一种测定非根际区土壤反硝化的方法与流程

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反硝化的方法。

背景技术：

土壤硝化作用是生物地球化学氮素循环的重要环节，在土壤微生物的作用下，土壤中的氨态氮被氧化成亚硝酸，并进一步被氧化成硝酸盐的过程；在其生物化学过程中产生的各种氮氧化物如NO、N₂O，不仅是氮的损失的一个主要途径，而且污染大气。另外，N₂O 是一种温室气体，进入大气后，会使O₃保护层受到破坏，并直接危及大气层和生物圈。同时，N₂O还可以与大气中的有机化学成分产生二次化学反应成为雾霾的主要来源，污染大气，给人类生活带来危害。而据政府间气候变化专门委员会（IPCC）研究指出，自1970年至2004年期间温室气体排放增加了70%。N₂O是一种相对稳定的温室气体，其全球增温潜能是CO₂的296倍，自1970年至2004年间，其浓度从工业革命前的270ppm上升到2005年的319ppm。

土壤微生物作为反硝化作用（denitrification）的主要参与者（图1），在非根际区土壤微生物活性具有独特的特性，因而非根际区土壤反硝化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、减缓大气中的N₂O等温室气体浓度上升以及维护全球气候变化具有不可替代的作用。

一般认为是距离根表面l-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，该区域的土壤反硝化过程也存在非根际效应。因此，非根际区土壤反硝化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，仅测定土壤释放N₂O温室气体来研究土壤生态系统在调节碳氮平衡，而非根际区土壤反硝化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反硝化的方法。

为了实现本发明目的，本发明首次提出非根际区土壤反硝化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反硝化作用方法。

本发明的一种测定非根际区土壤反硝化作用的方法，首先，在生态系统中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外梅花形采样方法，选取10个1m×1m的小单元；其次，在小单元内选取具有植物的取样点，在水平距离植物20、80cm处取土样混合，用已灭菌的土壤刀剔除附着在根系上的大颗粒土壤，用已灭菌的土壤刀将非根际土壤装入已灭菌自封袋，将取得土样立即放于具有冰块的保温箱保存，运回实验室；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的¹⁵N同位素直接测定法，测定非根际区土壤反硝化速率。

前述的方法，取回非根际土样在24h内进行测定。

前述的方法，¹⁵N同位素直接测定法中使用气体流动培养技术。

前述的方法，所述水平距离植物20、80cm处取土壤是指在东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位取土壤样品。

前述的方法，所述自封袋尺寸为：宽17cm ×长24cm。

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。

所述的生态系统包括森林、草地或农田。

本发明的优点效果如下：

土壤反硝化过程是生物地球化学氮循环以及N₂O等温室气体释放的主要过程，在现有的技术中，仅测定整个土壤包括根系-微生物-凋落物复合系统释放N₂O等温室气体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反硝化作用的确定目前尚无法直观的测定。因而，本发明通过剔除非非根际区土壤，提取非根际区土壤测定非根际区土壤反硝化作用，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，可以为政府间气候变化专门委员会（IPCC）对研究土壤微生物在应对全球温室气体排放的影响提供基础数据支撑；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的指导意义。

附图说明

图1 土壤微生物参与土壤硝化作用的示意图。

图2 为小麦非根际区土壤反硝化作用的示意图。

图3 为玉米非根际区土壤反硝化作用的示意图。

图4 为本发明实施例中使用的梅花形取点方法。

图5 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¹⁵N同位素直接测定土壤反硝化，使用气体流动培养技术。

实施例 测定农田非根际区土壤总硝作用的方法

首先，在小麦、玉米地中选取20m×20m的样地，在样地内，按野外梅花形采样方法（图3），选取10个1m×1m的小单元；其次，在小单元内选取具有植物的取样点，在水平距离植物20、80cm处的东、南、西、北、东南、东北、西南、西北8个方位取土样混合，每方位小心挖取长20cm ×宽20cm ×深50cm 带有根系的土体，用已灭菌的土壤刀轻轻剔除附着在根系上的大颗粒土壤，用已灭菌的土壤刀将非根际土壤装入宽17cm ×长24cm的已灭菌自封袋，将取得土样立即放于具有冰块的保温箱保存；最后，利用灵敏度高，不需扰动土壤的¹⁵N同位素直接测定法，测定非根际区土壤反硝化速率。

前述的方法，取回非根际土样在24h内进行测定。

前述的方法，¹⁵N同位素直接测定法中使用气体流动培养技术。

测定步骤如下：

1）在密闭系统中，使用连续流动的He或Ar来清除N₂背景含量，

2）在不添加抑制剂的情况下，培养原位土柱来测定反硝化产生的N₂和N₂O；

3）气袋方法获取的N₂和N₂O样品，在同位素仪器上测定N₂和N₂O的¹⁵N同位素丰度值，计算得出土壤反硝化速率。

通过计算，小麦非根际区土壤反硝化作用分别为：3月份：10.58±3.27 μgN/kg SDW h；4月份：19.02±3.58.43 μgN/kg SDW h；5月份：32.02±4.38 μgN/kg SDW h；6月份：44.96±5.40 μgN/kg SDW h；7月份：55.85±8.38 μgN/kg SDW h；8月份：51.81±7.24 μgN/kg SDW h；9月份：32.74±4.27 μgN/kg SDW h；10月份：15.46±2.38 μgN/kg SDW h；11月份：5.94±2.34 μgN/kg SDW h；小麦地年平均非根际区土壤反硝化作用为29.82±18.25 μgN/kg SDW h。

玉米地非根际区壤反硝化作用分别为：3月份：3.32±2.04 μgN/kg SDW h；4月份：10.32±3.35 μgN/kg SDW h；5月份：29.22±4.15 μgN/kg SDW h；6月份：37.95±5.174 μgN/kg SDW h；7月份：49.22±8.15 μgN/kg SDW h；8月份：45.96±7.01 μgN/kg SDW h；9月份：20.93±4.04 μgN/kg SDW h；10月份：11.07±2.15 μgN/kg SDW h；11月份：3.74±2.11 μgN/kg SDW h； 玉米地年平均非根际区土壤反硝化作用为23.53±17.81 μgN/kg SDW h。

本发明也适用于草地或林地，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。