专利名称：一种土壤基础呼吸测定方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及土壤基础呼吸测定技术，具体地说是一种土壤基础呼吸测定方法及其装置。
背景技术：
土壤基础呼吸方面的研究一直是土壤生物化学、农田小气候学、土壤微生物学和土壤环境生物学研究的重点(文献1Pekka Vanhala，Seasonalvariation in the soil respiration rate in coniferous forest soils，Soil Biology &biochemistry，34(2002)1375-1379)。近年来，由于全球CO2浓度升高，全球变暖的趋势越来越明显，气候异常年发生的频率越来越快，有关全球变化的研究越来越受到人们的重视(文献2Lindsey E.Rustad，Thomas G.Huntington，& Richard D.Boone，Controls on soil respirationImplications forclimate change，Biogeochemistry，48(2000)；1-6)。全球变化与陆地生态系统之间的关系也同样受到人们关注，中国国家自然科学基金委员会在“十五”期间资助的一个重大项目是“我国东部沿海地区全球变化与生态系统相互作用机制研究”就是开展相关方面研究，土壤呼吸强度的变化是全球变化研究体系中一个非常重要的研究内容(文献3William H.Schelesinger& Jeffery A.Andera，Soil respiration and the global carbon cycle，Biogeochemistry，48(2000)；7-20)。由于土壤呼吸受多方面因素影响，比如温度、湿度、土壤微生物活性、土壤动物的活性、土壤物理、化学特性、农业生产措施、土地利用方式等等都可以影响土壤基础呼吸强度，因此土壤呼吸强度是一项综合的、表征生态系统特征的生物学指标(文献4K.Franzluebbers，A.J.Franzluebbers，and M.D.jawson，Environmental Controlson soil and whole-ecosystem respiration from a tall grass prairie，Soil Sci.Soc.Am.J.66(2002)254-262)，对研究陆地生态系统与全球变化响应机制具有重要的意义，对全球大气中CO2浓度影响具有不可替代的作用(文献5Miguel Quemada，Estrella Menacho，Soil respiration 1 year after sewage sludgeapplication，Biol.Fertil.Soils，33(2001)344-346)。近10年来，有关土壤基础呼吸强度的研究以及与此有关的土壤微生物活性、土壤微生物的多样性以及土壤微生物的种群结构等方面的研究再次成为人们研究的热点(文献6M.C.Savin，J.H.Gorres，D.A.Neber，J.A.Amador，Biogeophysicalfactors influencing soil respiration and mineral nitrogen content in an old fieldsoil，Soil Biology & Biochemistry，33(2001)429-438)。在国内，科技部设立了陆地生态系统碳循环方面的国家重大基础规划项目(973项目)，中国科学院设立了知识创新重大项目《中国陆地和近海生态系统碳收支研究》，中国政府和加拿大政府有关土壤碳沉积方面的合作研究也正如火如荼地在两国展开；在国外，有关土壤碳沉积方面的研究计划更多，比如美国国家基金设立的不同生态系统碳循环方面的研究，土壤生态系统碳沉积方面的研究，美国农业部设立的土壤碳循环与温室效应重大研究计划等等，表明人们正在逐渐揭开有关生态系统碳循环特征、机理、机制等方面的面纱。在上述这些研究项目中，有关土壤基础呼吸强度方面的研究无一例外地成为大家关注的重点。
正如前面所说的，土壤呼吸强度是受多种因素控制的(文献7ReinkeJ.J.，Adriano D.C.and Mcleod K.W.，Effects of litter alteration on carbondioxide from a South Carolina pine forest floor，Soil Sci.Soc.Am.J，1981，45；620～623)，如何准确地测定土壤基础呼吸强度成为人们普遍关注和探索的重点。目前，有关土壤基础呼吸强度的测定方法有以下几种1.微气象学方法利用微气象学方法，根据风速、风向、气温、地温、光合有效辐射和降水强度等气象学的指标来计算推测土壤基础呼吸强度，尽而得到近地面土壤碳通量的数值，揭示不同土地利用条件下土壤碳循环的时空变异规律(文献8P.J.Hanson，N.T.Edwards，C.T.Garten & J.A.Anderws，Separating root and soil microbial contributions to soil respirationAreview of method and observations，Biogeochemistry，48(2000)；115-146)。
