一种测定非根际区土壤固氮作用的方法与流程

本发明涉及生物地球化学领域，具体地说，涉及一种测定非根际区土壤固氮作用的方法。

背景技术：

土壤固氮作用（Nitrogen fixation）是生物地球化学氮（N）素循环的重要环节，在土壤固氮微生物的作用下，将分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物的过程。在地壳中含有极少的可溶性无机氮盐，而所有生物几乎都需要依赖固氮生物固定大气中的氮提供养分来源而生存，因此生物固氮对维持自然界的氮循环起着极为重要的作用。对固氮作用的研究和利用能为农业开辟肥源，对维持和提高土壤肥力具有知道意义。

土壤固氮微生物作为固氮作用的主要参与者，在非根际区土壤氨化微生物活性具有独特的特性，因而非根际区土壤固氮作用的测定方法的确定，对于认识非根际区土壤生态系统在调节着碳氮平衡具有重要的意义。一般认为是距离根表面1-5mm的薄层土壤为根际土壤，因而非根际区土壤是指直接受到植物根系影响的相对薄弱那一部分土壤范围。受植物根系生命活动的影响，非根际区根系分泌物对土壤生态系统的物质、能量交换的影响较为活跃，因而非根际区环境具有独特的物理、化学、生物特征，该区域的土壤固氮作用过程也存在非根际效应。因此，非根际区土壤固氮作用的测定对进一步了解土壤生态系统尤其是非根际区土壤氮素生物地球化学循环过程具有重要作用。

在现有的技术中，仅测定整个土体中土壤固氮作用强度来研究土壤生态系统在调节碳氮平衡，而非根际区土壤固氮作用过程的测定方法的确定目前尚未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测定非根际区土壤固氮作用的方法。

为了实现本发明目的，本发明首次提出非根际区土壤固氮作用过程测定方法的概念，旨在提供一种定量测定非根际区土壤固氮作用方法。

本发明提供一种测定非根际区土壤固氮作用的方法，在生态系统中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外多点混合采样方法布设取样点，选取12个具有植物的取样点小单元；在小单元内以植物为中心，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位，在水平距离植物20cm、50cm、80cm处取土样混合，每方位小心挖取带有根系长20cm×宽20cm×深50cm的土体；用已灭菌的土壤锤轻轻敲击土体，然后后已灭菌的土壤刀轻轻剔除附着在根系上的大颗粒土壤，并将土壤装入已灭菌自封袋（非根际土壤），将取得的混合土样立即放于具有冰块的保温箱贮存，运回实验室；最后，利用土壤培养-凯氏定氮法，测定非根际区土壤固氮作用。

前述的方法，获得的非根际土样在贮存过程中保持低温以保持土壤新鲜。

前述的方法，带回实验室的非根际土样24 h内进行并完成固氮作用的前期培养。

前述的方法，土壤培养法测定方法中使用添加蛋白胨培养，培养后经过固氮微生物固定的氮含量表示固氮作用的强度。

前述的方法，土壤培养法中培养后经过固氮微生物固定的氮含量具体采用凯氏定氮法测定。

前述的方法，所述在东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位取土壤样品，是在水平距离植物20cm、50cm、80cm处取的土壤样品。

前述的方法，所述挖取土壤样品体积为：长20cm ×宽20cm ×深50cm 带有根系的土体。

前述的方法，所述自封袋尺寸为：宽17cm ×长24cm，材质为聚乙烯。

所述的生态系统包括森林、草地、湿地或农田。

本发明的优点效果如下：

土壤固氮作用过程是生物地球化学氮循环以及在土壤固氮微生物的作用下将分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物的过程，在现有的技术中，仅测定整个土壤包括根系-微生物-凋落物复合系统固氮强度来研究土壤生态系统在调节着生态系统碳、氮平衡，而对于非根际区土壤固氮作用的确定目前尚无法直观的测定。因而，本发明通过剔除根际区土壤，提取非根际区土壤测定非根际区土壤固氮作用，对于了解整个物质、能量交换的活跃的非根际区参与地球生物化学氮循环具有重要的作用，可以为农业部门对研究非根际区土壤固氮微生物在将大气中分子态氮还原为氨及其它含氮化合物且为农作物利用提供基础数据支撑；另外，对于认识非根际区生物环境在碳、氮平衡中起到的关键作用重要。

