一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置及用其測定土壤呼吸速率的方法

2023-06-22 08:57:41 2

一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置及用其測定土壤呼吸速率的方法
【專利摘要】一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置及用其測定土壤呼吸速率的方法，它涉及一種測定土壤呼吸速率的裝置及用其測定土壤呼吸速率的方法。本發明要解決現有測定土壤呼吸速率的裝置操作費時及用傳統裝置測定土壤呼吸速率的標準誤差大的問題。本發明的裝置是由培養裝置和吸收裝置組成，所述的培養裝置由培養瓶和膠塞組成，吸收裝置由吸收瓶和膠塞組成，培養瓶與吸收瓶通過內磨口支管和外磨口支管連接，外磨口支管插入內磨口支管中形成密閉連接。使用方法：一、溶液配製；二、準備裝置；三、培養；四、土壤呼吸速率測定；五、再培養；六、土壤呼吸速率再測定：循環步驟五和步驟六至17～56次，完成測定。本發明用於實驗室分析領域。
【專利說明】一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置及用其測定土壤呼吸速率的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測定土壤呼吸速率的裝置及用其測定土壤呼吸速率的方法，屬於實驗室分析領域。
【背景技術】
[0002]人類活動(化石燃料燃燒和土地利用變化)引發一系列全球變化。目前，大氣CO2濃度升高產生的溫室氣體導致全球變暖，引發南北極冰雪融化、海平面上升，將帶來一系列環境問題。土壤碳庫是陸地生態系統的最大碳庫，其微小的變化會強烈影響大氣CO2濃度的變化，因此對於土壤釋放氣體速率的研究不斷引起人們的關注，其研究方法和手段不斷深入，從而更加明確土壤呼吸對於溫室氣體的影響。土壤呼吸作為土壤碳庫周轉的重要過程，是決定土壤為碳源或碳匯的重要環節，增加土壤有機碳固定，可作為有效的大氣CO2減排的廉價途徑。因此土壤呼吸是研究碳循環和溫室氣體變化不可忽視的研究領域。
[0003]現有傳統測定土壤呼吸速率的方法是培養裝置與吸收裝置於一體，在滴定的過程中，不但培養裝置無法繼續培養，影響實驗進度，而且吸收裝置中的鹼液很難徹底吸出進行滴定，從而造成測定誤差較大、精度低。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了解決現有測定土壤呼吸速率的裝置操作費時及用傳統裝置測定土壤呼吸速率的標準誤差大的問題，而提供一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置及用其測定土壤呼吸速率的方法。
[0005]本發明測定土壤呼吸速率的裝置是由培養裝置和吸收裝置組成；
[0006]所述的培養裝置由培養瓶和膠塞組成；所述的培養瓶的瓶壁上有一個內磨口支管；所述的膠塞密封於培養瓶的瓶口 ；
[0007]所述的吸收裝置由吸收瓶和膠塞組成；所述的吸收瓶的瓶壁上有一個外磨口支管；所述的膠塞密封於吸收瓶的瓶口 ；所述的外磨口支管插入內磨口支管中形成密閉連接。
[0008]本發明用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，按下述步驟實現:
[0009]—、溶液配製:配製濃度為0.5mol/L?lmol/L的氫氧化鈉溶液,濃度為1.5mol/L?2mol/L的氯化鋇，質量濃度為1%的酚酞指示劑，濃度為0.25mol/L?0.5mol/L的鹽酸溶液，濃度為0.125mol/L?0.25mol/L的硼砂標準溶液；
[0010]二、準備實驗室測定土壤呼吸速率的裝置:
[0011]①、準備培養裝置和對照組裝置:稱取土壤20g?30g並放入到培養瓶(I)中，使土壤均勻覆蓋培養瓶(I)的瓶底，然後調節土壤的相對持水量為田間持水量的40%?60%，蓋上膠塞(5)，作為培養裝置；裝置中的鹼液進行測定，並計算出在步驟五所述的培養時間內的土壤呼吸速率；
