土壤净氮矿化率的测定

土壤净氮矿化率的测定—厌氧培养法(Anaerobic method)

一,实验目的

1.掌握厌氧培养法测定土壤净氮矿化率的基本原理与操作方法

2.掌握凯氏定氮的原理和蒸馏定氮器或氨气敏电极的使用方法

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二,实验内容

1.土样的野外采集与处理

2.土样水淹状态下厌氧矿化培养

3.凯氏定氮法测定土样矿化率

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三,实验原理

1.背景知识

①土壤中的氮素

氮素是蛋白质和核酸的重要组成部分,同时又是叶绿素,酶,维生素,生物碱等的必要成分,在植物细胞的生长,分化和各种代谢过程中,氮素都起着重要的作用.土壤中的氮绝大部分(约90%以上)以复合态存在于有机质或腐殖质中,而大多数的植物所吸收利用的氮素主要是无机态的铵态氮和硝态氮.土壤中的有机质和腐殖质等有机态氮通过氮素矿化作用(主要是土壤微生物作用)释放出无机态氮(主要是铵态氮与硝态氮),为植物吸收利用.

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②氮素矿化作用与土壤净氮矿化率

氮素矿化作用是土壤中有机态氮经土壤微生物的分解,转化为无机态氮的过程,它在生态系统中是土壤对植物生长供给氮素的关键过程.

土壤净氮矿化率则是描述土壤氮素矿化作用速率的指标,指单位时间内土壤有机态氮经矿化作用转化为易被植物利用的无机态氮的量.它在一定程度上反映了土壤对植物氮素的供应能力,对农业生产中作物的选择和肥料的施用都起着指导性的作用.

③测试方法简介

目前国内外土壤矿化氮的测定方法主要是生物培养法,此法测定的是土壤中氮的潜在供应能力,其结果与植物生长的相关性较高.生物培养法分为好氧培养法(aerobic method)和厌氧培养法(anaerobic method).

好氧培养法:使土样在适宜的温度,水分,通气条件下进行培养,测定培养过程中释放出的无机态氮,即在培养之前和培养之后测定土壤中无机态氮(铵态氮和硝态氮等)的总量,二者之差即为矿化氮.好氧培养法沿用至今已有很多改进,主要反映在:用的土样质量(10～15g),加或不加填充物(如砂,蛭石)以及土样和填充物的比例,温度控制(25～35℃),水分和通气调节(如土10g,加水6mL或加水至土壤持水量的60%),培养时间(14～20天)等.很明显,培养的条件不同,测出的结果也会不同.

厌氧培养法:通常以水淹创造条件进行培养(water logging method),测定土壤中有机态氮经矿化作用转化的无机态氮的量.其培养过程中条件的控制比较容易掌握,不需要考虑同期条件和严格的水分控制,可用较少土样和较短培养时间,方法简单且快速,结果的再现性较好,更适合于例行分析.故本试验采用厌氧培养法. 2,基本原理

厌氧培养法基本原理

用水淹保温法处理土壤,利用厌氧微生物在一定温度下矿化土壤有机态氮成为NH4+—N,再用2mol·L-1 KCl溶液浸提,浸出液中的NH4+—N,在碱液和还原剂的作用下用蒸馏法将NH3 蒸出,冷凝后用吸收液接收并滴定,从中减去土壤初始无机态氮(即原存在于土壤中的NH4+—N和NO3-—N),得到土壤矿化氮量.(也可以用氨气敏电极测定水溶性氨,取代滴定过程)

四,实验仪器,试剂及配制

1.主要仪器

半微量定氮蒸馏装置;

半微量滴定管(5ml)或PNH3-1-氨气敏电极

四,实验仪器,试剂及配制

2.试剂

① 40%NaOH溶液

称取工业用固体NaOH400g(用小烧杯做容器称取),取硬质1000ml玻璃烧杯,先加蒸馏水600mL,将称好的NaOH缓缓倒入并不断搅拌,以防止烧杯底角固结.冷却后倒入试剂瓶备用.(每样品用量5ml)

四,实验仪器,试剂及配制

②甲基红—溴甲酚绿混合指示剂

0.5g溴甲酚绿和0.1g甲基红溶于100mL乙醇中.

③ 20g·L-1 H2BO3—吸收液

20g H2BO3(化学纯)溶于1L水中,每升H2BO3溶液中加入甲基红—溴甲酚绿混合指示剂5mL并用弱酸或弱碱(0.1mol/L的Hcl或NaOH)调节至紫红色.(指示剂灵敏范围紫黑色——紫红色,吸收液易受到酸碱污染,临用前配制并调色.)