2.静态箱法包括避光型和透明型静态箱两种方法，这两种方法是在不同的土地利用条件下，利用箱体收集土壤或植物排放的CO2，用注射器采集气体样，带回实验室利用气象色谱分析气样中的CO2浓度，据此推算土壤基础呼吸强度(文献9Pajari B.，Soil respiration in a poor upland site ofScots pine stand subjected to elevated temperatures and atmospheric carbonconcentration，Plant and Soil，1995，168-169，STBZ II(10)563-570)。这是目前应用较广的方法，其优点是结果稳定，重现性好，但使用过程中需要大量的人力、物力投入，经费不充足的地方很难利用。另外，目前国内具有气象色谱分析仪的单位也不是很多，尤其是一些基层单位，既无经费购置，也无能力维护和保养。同时，气象色谱的使用和维护也十分复杂，也正是由于昂贵的费用和精密的仪器反而限制了该方法的应用(文献8P.J.Hanson，N.T.Edwards，C.T.Garten & J.A.Anderws，Separating root andsoil microbial contributions to soil respirationA review of method andobservations，Biogeochemistry，48(2000)；115-146)。
3.室内培养法该方法是比较原始的一种方法，也是目前应用比较多的方法之一。它是先采集土壤样品，放入密闭容器中，然后在实验室培养，在培养期间用NaOH吸收土壤释放的CO2，然后利用稀酸滴定过量的NaOH，根据消耗的NaOH量求出培养期间土壤释放CO2的强度。该方法简单、易操作，不需要大型精密的仪器和昂贵的费用，缺点是不能反映土壤原始状态下基础呼吸强度，属于室内模拟的一种方法。在利用该方法时，技术问题是盛有NaOH的烧杯及土壤样品均置于容器的底部，烧杯及土壤样品的工作表面积均不足够大，所以，测定结果就不稳定，加之还有从烧杯到三角瓶的转移过程，重复性不理想。

发明内容
本发明的目的是提供一种重复性好、稳定性优的土壤基础呼吸测定方法及其装置。
本发明的技术方案如下采用室内培养法，其特征在于以吸收盘为CO2吸收装置，将土壤样品置于密闭容器的底部，吸收盘放在密闭容器的中部或中部偏下位置、于土壤样品上方，其内加入用于吸收CO2的NaOH，常规培养，然后将吸收盘取出加入指示剂后搅拌，并在吸收盘中直接滴定，求出在培养期间土壤释放出的CO2量；所述土壤基础呼吸测定方法所用装置，包括密封容器，还包括吸收盘、托板、支杆，其中支杆穿过容器盖在容器内与托板安装在一起，托板上放置吸收盘；所述吸收盘放位于密闭容器的中部或中部偏下位置，将土壤样品置于密闭容器的底部；加设一系带，其一端安装在支杆上，另一端绕吸收盘侧壁外围与系带或支杆相连接。
本发明原理是利用可密闭容器，将CO2吸收盘放在容器的中间，即有利于CO2的吸收，也使吸收盘的表面积足够大，能够保证将土壤样品释放出来的CO2全部吸收到吸收盘NaOH之中，土壤样品放在容器的底部，CO2可以更好的释放出来；另外，滴定过程直接在吸收盘内进行，避免了液体转移带来的损失，使实验结果的重复性和稳定性都得到提高。
与现有技术相比，本发明继承了简单、省时、费用小的优点的同时，还具有如下优点1.工艺简单，便于操作，重复性、稳定性好。在测定土壤基础呼吸时，核心的问题是把接受CO2的装置放在密闭容器中何处的问题。在现有技术中是烧杯和土壤样品均放在容器的底部，操作时先放烧杯，再放土壤样品，一旦样品颗粒落入烧杯中实验就将前功尽弃，如先放土壤样品后放烧杯，又不知给烧杯留多大的空间，实验操作不便。本发明将CO2的吸收盘固定在密闭容器的中部或中部偏下位置，带来的好处分别是1)可先放土壤样品，再放吸收盘，操作起来十分方便。2)吸收盘面积可控，不占底面积数，可大到小于密封容器内径大小，又由于吸收盘的表面积足够大，吸收CO2的能力比较强；另一方面，采用本发明采集的土壤样品可尽量薄的布局于密封容器底部，其表面积可为密封容器底面积大小，有利土壤释放CO2；所以使实验结果的重复性更好，变异系数减少，实验效果的稳定性更好。3)减少了实验的操作步骤，使实验过程更简捷。