[0034]返回再次執行步驟五和步驟六，直至循環執行步驟五和步驟六達到17~56次為止。本發明的工作原理及創新點:土壤呼吸主要是由土壤微生物呼吸組成。土壤中的微生物經過一段時間的培養，其數量和活性發生變化，從而使土壤排放的CO2發生變化。土壤呼吸產生的CO2通過支管擴散到吸收瓶中，被吸收瓶中的氫氧化鈉鹼液吸收，氫氧化鈉能夠吸收微生物呼吸釋放的CO2產生碳酸鈉溶液，微生物培養和吸收CO2 —定時間後，內磨口支管和外磨口接收支管分開後，呼吸裝置進行滴定測定，氯化鋇與碳酸根進一步反應生成碳酸鋇沉澱，未與CO2反應的氫氧化鈉溶液由鹽酸溶液滴定至終點。
[0035]本發明培養裝置中土壤呼吸過程產生的氣體，通過相互連接的玻璃支管進入吸收瓶中並被吸收瓶中的液體吸收，進而進行土壤呼吸速率的測定；培養結束將吸收裝置和培養裝置分離後，立即為培養裝置配製新準備的吸收裝置，繼續培養，而傳統裝置培養裝置和吸收裝置不可分，這樣在滴定的過程不可以繼續培養，可見，此發明能夠節省時間，加快試驗進度。滴定未與CO2反應的氫氧化鈉時，傳統裝置需要將液體移到其它裝置中，而此發明可以直接在吸收裝置中進行滴定，從而減少了液體移動的誤差，使試驗結果更精確，更可
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[0036]本發明的有益效果:
[0037]1、本發明採用培養裝置和吸收裝置通過磨口相連接的方法對土壤呼吸速率進行測定，使得滴定步驟可單獨在吸收裝置中進行，不影響繼續培養進度。
[0038]由於滴定過程中需要搖晃，吸收裝置需與培養裝置分離，利用內磨口支管與外磨口支管，可以完成吸收裝置與培養裝置的分離與組合，使測定的土壤呼吸速率數據更準確，精度提高15%以上。
`[0039]2、本發明採用培養裝置和吸收裝置通過磨口相連接的方法對土壤呼吸速率進行測定，使操作步驟簡單，可行性強，工作效率可提高1.5倍。
[0040]3、採用本發明方法對土壤呼吸速率進行測定，測定的標準誤差明顯小於傳統方法，由此可以看出應用本發明可以顯著提高了測定土壤呼吸速率的準確度。故本發明對土壤碳循環在實驗室模擬試驗的深入研究很有幫助，具有很好的推廣前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置示意圖；1為培養瓶，2為吸收瓶，3為內磨口支管，4為外磨口支管，5為膠塞，6為膠塞；
[0042]圖2為一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置中的培養裝置示意圖；1為培養瓶，3為內磨口支管，5為膠塞；
[0043]圖3為一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置中的吸收裝置示意圖；2為吸收瓶，4為外磨口支管，5為膠塞。
【具體實施方式】
[0044]【具體實施方式】一:本實施方式中一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置是由培養裝置和吸收裝置組成；
[0045]所述的培養裝置由培養瓶(I)和膠塞(5)組成；所述的培養瓶(I)的瓶壁上有一個內磨口支管(3);所述的膠塞(5)密封於培養瓶(I)的瓶口 ；
[0046]所述的吸收裝置由吸收瓶(2)和膠塞(6)組成；所述的吸收瓶(2)的瓶壁上有一個外磨口支管(4);所述的膠塞(6)密封於吸收瓶(2)的瓶口 ；所述的外磨口支管(4)插入內磨口支管(3)中形成密閉連接。
[0047]本實施方式的工作原理:土壤呼吸主要是由土壤微生物呼吸組成。土壤中的微生物經過一段時間的培養，其數量和活性發生變化，從而使土壤排放的CO2發生變化。土壤呼吸產生的CO2通過支管擴散到吸收瓶中，被吸收瓶中的氫氧化鈉鹼液吸收，氫氧化鈉能夠吸收微生物呼吸釋放的CO2產生碳酸鈉溶液，微生物培養和吸收CO2 —定時間後，內磨口支管和外磨口接收支管分開後，呼吸裝置進行滴定測定，氯化鋇與碳酸根進一步反應生成碳酸鋇沉澱，未與CO2反應的氫氧化鈉溶液由鹽酸溶液滴定至終點。