翠绿色暗绿色灰黑色紫黑色暗紫色紫红色酒红色碱————————————————————————————酸

(每样品用量10ml)

④0.02 mol·L-1 (1/2H2SO4)标准溶液(根据实际情况可选择合适浓度酸液)

先配制0.10 mol·L-1 (1/2H2SO4)溶液,然后用标准碱液标定,再准确稀释而成.(精确)(每样品用量2-5ml)

⑤ 2.5mol/L KCl

称取KCl(化学纯)186.4g,溶于800ml蒸馏水中,定容至1L.(每培养样用量80ml) 四,实验仪器,试剂及配制

⑥ 2.0mol/L KCL

称取KCL(化学纯) 149g, 溶于800ml蒸馏水中,定容至1L.(每初始样用量100ml) 返回

⑦ FeSO4—Zn粉还原剂

将Fe SO4·7H2O(化学纯)和Zn粉共同磨细(或分别磨细,分别保存,可数年不变,用时按比例混合)以5 :1混合盛于棕色瓶中备用(混合后易氧化,保存不可超过一星期).(每样品用量1.2g)

⑧ 比色液

吸收液调色完成后,吸取吸收液10ml,置于50ml三角瓶中,用蒸馏水稀释置40ml. 五,实验方法与步骤

1.土样的采集与处理

土壤是一个不均一体,影响它的因素错综复杂,因此土壤样品的代表性与采样误

差的控制直接相关,采样时要贯彻"随机"原则,即样品应当随机的取自所代表的总体.

① 一般土样采取自2-10cm土层土壤,也可根据采集地主要作物根系深度采取土样.为样品的保存和工作的方便,从野外采回的土样都先进行风干.

② 将采回的土样,放在塑料布上,摊成薄薄的一层,置于室内通风阴干.在土样半干时,须将大土块捏碎(尤其是黏性土壤),以免完全干后结成硬块,难以磨细.风干场所力求干燥通风,并要防止酸蒸气,氨气和灰尘的污染.

③ 样品风干后,应拣去动植物残体如根,茎,叶,虫体等和石块,结核(石灰,铁,锰),再经研细,使之通过2mm孔径的筛子待测.

五,实验方法与步骤

2.培养土样准备

称取过筛后的风干土样20.0g (记录质量)置于150mL三角瓶中,加蒸馏水20.0mL,摇匀(土样必须被水全部覆盖).加盖橡皮塞,置于40±2℃恒温生物培养箱中培养待测(七昼夜).

3.土壤初始氮的测定

① 称取过筛后的风干土样20.0g(记录质量),置于250mL三角瓶中,加2mol·L-1 KCl溶液100mL,加塞振荡30min,过滤于150mL三角瓶中.

② 由进样口加入FeSO4—Zn粉还原剂1.2g,用吸管吸取滤液30mL由进样口加入(此过程尽量将还原剂冲入反应室),再加40%NaOH溶液5mL,立即封闭进样口并将预先将盛有20g·L-1硼酸—吸收液10mL的50ml三角瓶置于冷凝管下.

③通蒸汽蒸馏,当吸收液达到40mL时停止蒸馏,取下三角瓶,用0.02mol·L-1 (1/2H2SO4) 标准液滴定并与比色液进行比色,当吸收液与比色液颜色基本一致后停止滴定,并记录滴定所用酸的量.同时做空白试验.(亦可采用氨气敏电极测定)

注:

如滴定用去的酸液少于1ml或超过5ml需调节酸浓度,使多数滴定值在2ml-4ml 之间.

加碱液和加吸收液不能用同一个吸耳球,避免造成吸收液的污染.如果实验过程中发现原吸收液被污染,应停止实验,重新对原吸收液调色,并重新配置比色液.

4.土壤矿化氮和初始氮之和的测定

培养一周后取出矿化培养土样,加80mL 2.5mol·L-1 KCl溶液,再用橡皮塞塞紧,在振荡机上振荡30min,取下立即过滤于150mL三角瓶中.蒸馏滴定过程同土壤初始氮的测定.同时做空白试验.(亦可采用氨气敏电极测定)

六,实验结果与计

1.结果计算

2.实验数据记录表

3.拟结果记录表

七,讨论

对土壤矿化率可能产生影响的因素及产生影响的可能原因.(包括对人为误差产生的讨论)

本实验除考虑测定样地土壤矿化率外,也可以分不同的小组从多个角度进行测定,并对各小组的实验结果进行比较,(如对不同土质土壤矿化率或同一土质不同深度的土壤矿化率进行对比实验)讨论结果并分析影响土壤矿化率的因素.

八,思考题