附图说明

图1 为大豆非根际区土壤固氮作用的示意图。

图2 为紫花苜蓿非根际区土壤固氮作用的示意图。

图3 为本发明实施例中使用的多点混合采样方法。

图4 为本发明实施例中使用的8个方位取土样品的方法。

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。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

以下实施例中涉及的土壤培养法测定土壤固氮作用，使用添加葡萄糖培养，培养一段时期后采用凯氏定氮法进行测定固氮微生物固定的氮含量。

实施例 测定农田（大豆）、草地（紫花苜蓿）非根际区土壤固氮作用的方法

首先，在大豆、紫花苜蓿地中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外多点混合采样方法布设取样点（图3），选取10个具有植物的取样点小单元；在小单元内以植物为中心，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位（图4），在水平距离植物20cm、50cm、80cm处取土样混合，每方位小心挖取带有根系长20cm×宽20cm×深50cm的土体；用已灭菌的土壤锤轻轻敲击土体，然后用已灭菌的土壤刀轻轻剔除附着在根系上的大颗粒土壤，并将土壤装入已灭菌宽17cm ×长24cm自封袋（非根际土壤），将取得的混合土样立即放于具有冰块的保温箱贮存，运回实验室；最后，利用土壤培养-凯氏定氮法，测定非根际区土壤固氮作用。

前述的方法，取回非根际土样在24h内进行固氮作用的前期培养。

前述的方法，土壤培养法测定方法中使用添加葡萄糖培养，培养后经过固氮微生物固定的氮含量表示固氮作用的强度。

前述的方法，土壤培养法中培养后经过固氮微生物固定的氮含量采用凯氏定氮法进行测定。

测定步骤如下：

1）称取100g过2mm筛的新鲜土壤，放置于150mL的广口瓶中，添加2g葡萄糖，拌匀（不添加葡萄糖为空白对照处理），加入蒸馏水至持水量为60%，用聚乙烯薄膜封口，室温培养30d；

2）将培养后土壤样品立即烘干，磨碎过0.149mm筛，用凯氏定氮法测定土壤中全氮；

3）通过添加葡萄糖与空白对照处理测定的全氮间的差值，计算得出土壤固氮作用强度。

通过计算，在农田-大豆地内非根际区土壤固氮作用的变化趋势呈现单峰型变化，在夏季达到峰值。其值分别为：3月份非根际区土壤固氮作用：0.137±0.072 mg/kg；4月份非根际区土壤固氮作用：0.185±0.079 mg/kg；5月份非根际区土壤固氮作用：0.452±0.096 mg/kg；6月份非根际区土壤固氮作用：0.635±0.119 mg/kg；7月份非根际区土壤固氮作用：0.739±0.117 mg/kg；8月份非根际区土壤固氮作用：0.731±0.115 mg/kg；9月份非根际区土壤固氮作用：0.582±0.094 mg/kg；10月份非根际区土壤固氮作用：0.134±0.052 mg/kg；11月份非根际区土壤固氮作用：0.084±0.051 mg/kg；大豆地年平均非根际区土壤固氮作用为0.409±0.251 mg/kg。

在草地-紫花苜蓿样地地内非根际区土壤固氮作用的变化趋势呈现单峰型变化，在夏季达到峰值。其值分别为：3月份非根际区土壤固氮作用：0.068±0.012 mg/kg；4月份非根际区土壤固氮作用：0.140±0.074 mg/kg；5月份非根际区土壤固氮作用：0.395±0.092 mg/kg；6月份非根际区土壤固氮作用：0.513±0.115 mg/kg；7月份非根际区土壤固氮作用：0.666±0.101 mg/kg；8月份非根际区土壤固氮作用：0.622±0.116 mg/kg；9月份非根际区土壤固氮作用：0.398±0.090 mg/kg；10月份非根际区土壤固氮作用：0.150±0.048 mg/kg；11月份非根际区土壤固氮作用：0.051±0.025 mg/kg；紫花苜蓿地年平均非根际区土壤固氮作用为0.334±0.239 mg/kg。

本发明也适用于湿地或林地，虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，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。