑的情況下，培養(yǎng)原位土柱來測定反硝化產(chǎn)生的N2和N20;
[0032] 3)氣袋方法獲取的他和犯0樣品，在同位素儀器上測定犯和犯0的15N同位素豐度值， 計算得出土壤反硝化速率。
[0033]利用以下擬合方程I確定森林土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率：
[0034] DMi=DNi/DN2X100% 式 I
[0035] 式I 中：
[0036] DMi : 土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率，單位：％ ;
[0037] DNi: lmX lm的小單元土壤反硝化速率，單位:ygN/kg SDW h;
[0038] DN2:對照樣方土壤反硝化速率，單位:ygN/kg SDW h;
[0039]通過擬合方程的計算，側柏林土壤微生物對土壤反硝化作用的貢獻率為75.07土 9.52%，油松林土壤微生物對土壤反硝化作用的貢獻率為64.65 ± 11.09%。
[0040] 本發(fā)明也適用于草地或農(nóng)田，雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對 本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術 人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬 于本發(fā)明要求保護的范圍。
[0041 ] 表1不同林分土壤反硝化速率 ygN/kg SDW h
[0042]
【主權項】
1. 一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法，其特征在于，首先，在生態(tài)系統(tǒng)中 選取20m X 20m的樣地，在樣地內(nèi)，按野外梅花形采樣方法，選取10個lmX lm的小單元，在小 單元四周外挖壕溝，插入纖維玻璃以阻止根向內(nèi)生長，并將挖出的土壤填回壕溝內(nèi)；同時， 并將地表枯落物清理干凈;然后，將的尼龍網(wǎng)框固定在lmXlm的小單元上方，以保證小單元 內(nèi)沒有枯落物的存在;最后，利用靈敏度高，不需擾動土壤的 15N同位素直接測定法，測定田 間原位處理小樣方土壤反硝化速率，同時測定對照樣方的土壤反硝化速率;利用以下擬合 公式I計算出土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率： DMi=DNi/DN2X100% 式 I 式I中： DMi : 土壤微生物對土壤反硝化過程的貢獻率，單位：％ ; DNi:lmXlm的小單元土壤反硝化速率，單位:ygN/kg SDW h; DN2:對照樣方土壤反硝化速率，單位:ygN/kg SDW h。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法，其特征在 于所述的15N同位素直接測定法中使用氣體流動培養(yǎng)技術。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法，其特征在 于所述壕溝〇. 3m寬，深度超過根深0.2m。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法，其特征在 于所述尼龍網(wǎng)框的孔徑為1mm，尼龍框固定于小樣方內(nèi)土壤0.2m深;所述的尼龍網(wǎng)框尺寸為 長0 · 95mX 寬0 · 95mX 高0 · 3m。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種測定土壤微生物對土壤反硝化貢獻率的方法，其特征在 于所述的生態(tài)系統(tǒng)包括森林、草地或農(nóng)田。
【文檔編號】G01N33/50GK106053780SQ201610310926
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】范志平, 涂志華, 李法云, 盧聰
【申請人】遼寧石油化工大學