专利名称：一种测定土壤－植物系统n的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物科学、环境科学与稳定同位素分析技术领域，具体是一种利用稳定同位素比率质谱技术(IRMS)测定土壤-植物系统N2O排放的新方法。
背景技术：
N2O是一种重要的温室气体，其单分子增温潜势是CO2的296倍，对全球变暖的贡献约占全部温室气体的总贡献的7％，它还参与破坏平流层臭氧而增强对地表的紫外辐射。目前大气中N2O的浓度约为310ppbv，年增长率为0.25％，这意味着目前N2O浓度的增加将对全球气候变化产生长远的影响。
目前，对土壤-大气界面N2O交换的研究一般采用封闭式箱法技术，采集到的气体样品通过气相色谱技术分析，计算出N2O排放通量。测定植物在土壤-植物系统N2O排放中的贡献率则是利用封闭式分隔法，分别采集土壤、植物、土壤-植物系统排放的气体样品，通过气相色谱分析，计算出排放通量，最后计算出植物的贡献率。由于，植物可能存在传输作用以及气相色谱分析技术的精确度不高，所以得到的贡献率会有偏差。
稳定同位素比率质谱技术(IRMS)是一种无放射性、高灵敏度的分析方法。它的工作原理是通过气相色谱分离出N2O，然后进入离子泵，来分析N2O的δ值，即15N/14N，这种方法比气相色谱法更加精确可靠、且有大幅度减少对被测定系统影响的优势。但是，在利用封闭式分隔法收集待测定气体样品时，由于被采集的气体样品中背景空气中已含有一定量的N2O，而来自植物或土壤的N2O可能仅占样品中N2O的很少部分，因此，通过同位素比率质谱测定的δ值就不是被测定对象(如土壤或植物)所排放出来的N2O的δ值，所以必须找到一种好的方法来消除空气中原有N2O对测定结果的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用稳定同位素比率质谱技术(IRMS)测定土壤-植物系统N2O排放的新方法，解决单独采用气相色谱分析技术的精确度不高，以及单独采用稳定同位素比率质谱技术时空气中原有N2O对测定结果的影响等问题。
本发明的技术方案是本发明是利用同位素比率质谱技术测定N2O的δ15N，利用此技术可以比较准确的测定出土壤或植物各自的δ15N、以及估算出植物在土壤-植物系统N2O排放中的贡献率。先以人工配制的不含N2O的人造空气充分置换掉拟采样系统中的原有空气，经过一定时间20-90分钟后再采样，然后以气相色谱-稳定同位素比率质谱联用仪技术测定植物、土壤、土壤-植物系统排放的N2O的同位素比率δ值。
1.不含N2O人造空气的配制用体积百分数为22％的氧气、78％的氮气加入360ppm的二氧化碳配制成不含N2O的人造空气。
2.土壤、植物样品的采集在植物的生长季节分别采集0-10cm土壤、植物枝叶样品，土壤植物样品要对应分别编号，放入事先准备好的花盆中。
3.气体置换用透明塑料袋将采集回来的土壤、植物、土壤-植物系统分别包好，塑料袋上要留有采样孔。用配制的去除N2O的人造空气反复置换塑料袋中的气体，直到塑料袋中的气体充分被配制的人造空气置换为止。注意置换气体的流速要保持一致，置换时间也需相近。置换气体的流速1000-10000ml/min，置换时间2-10min。
4.气体样品的采集20-90分钟后，用注射器从采样孔中抽取气体样品装入采样袋中，待同位素比率质谱仪分析用。
5.同位素比率质谱仪的测定将样品瓶用真空抽气泵抽空，用氦气洗2-3次，再用样品气洗1-2次，抽真空后，再充入待测样品。用气相色谱-同位素比率质谱联用仪测定样品。
通过下面公式(1)计算N2O的δ值δ15N样品＝[(R样品/R标准品)-1]×103‰ (1)其中，δ15N样品代表样品的同位素比率δ值，R样品代表样品的R值，R＝15N原子数/14N原子数，R标准品代表标准品的R值。
通过公式下面(2)计算植物在植物-土壤系统中N2O排放的贡献率cp%=(δ15Ns+p-δ15Ns)/(δ15Np-δ15Ns)×100---(2)]]>其中，cp代表植物在植物-土壤系统中N2O排放的贡献率，δ15Ns代表土壤样品排放N2O的δ15N，δ15Np代表植物样品排放N2O的δ15N，δ15Ns+p代表土壤与植物样品排放N2O的δ15N。
6.同位素标准品的配制1)称取100gNaOH，加入400ml水中，静置过夜；2)向溶液中加入16ml Br2，放在＜5℃的条件下(冰浴中)；3)反应液为NaOBr，用封口膜包好放在冰箱中，温度2-6℃；4)称取少量的(NH4)2SO4加入试管中，塞上密封胶塞，然后抽真空(真空度为10-40Pa)并充入氦气，重复3次，以氦气充分置换出原有的空气；5)然后加入2ml NaOBr于试管中，试管上部的空气样品就是与(NH4)2SO4的δ相同的N2O。
本发明的有益效果是1、本发明利用稳定同位素技术，通过不含N2O的人造空气置换掉塑料袋中的气体，从而使采集的样品中N2O全部为试验对象所排放出来的N2O。以IRMS测定N2O的δ15N值，可以比较准确的测定植物、土壤、土壤-植物系统排放的N2O的δ15N值，从而计算出植物在土壤-植物系统中的贡献率。
