植物营养元素循环研究方法

植物营养元素循环研究方法

摘要：本文阐述了植物营养元素的种类，植物营养元素循环的研究方法，及样本营养元素含量的一般测定方法及操作步骤和注意事项，为今后营养元素循环规律的研究提供理论和技术依据。

关键词：植物营养元素营养元素循环研究方法

1植物营养元素

植物正常生长发育所需要的营养元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量(亦称常量)元素和微量元素之分。

1.1必需元素

必需元素指植物正常生长发育所必需而不能用其他元素代替的植物营养元素。必须元素是构成植物体内有机结构的组成成分，参与酶促反应或能量代谢及生理调节[1]。如纤维素、单糖和多糖中含有碳、氢、氧；蛋白质中含有碳、氢、氧、氮、磷、硫；某些酶中含有铁或锌；Mg2+和K+是两种不同的酶的活化剂；K+和Cl-对渗透调节具有重要作用，等等[2]。

根据植物需要量的多少，必需元素又分为大量元素和微量元素。

大量元素有碳(C)、氢(H)、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫(S)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅（Si）(最新的植物生理学中说Si是新增的大量元素) 微量元素有铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、硼(B)、钼(Mo)、氯(Cl)、钠（Na）、镍(Ni) (最新的植物生理学中说Na、Ni是新增的微量元素)。

1.2有益元素

有益元素指一些植物正常生长发育所必需而不是所有植物必需的元素。如钴等。

2营养元素循环

营养元素循环，是生态系统中鼓重要的结构功能特征，它在生态系统的调节活动中扮演重要角色，是一切全而深人的生态系统研究中必不可少的工作[3]。这方而的工作国内外已开展很多[4]，但多是在纯度和均一性较高的人工林中进行的，而在亚热带北缘的南京地区，尤其是宝华。这样遭受较重的人为破坏后，又加以适当保护发展起来的均一性较差的森林群落中进行类似的研究还是第一次。

2.1研究方法

2.1.1样地布设

选择合适的育苗场地进行试验设计，并选择合适的林木或苗木进行统一管理，为试验做好准备

2.1.2苗木处理

根据具体的试验目的和试验设计对苗木进行处理，如施肥等。

2.1.3采样分析

根据试验设计进行采样，一般采样是定期、定时进行的，具体依试验设计。

土壤调查：在各标准地内挖掘剖面,按自然发育层次,于各层均匀取样分析。

营养元素含量分析：

N含量用凯氏定氮法测定

P用钒钼黄比色测定

其它元素用500℃高温灰化,1:4盐酸溶解制备系列待测液,用原子吸收分光光度法测定其含量。

土壤有效Fe,Zn,Cu,用DTPA浸提,土壤速效钾、交换性锰、钙、镁用NH4OAc 提取,原子吸收法测定[5]。

2.2研究结果与分析

2.2.1不同营养元素的分布及含量

营养元素的含量随着树种和器官的不同而异。

2.2.2不同营养元素积累速率

林分的养分积累速率,即年净积累量,是养分平衡公式中不可缺少的存留量定量指标。

2.2.3林木生态系统的营养元素积累

林木生态系统营养元素积累为生物产量与各器官中营养元素之积,不仅取决于生物量的大小,而且取决于营养元素含量的高低。营养元素总积累是森林群落与环境相互作用的结果[6]。

2.2.4营养元素的生物循环

林木生态系统营养元素的生物循环平衡公式为:吸收量=存留量+归还量

式中,营养元素存留量为锐齿栎林的营养元素年积累量,营养元素归还量由枯落物年积累量得到,并可利用如下公式分别计算各循环系数:

吸收系数=年元素吸收量/表土层元素贮量

循环系数=年元素归还量/年元素吸收量

利用系数=年元素吸收量/年元素积累量

元素周转期=现存量中元素贮量/年凋落物中元素量

循环系数用于表征营养元素循环强度,某营养元素的循环系数越大,循环强度越大,林木生长对土壤库存元素的耗费相对就越小[7]。

3营养元素测定常用方法

3.1凯氏定氮法

凯氏定氮法是测定化合物或混合物中总氮量的一种方法[8]。即在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样品将有机氮都转变成无机铵盐，然后在碱性条件下将铵盐转化为氨，随水蒸气馏出并为过量的酸液吸收，再以标准碱滴定，就可计算出样品中的氮量。由于蛋白质含氮量比较恒定，可由其氮量计算蛋白质含量，故此法是经典的蛋白质定量方法[9]。

3.1.1原理

蛋白质是含氮的有机化合物。食品与硫酸和催化剂一同加热消化，使蛋白质分解，分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵。然后碱化蒸馏使氨游离，用硼酸吸收后再以硫酸或盐酸标准溶液滴定，根据酸的消耗量乘以换算系数，即为蛋白质含量。

有机物中的胺根在强热和CuSO4，浓H2SO4作用下，硝化生成（NH4）2SO4反应式为：

2NH2+H2S04+2H＝(NH4)2S04（其中CuSO4做催化剂）.在凯氏定氮器中与碱作用，通过蒸馏释放出NH3 ，收集于H3BO3 溶液中反应式为：

(NH4)2SO4+2NaOH＝2NH3+2H2O+Na2SO4

2NH3+4H3BO3＝(NH4)2B4O7+5H2O

用已知浓度的H2SO4（或HCI）标准溶液滴定，根据HCI消耗的量计算出氮的含量，然后乘以相应的换算因子，既得蛋白质的含量，反应式为：

(NH4)2B4O7+H2SO4+5H2O＝(NH4)2SO4+4H3BO3

(NH4)2B4O7+2HCl+5H2O＝2NH4Cl+4H3BO3

3.1.2试剂

所有试剂均用不含氨的蒸馏水配制：硫酸铜、硫酸钾、硫酸、2%硼酸溶液、混合指示液（1份0.1%甲基红乙醇溶液与5份0.1%溴甲酚绿乙醇溶液临用时混合。也可用2份0.1%甲基红乙醇溶液与1份0.1%次甲基蓝乙醇溶液临用时混合）、40%氢氧化钠溶液、0.025mol/L硫酸标准溶液或0.05mol/L盐酸标准溶液。

3.1.3仪器定氮蒸馏装置

3.1.4操作方法

1）样品处理：精密称取0.2-2.0g固体样品或2-5g半固体样品或吸取10-20ml 液体样品（约相当氮30~ 40mg），移入干燥的100ml或500ml定氮瓶中，加入0.2g硫酸铜，6g硫酸钾及20毫升硫酸，稍摇匀后于瓶口放一小漏斗，将瓶以45度角斜支于有小孔的石棉网上，小火加热，待内容物全部炭化，泡沫完全停止后，加强火力，并保持瓶内液体微沸，至液体呈蓝绿色澄清透明后，再继续加热0.5小时。取下放冷，小心加20ml水，放冷后，移入100ml容量瓶中，并用少量水洗定氮瓶，洗液并入容量瓶中，再加水至刻度，混匀备用。取与处理样品相同量的硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸同一方法做试剂空白试验。

2）装好定氮装置，于水蒸气发生器内装水约2/3处加甲基红指示剂数滴及数毫升硫酸，以保持水呈酸性，加入数粒玻璃珠以防暴沸，用调压器控制，加热煮沸水蒸气发生瓶内的水。

3）向接收瓶内加入10ml 2%硼酸溶液及混合指示剂1滴，并使冷凝管的下端插入液面下，吸取10.0ml样品消化液由小玻璃杯流入反应室，并以10ml水洗涤小烧杯使流入反应室内，塞紧小玻璃杯的棒状玻璃塞。将10ml 40%氢氧化钠