[0048]培養結束將吸收裝置和培養裝置分離後，立即為培養裝置配製新準備的吸收裝置，繼續培養，而傳統裝置培養裝置和吸收裝置不可分，這樣在滴定的過程不可以繼續培養，可見，此發明能夠節省時間，加快試驗進度。滴定未與CO2反應的氫氧化鈉時，傳統裝置需要將液體移到其它裝置中，而此發明可以直接在吸收裝置中進行滴定，從而減少了液體移動的誤差，使試驗結果更精確，更可靠。
[0049]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一的不同之處在於，所述培養瓶與吸收瓶均由玻璃材料製成。其他與【具體實施方式】一相同。
[0050]【具體實施方式】三:本實施方式中用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，是按下述步驟實現:按下述步驟實現:
[0051]—、溶液配製:配製濃度為0.5mol/L?lmol/L的氫氧化鈉溶液,濃度為1.5mol/L?2mol/L的氯化鋇，質量濃度為1%的酚酞指示劑，濃度為0.25mol/L?0.5mol/L的鹽酸溶液，濃度為0.125mol/L?0.25mol/L的硼砂標準溶液；
[0052]二、準備實驗室測定土壤呼吸速率的裝置:
[0053]①、準備培養裝置和對照組裝置:稱取土壤20g?30g並放入到培養瓶(I)中，使土壤均勻覆蓋培養瓶(I)的瓶底，然後調節土壤的相對持水量為田間持水量的40%?60%，蓋上膠塞(5)，作為培養裝置；
[0054]同時，準備對照組裝置:對照組裝置為培養瓶(I)內不放置土壤，蓋上膠塞(5)；
[0055]②、準備吸收裝置:吸取步驟一中得到的氫氧化鈉溶液IOmL?15mL，並將其加入到吸收瓶(2)中，蓋上膠塞(6)；
[0056]③、連接:將步驟①的培養裝置與步驟②的吸收裝置通過內磨口支管(4)和外磨口支管(3)連接，完成土壤組測定土壤呼吸速率的裝置的連接；
[0057]將步驟①的對照組裝置與步驟②的吸收裝置通過內磨口支管(4)和外磨口支管
(3)連接，完成對照組測定土壤呼吸速率的裝置的連接；
[0058]三、培養:將步驟二中的土壤組測定土壤呼吸速率的裝置和對照組測定土壤呼吸速率的裝置在溫度為8°C?28°C的條件下培養Id?2d，然後將土壤組和對照組的培養裝置分別與其吸收裝置分離；
[0059]四、土壤呼吸速率的測定:
[0060]①、鹽酸溶液的標定:利用步驟一中製備的濃度為0.5mol/L?lmol/L的硼砂標準溶液對步驟一中配製的濃度為0.25mol/L?0.5mol/L的鹽酸溶液進行標定，經過計算，得
【權利要求】
1.一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置，其特徵在於實驗室測定土壤呼吸速率的裝置是由培養裝置和吸收裝置組成； 所述的培養裝置由培養瓶(I)和膠塞(5)組成；所述的培養瓶(I)的瓶壁上有一個內磨口支管(3);所述的膠塞(5)密封於培養瓶(I)的瓶口 ； 所述的吸收裝置由吸收瓶(2 )和膠塞(6 )組成；所述的吸收瓶(2 )的瓶壁上有一個外磨口支管(4);所述的膠塞(6)密封於吸收瓶(2)的瓶口 ；所述的外磨口支管(4)插入內磨口支管(3)中形成密閉連接。
2.用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，其特徵在於該方法按下述步驟實現: 一、溶液配製:配製濃度為0.5mol/L~lmol/L的氫氧化鈉溶液,濃度為1.5mol/L~2mol/L的氯化鋇，質量濃度為1%的酚酞指示劑，濃度為0.25mol/L~0.5mol/L的鹽酸溶液，濃度為0.125mol/L~0.25mol/L的硼砂標準溶液； 二、準備實驗室測定土壤呼吸速率的裝置: ①、準備培養裝置和對照組裝置:稱取土壤20g~30g並放入到培養瓶(I)中，使土壤均勻覆蓋培養瓶(I)的瓶底，然後調節土壤的相對持水量為田間持水量的40%~60%，蓋上膠塞(5)，作為培養裝置； 同時，準備對照組裝置:對照組裝置為培養瓶(I)內不放置土壤，蓋上膠塞(5)； ②、準備吸收裝置:吸取步驟一中得到的氫氧化鈉溶液IOmL~15mL，並將其加入到吸收瓶(2)中，蓋上膠塞(6)； ③、連接:將步驟①的培養裝置與步驟②的吸收裝置通過內磨口支管(4)和外磨口支管(3)連接，完成土壤組測定土壤呼吸速率的裝置的連接； 