文档介绍：BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统
碳和氮是重要的生命物质, 也是地球非生物组成部分的重要元素。土壤碳氮在地球各个圈层之间不断流动、往返,构成碳和氮的生物地球化学循环。氮素的转化包括含氮有机质的矿化过程、硝化-反硝化过程、腐殖质的形成过程、植物和微生物对有效态氮的吸收固定作用及粘土矿物对NH4+的吸收固定。硝化作用和反硝化作用影响初级生产力,引起土壤酸化,导致阳离子和***盐淋失,与N2O释放密切相关,因此,成为近来来研究的热点。土壤呼吸作用是全球碳循环中一个主要的流通途径,它使土壤碳以 CO2的形式从土壤向大气圈流动。土壤呼吸各分量的定量研究己经成为陆地生态系统乃至全球碳循环研究的热点和难点之一,国际上许多学者正致力于尝试采用新的技术、工具和测定手段来加强对土壤呼吸的研究。
BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统图1 BaPS测量系统
(Barometric Process Separation,简称BaPS),由德国Fraunhofer大气环境研究所(Fraunhofer Institute for Atmospherically Environmental Research)研制并获得专利,用于测定土壤中微生物对碳素和氮素的转化速率,包括总硝化速率、反硝化速率以及土壤呼吸速率。BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统是一种新型的研究土壤碳氮转化规律的仪器,已经成功应用于
土壤总硝化速率、反硝化速率的测定。
BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统的技术理论建立在一个等温密闭的土壤系统中,通气良好的土壤中的CO2、O2和总的气体平衡,土壤的呼吸系数为1的理论前提下。在这样的一个系统中,假定只有以下几个过程跟压力相关:硝化作用,净消耗O2的过程,使气压降低;反硝化作用,净CO2和净的NxOy (NO、N2O、N2 )产生过程,使气压上升;土壤呼吸,气压不发生变化;CO2溶解于土壤中,使气压降低,根据气压平衡反过来最终可以精确得到土壤样品的总硝化和反硝化速率。该方法具有方便、快速的特点。通常测量时间在5-10小时内。
BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统采用的是田间原状土柱,对土壤原有结构破坏小,不添加抑制剂或氮源,测量结果与实际值接近。与传统的N15同位素技术相比,费用低,且避免了由同位素示踪法带来的污染,且在通气良好的土壤中准确性和同位素示踪法相当[10~12]。
Christoph Mu¨ ller等人采用N15和BaPs两种方法测量土壤的总硝化率,通过比较两种方法测量的结果有相似的一致性,如图5所示。
图2. 同位素法和BaPS法测量土壤N转化
图3 不同方法测量土壤呼吸速率
BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统测量参数有CO2、O2、气压、温度,软件计算出硝化率、反硝化率和土壤呼吸率,主要应用领域有:***盐的淋洗、氮的挥发、氮肥利用率的研究、微生物氮转化过程中参数的确定、土壤呼吸等研究领域。目前此系统主要应用于土壤N循环的研究,但对土壤呼吸的确定是BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统的基础和核心技术,是土壤总硝化和反硝化速率区分研究的前提和基础。因此,BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统在土壤呼吸研究中也有很好的应用前景。
应用实例
1、BaPS全自动土壤碳氮转化定量测量系统在高山草甸土硝化和反硝化季节变化研究