2.测定数据可靠。采集的土壤样品在测定过程中避免了现有技术中室内培养法的从烧杯到三角瓶的转移过程，即增加了测定的稳定性；又由于本发明可以在吸收盘中直接滴定，减少了液体转移而对实验产生的不良影响，避免了液体转移过程带来的损失，测定数据可靠。
3.适用范围广。利用该装置测定土壤基础呼吸强度，适合各种土壤，包括一些浸水土壤，并适用于开展大面积的联网监测研究。


图1为本发明方法所用装置结构示意图。
图2为本发明方法所用装置的另一个实施例结构示意图。
具体实施例方式
实施例1.本发明测定方法采用室内培养法，以吸收盘为CO2吸收装置，将土壤样品置于密闭容器的底部，吸收盘放在密闭容器的中部、于土壤样品上方，其内加入用于吸收CO2的NaOH，常规培养后将吸收盘取出，在吸收盘中加入指示剂，放在搅拌器上搅拌，并在吸收盘中直接滴定，本实施例利用标定过的酸滴定过量的NaOH，再根据NaOH实际消耗的量，求出在培养期间土壤释放出的CO2量，然后除以土壤干重，求出每克干土释放出的CO2量。
2.本发明测定方法所用装置如图1所示，主要包括密封容器、吸收盘、托板、支杆，其中支杆1穿过容器盖4、通过螺帽2、胶垫3在容器7内与托板6安装在一起，托板6上放置吸收盘5；所述吸收盘放5位于密闭容器7的中部。
具体操作如下1.将从野外采集的土壤样品置于密闭容器7的底部；2.在密封容器7中间部位固定用于接受CO2的吸收盘5，用托板6将其置于密闭容器7的中央；3.吸收盘5中放入过量的NaOH，用于吸收土壤呼吸过程中释放的CO2，常规培养完毕后(放入恒温箱中，控制温度为28℃，时间为24小时)，将吸收盘5取出，在吸收盘5中加入指示剂，放在搅拌器上，并利用标定过的酸在吸收盘5中直接滴定过量的NaOH，根据NaOH实际消耗的量，求出在培养期间土壤释放出的CO2量，再转变成土壤基础呼吸强度。
利用原室内培养法和本发明改进方法测定不同时期土壤的基础呼吸强度，结果列于表1，通过表1可以看出，利用改进的方法测定土壤基础呼吸强度，其变异系数远远小于原室内培养法，说明实验结果更稳定和更可靠。
本发明吸收盘5这一关键装置使室内培养法测定CO2浓度变得更简捷和更易操作；可以在吸收盘5中直接滴定，简化了实验步骤，使该方法更易于操作。
另外，本发明所述用于接受CO2的吸收盘5可以置于密闭容器7的偏低于中部位置；为了使吸收盘5稳定置于托板6之上，本实施例可加设一系带8，其一端安装在支杆1上，另一端绕吸收盘侧壁外围与系带8或支杆1相扣合，或利用作为系带8的塑料带系在支杆上将CO2的吸收盘5固定在托盘上，参见图2。
比较例将从野外采集的土壤样品置于密闭容器的底部，在小烧杯中加入过量的NaOH，也置于密闭容器的底部，用于吸收土壤呼吸过程中释放的CO2，培养完毕后，取出小烧杯，将其内部NaOH溶液移至三角瓶中，用蒸馏水冲洗小烧杯三次，并将冲洗液也移至三角瓶中，在三角瓶中加入指示剂，利用标定过的酸滴定过量的NaOH，根据NaOH实际消耗的量，求出在培养期间土壤释放出的CO2量，再由相应的公式转变成土壤基础呼吸强度。如果小烧杯太小，需要将相应的NaOH吸收液转移到三角瓶中，然后加入指示剂进行滴定。
表1 利用不同方法测定土壤CO2呼吸强度结果对照表

权利要求
1.一种土壤基础呼吸测定方法，采用室内培养法，其特征在于以吸收盘为CO2吸收装置，将土壤样品置于密闭容器的底部，吸收盘放在密闭容器的中部或中部偏下位置、于土壤样品上方，其内加入用于吸收CO2的NaOH，常规培养，然后将吸收盘取出加入指示剂后搅拌，并在吸收盘中直接滴定，求出在培养期间土壤释放出的CO2量。
2.一种按照权利要求1所述土壤基础呼吸测定方法所用装置，包括密封容器，其特征在于还包括吸收盘、托板、支杆，其中支杆(1)穿过容器盖(4)在容器(7)内与托板(6)安装在一起，托板(6)上放置吸收盘(5)；所述吸收盘放(5)位于密闭容器(7)的中部或中部偏下位置，将土壤样品置于密闭容器的底部。
3.按照权利要求2所述土壤基础呼吸测定方法所用装置，其特征在于加设一系带(8)，其一端安装在支杆(1)上，另一端绕吸收盘侧壁外围与系带(8)或支杆(1)相连接。
全文摘要
本发明涉及土壤基础呼吸测定技术，具体地说是一种土壤基础呼吸测定方法及其装置。它以吸收盘为CO
文档编号G01N33/24GK1525166SQ03111060
公开日2004年9月1日 申请日期2003年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者宇万太, 张璐, 马强, 殷秀岩 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所