將步驟①的對照組裝置與步驟②的吸收裝置通過內磨口支管(4)和外磨口支管(3)連接，完成對照組測定土壤呼吸速率的裝置的連接； 三、培養:將步驟二中的土壤組測定土壤呼吸速率的裝置和對照組測定土壤呼吸速率的裝置在溫度為8°C~28°C的條件下培養Id~2d，然後將土壤組和對照組的培養裝置分別與其吸收裝置分離； 四、土壤呼吸速率的測定: ①、鹽酸溶液的標定:利用步驟一中製備的濃度為0.5mol/L~lmol/L的硼砂標準溶液對步驟一中配製的濃度為0.25mol/L~0.5mol/L的鹽酸溶液進行標定，經過計算，得到標定後的鹽酸溶液的濃度C _&lg)； ②、分別向步驟三中所述的分離後的土壤組和對照組的吸收裝置中加入步驟一中配製的濃度為1.5mol/L~2mol/L的氯化鋇溶液5ml，質量濃度為1%的酚酞指示劑2滴，得到紅色沉澱，然後利用步驟①標定後濃度為的鹽酸溶液將紅色沉澱滴定至白色沉澱為止，分別記錄土壤組的吸收裝置中的鹼液所消耗的鹽酸溶液的體積V1和對照組的吸收裝置中的鹼液所消耗的鹽酸溶液的體積V2 ； ③、土壤呼吸速率的計算: 在步驟三所述的培養時間內土壤呼吸速率的公式如下:
P (C02)= (V2-V1) XC (標定-鹽酸)X0.022X (22.4X1000/44) X2X1000/m/t P (C02):為土壤呼吸速率，單位HlL kg—1 Cf1 ;.0.022:二氧化碳的摩爾質量，單位g/mmol ； .22.4 X 1000/44:標準狀態下每克CO2的毫升數，單位mL ； m:為步驟二①中所述的土壤質量，單位g ； t:步驟三中所述的培養時間，單位d ； C (標定_aig):為步驟四①中所述的標定後的鹽酸溶液的濃度，單位mol/L ； V1:為步驟四②中所述的土壤組的吸收裝置中的鹼液所消耗的鹽酸溶液的體積，單位 mL ； V2:為步驟四②中所述的對照組的吸收裝置中的鹼液所消耗的鹽酸溶液的體積，單位 mL ； 五、再培養:將步驟三所述的分離後的土壤組和對照組的培養裝置分別與新準備的吸收裝置連接，將新連接完成的土壤組測定土壤呼吸速率的裝置和對照組測定土壤呼吸速率的裝置在溫度為8V~28°C的條件下培養Id~2d後，然後再將土壤組和對照組的培養裝置與其吸收裝置分離； 其中，對於所述的新準備的吸收裝置，吸取步驟一中得到的氫氧化鈉溶液IOmL~.15mL，並將其加入到吸收瓶(2)中，蓋上膠塞(6)； 六、土壤呼吸速率的再測 定:對步驟五中所述的分離後的土壤組和對照組的吸收裝置中的鹼液進行測定，並計算出在步驟五所述的培養時間內的土壤呼吸速率； 返回再次執行步驟五和步驟六，直至循環執行步驟五和步驟六達到17~56次為止。
3.根據權利要求2所述的用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，其特徵在於步驟一中所述的氫氧化鈉溶液的濃度為lmol/L。
4.根據權利要求2所述的用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，其特徵在於步驟二①中所述的均勻覆蓋培養瓶的底部的土壤的厚度為IOmm~.30mm。
5.根據權利要求2所述的用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，其特徵在於步驟二①中所述的均勻覆蓋培養瓶的底部的土壤的厚度為IOmm~.20mm。
6.根據權利要求2所述的用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，其特徵在於步驟二①中所述的均勻覆蓋培養瓶的底部的土壤的厚度為20_~.30mm。
7.根據權利要求2所述的用一種實驗室測定土壤呼吸速率的裝置測定土壤呼吸速率的方法，其特徵在於步驟三中所述的土壤的培養條件為在溫度20°C的條件下培養，培養時間為1d。
【文檔編號】G01N31/16GK103776954SQ201410039599
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】尤孟陽, 李祿軍, 韓曉增 申請人:中國科學院東北地理與農業生態研究所