一种自然粒度下土壤氮分级方法与流程

本发明涉及土壤氮分级，特别是涉及一种专门针对自然粒度下土壤氮的分级方法，属于土壤氮分级技术领域。

背景技术：

氮既是植物生长必需元素，又是面源污染和温室效应的驱动因子。土壤中富含丰富的含氮物质，是岩石圈、水圈、大气圈和生物圈中氮的重要源/汇。土壤中不同形态氮的生化行为存在差异性，采用适宜的方法研究土壤中氮的赋存形态组成和分布，是准确理解地球生态系统中氮生化循环及其生态环境效应的重要前提。

土壤中氮包括有机氮和无机氮两部分，其中以有机氮为主。有机氮的赋存形态主要分为有机残体和腐殖质，其组成和结构非常复杂，划分较为困难。无机氮赋存形态主要包括铵态氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等。

目前土壤氮的传统测定方法是将土壤风干磨碎后，研究总氮、有机氮和无机氮，此种方法虽然简单方便，但是不能准确给出土壤氮循环的信息。土壤颗粒具有空间异质性，大小和结构组成均存在差异，大颗粒在自然环境变化中很难破碎，使氮逸出而参与循环，土壤中真正参与循环的是可溶性氮和颗粒性氮。土壤氮的传统测定方法很难区分真正参与地化循环的氮形态，无法准确描述土壤氮赋存形态在地化行为中的作用，限制了地球生态系统中氮循环的研究。

技术实现要素：

针对现有土壤氮分级方法存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种专门针对自然粒度下土壤氮分级方法。本方法对自然粒度下土壤中氮的分级进行了细化，分级更加科学和全面，通过不同化学提取剂的选择和提取顺序保证了分级的准确与可靠。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种自然粒度下土壤氮分级方法，其特征在于：本方法先采集新鲜的土样样品，然后用化学提取剂逐级提取，即利用不同的化学试剂对自然粒度下土壤样品中氮的赋存形态进行提取，具体步骤如下：

1）采用去离子水提取土壤样品中游离态氮FN，包括游离态总氮FTN、可溶性总氮DTN、游离态氨氮F-NH4⁺、游离态硝氮F-NO3^-、游离态颗粒氮FPN及可溶性有机氮DON；

2）在步骤1）提取后的土壤样品中再采用氯化钾KCl提取土壤样品中离子交换态氮IEN，包括离子交换态总氮IETN、离子交换态氨氮IE-NH4⁺、离子交换态硝氮IE-NO3^-、离子交换态有机氮IEON；

3）在步骤2）提取后的土壤样品中再采用醋酸钠-醋酸缓冲液和氢氧化钠NaOH分别提取土壤样品中碳酸盐结合态氮CN和铁锰氧化态氮IMON；

4）在步骤3）提取后的土壤样品中再采用盐酸HCl提取土壤样品中的酸解态氮HN，包括酸解总氮HTN、酸解铵态氮AN、酸解氨基酸态氮AAN、酸解氨基糖态氮ASN和酸解未知态氮UAN；

5）在步骤4）提取后的土壤样品中用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度计法测定残留态氮RN。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明针对自然粒度土壤氮的有效度、活度及氮循环参与度，将土壤氮赋存形态划分为游离态氮、离子交换态氮、碳酸盐结合态氮、铁锰氧化态氮、酸解态氮及残留态氮，能够同时兼顾自然粒度下土壤有机氮与无机氮形态的区分与提取，有助于全面研究和评估地化循环中氮形态迁移、转化特征及其有效性，对揭示土壤氮赋存形态对地球生态系统氮素循环的贡献具有重要意义。

2、本发明提出的分级方法是在参照传统测定方法的基础上，利用逐级分离提取和分光光度法对土壤氮赋存形态进行细分量化，通过不同化学提取试剂的选择和提取顺序，既保证了分级的科学性和准确性，又能够为进一步研究土壤氮赋存形态在地化循环中的作用及防控面源污染和温室效应等方面提供重要的理论依据和技术手段。

3、相比传统的氮素测定法，本发明对氨氮、硝氮和有机氮进行了细分，对自然粒度下土壤氮的分级进行了细化，能够了解在实际环境条件下，哪一种结合形态的氮更容易释放，并且可以进一步推测土壤中氮在地球化学氮循环中的参与度和贡献率。

4、本发明提出的分级流程技术路线为实现和设计自然粒度下土壤氮素自动化分级提供了一种可能，具有广泛的市场发展前景和经济效益。

附图说明

图1-本发明自然粒度下土壤氮分级流程技术路线图。

具体实施方式

本发明自然粒度下土壤氮分级方法，先采集新鲜的土样样品，然后用化学提取剂逐级提取，即利用不同的化学试剂对自然粒度下土壤样品中氮的赋存形态进行提取，具体步骤如下：

1）采用去离子水提取土壤样品中游离态氮FN，包括游离态总氮FTN、可溶性总氮DTN、游离态氨氮F-NH4⁺、游离态硝氮F-NO3^-、游离态颗粒氮FPN及可溶性有机氮DON；

2）在步骤1）提取后的土壤样品中再采用氯化钾KCl提取土壤样品中离子交换态氮IEN，包括离子交换态总氮IETN离子交换态氨氮IE-NH4⁺、离子交换态硝氮IE-NO3^-、离子交换态有机氮IEON；