2、本发明利用气相色谱与同位素比率质谱技术联用仪的方法测定植物、土壤、土壤-植物系统排放N2O的δ15N值，从而通过公式计算出植物在土壤-植物系统N2O排放的贡献率。该方法可以精确地测定N2O的δ15N值，结果比气相色谱的测定结果更加准确可靠。
3、本发明旨在提供一种如何更加准确的测定δ15N值的方法，利用透明塑料袋包住测定对象，用去除N2O的人工配制的空气反复置换塑料袋中的气体，最终排除空气中原有N2O对试验的影响，使所采集气体样品中的N2O为测定对象自身所排放的。
具体实施例方式本发明选取大豆为研究对象，在大豆的生长季节通过测定大豆、土壤、大豆-土壤系统排放的N2O的δ15N值，通过公式计算出大豆在大豆-土壤系统N2O的贡献率。具体过程如下1.不含N2O人造空气的配制用体积百分数为22％的氧气、78％的氮气加入360ppm的二氧化碳配制成没有N2O的人造空气，由科瑞特种气体有限公司配制。
2.土壤、植物样品的采集在大豆的生长季节，分别采集0-10cm土壤、植物枝叶样品，土壤植物样品要对应分别编号，放入花盆中。
3.气体置换用透明塑料袋将采集回来的土壤、植物、土壤-植物系统分别包好，塑料袋上要留有采样孔。用配制的去除N2O的人造空气反复置换塑料袋中的气体，直到塑料袋中的气体充分被配制的人造空气置换为止。注意置换气体的流速要保持一致，置换时间也需相近，置于阳光下，记录气温、光强。置换气体的流速2000ml/min，置换时间5min。
4.气体样品的采集40分钟后，用注射器从采样孔中抽取气体装入500ml采样袋中，待同位素比率质谱分析用。
5.气相色谱-同位素比率质谱仪测定将样品瓶用真空抽气泵抽空，用氦气洗2-3次，再用样品气洗1-2次，抽真空后，再充入待测样品。用同位素比率质谱仪测定样品，记录结果。气相色谱仪条件石英毛细管色谱柱(catalog 1133432，30m×0.320mm)；气相色谱仪的进样口接预浓缩系统，预浓缩系统的进样量100ml。气相色谱仪柱温保持30℃，气相色谱仪再与质谱仪联机。
通过下面公式(1)计算N2O的δ值。公式为δ15N样品＝[(R样品/R标准品)-1]×103‰ (1)其中，δ15N样品代表品的同位素比率δ值，R样品代表样品的R值，R＝15N原子数/14N原子数，R标准品表标准品的R值。
通过下面公式(2)计算出大豆在大豆-土壤系统N2O的贡献率。公式为
cp%=(δ15Ns+p-δ15Ns)/(δ15Np-δ15Ns)×100---(2)]]>其中，cp代表植物在植物-土壤系统中N2O排放的贡献率，δ15Ns代表土壤样品排放N2O的δ15N，δ15Np代表植物样品排放N2O的δ15N，δ15Ns+p代表土壤与植物样品排放N2O的δ15N。
6.同位素标准品的配制1)称取100g NaOH，加入400ml水中，静置过夜；2)向溶液中加入16ml Br2，放在＜5℃的条件下(冰浴中)；3)反应液为NaOBr，用封口膜包好放在冰箱中，温度3℃；4)称取2g(NH4)2SO4加入试管中，塞上密封胶塞，然后抽真空(真空度为20Pa)并充入He，重复3次；5)然后加入2ml NaOBr在试管中，试管上部的空气样品就是与(NH4)2SO4的δ相同的N2O。
通过以上步骤，测定的结果为土壤δ值为-2.225‰、植物的δ值为9.836‰、土壤-植物系统δ值为4.506‰，通过公式(2)计算出植物对土壤-植物系统N2O排放的贡献率约为55.8％。
权利要求
1.一种测定土壤-植物系统N2O排放的方法，其特征在于先以人工配制的不含N2O的人造空气充分置换掉拟采样系统中的原有空气，经过一定时间20～90分钟后再采样，然后以气相色谱-稳定同位素比率质谱联用仪技术测定植物、土壤、土壤-植物系统排放的N2O的同位素比率δ值。
2.按照权利1所述的测定土壤-植物系统N2O排放的方法，其特征在于，人造空气的配置和采样系统空气置换的步骤如下1)不含N2O人造空气的配制用体积百分数为22％的氧气、78％的氮气加入360ppm的二氧化碳配制成不含有N2O的钢瓶气体；2)土壤、植物样品的采集在植物的生长季节分别采集0-10cm土壤、植物枝叶样品、土壤连同植物样品；3)气体置换用透明塑料袋将采集回来的土壤、植物、土壤-植物系统分别包好，塑料袋上要留有采样孔；用配制的去除N2O的人造空气反复置换塑料袋中的气体，直到塑料袋中的气体充分被配制的人造空气置换为止；4)气体样品的采集20～90分钟后，用注射器从采样孔中抽取气体样品装入采样袋中，待同位素比率质谱分析用。
全文摘要
本发明涉及生物科学、环境科学与稳定同位素分析技术领域，具体为一种测定土壤－植物系统N
文档编号G06F19/00GK1975411SQ200610134749
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者张颖, 王波, 徐慧, 李慧, 任瑞霞, 郑循华, 赵宏德, 陈冠雄 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所