3）在步骤2）提取后的土壤样品中再采用醋酸钠-醋酸缓冲液（pH=5）和氢氧化钠NaOH分别提取土壤样品中碳酸盐结合态氮CN和铁锰氧化态氮IMON；

4）在步骤3）提取后的土壤样品中再采用盐酸HCl提取土壤样品中的酸解态氮HN，包括酸解总氮HTN、酸解铵态氮AN、酸解氨基酸态氮AAN、酸解氨基糖态氮ASN和酸解未知态氮UAN；

5）在步骤4）提取后的土壤样品中用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度计法测定残留态氮RN。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明自然粒度下土壤氮分级具体操作如下，同时参见图1所示的技术路线图：

（1）称取新鲜土样6.0-8.0g，置于100ml离心管中，加入50ml去离子水，振荡2h（300r，20-25℃），离心8min（3500 r·min），形成上清液A。吸取上清液A 5-10ml采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定游离态总氮（FTN）；剩余上清液A用0.45um的滤膜抽滤，形成滤液B。吸取滤液B 5-10ml采用纳氏试剂比色法测定可溶性总氮（DTN）；吸取滤液B 5-10ml采用纳氏试剂比色法测定游离态氨氮（F-NH4⁺）；吸取滤液B 5-10ml采用紫外分光光度法测定游离态硝氮（F-NO3^-）；游离态颗粒氮（FPN）和可溶性有机氮（DON）则采用差减法求得，即FPN=FTN－DTN，DON=DTN－（F-NH4⁺＋F-NO3^-）;

(2) 向上述步骤（1）离心后的土壤残渣加入50ml 2mol L^-1的氯化钾KCl溶液，振荡3h（300r，20-25℃），离心8min（3500 r·min），形成上清液B。吸取上清液B 10-15ml采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定离子交换态总氮（IETN）；吸取上清液B 10-15ml采用纳氏试剂比色法测定离子交换态氨氮（IE-NH4⁺）；吸取上清液B 10-15ml采用紫外分光光度法测定离子交换态硝氮（IE-NO3^-）；离子交换态有机氮（IEON）则采用差减法求得，即IEON=IETN－（IE-NH4⁺＋IE-NO3^-）；

（3）将KCl浸提后的土壤残渣用饱和NaCl溶液清洗两次后，加入50ml 0.5mol L^-1醋酸钠-醋酸缓冲液（pH=5），振荡6h（300r，20-25℃），离心8min（3500 r·min），形成上清液C，用0.5mol L^-1 NaOH调节上清液C至pH=6.5，然后定容至100ml，吸取20-30ml定容液用用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定碳酸盐结合态氮（CN）；

（4）经醋酸钠-醋酸缓冲液浸提后的土壤残渣用饱和NaCl溶液清洗两次后，加入50ml 0.1mol L^-1 NaOH，振荡17h（300r，20-25℃），离心10min（3500 r·min），形成上清液D。吸取上清液D 10-15ml采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度计法测定铁锰氧化态氮（IMON）；

（5）将步骤（4）浸提后的土壤残渣用饱和NaCl溶液清洗两次后，加入25ml 6mol L^-1的盐酸溶液振荡3h（300r，20-25℃）后，转移至50ml耐高温比色管中，在120℃高压锅密封酸解12-24h，冷却至室温后转移至100ml离心管中，离心10min（3500 r·min）得上清液E，上清液E倒入烧杯中，用1mol L^-1 NaOH调至pH=6.5，并定容至100ml后，过滤，形成待测液E。吸取待测液E 10-15ml采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度计法测定酸解总氮（HTN）；吸取待测液E 10-15ml采用纳氏试剂比色法测定酸解铵态氮（AN）；吸取待测液E 10-15ml采用茚三酮比色法测定酸解氨基酸态氮（AAN）；吸取待测液E 10-15ml采用Elson-Morgen法测定酸解氨基糖态氮（ASN）；酸解未知态氮（UAN）则采用差减法求得，即：UAN=HTN－(AN＋AAN＋ASN)；

（6）将酸解后的土壤残渣用饱和NaCl溶液清洗两次后，加入25ml 4%碱性过硫酸钾溶液，振荡3h（300r，20-25℃），转移至50ml耐高温比色管中消煮1h（120℃），冷却后定容至50ml，过滤后采用紫外分光光度法测定残留态氮（RN）。

本发明是依据土壤氮赋存形态结构复合度和活度间的差异，利用不同化学浸提剂对土壤氮赋存形态间的复合度和活度逐级解离和浸提，从而达到分离土壤氮赋存形态的目的。因而本发明对化学浸提剂的选择及顺序具有严格的要求。首先，化学浸提剂不能影响土壤原有氮赋存形态结构间的复合度和活度，也不能激发原有氮赋存形态结构间的转化；其次，浸提顺序必须按照弱浸提剂向强浸提剂逐级转化，即化学浸提能力逐渐增强，否则有可能造成土壤中高活度、低复合度土壤氮赋存形态的流失和低活度、高复合度土壤氮赋存形态的增加，造成土壤氮赋存形态分级偏差，影响土壤氮分级效果。

最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。