使用氮同位素指數區別有機農產品和傳統農產品的方法

2023-07-01 23:33:56 4

專利名稱：使用氮同位素指數區別有機農產品和傳統農產品的方法
技術領域：
本發明涉及通過在土壤樣品或農作物樣品中使用氮同位素指數，區別有機農作物和傳統農作物或區別有機農田和傳統農田的方法。
背景技術：
在傳統耕種實踐中，使用過量的化學肥料和殺蟲劑來提高產品產量。然而，那些化學肥料和殺蟲劑引起了生態紊亂諸如在土壤中鹽積聚和養份不平衡，土壤微生物和自然食肉動物數量減少；水汙染；和農產品的安全問題等。關於這些問題，期望通過聯合農業、環境和貿易的國際努力使在有機農作物的國際貿易量增加，因而可以制定國際規則來解決上述問題。此外，在法律中設定有機農作物的標準。OECD正在計劃通過發展在13個門類的農業環境指標來評定每個國家的農業政策。
響應這些國際努力，因此韓國製定了「環境有益農業促進法」和「它的實施法規」，促進環境有益方式的農業和通過引入質量認證體系促進有附加值農產品的生產。依照為環境有益的農產品的質量認證體系中採用的標準，即農作物的質量標準(韓國)，農產品可以分為四類低-殺蟲劑農產品(合成殺蟲劑的使用量為標準量的1/2或更低，化學肥料的使用量為推薦量的1/2或更低)；無殺蟲劑農產品(沒有使用合成殺蟲劑和化學肥料的使用量為推薦量的1/3或更低)；過渡期有機農產品(超過1年的時間沒有使用合成殺蟲劑和沒有使用化學肥料)；和有機農產品(超過3年的時間沒有使用合成殺蟲劑和沒有使用化學肥料)。因此在根據質量認證體系評價農產品時，確定是否使用了合成殺蟲劑或化學肥料非常關鍵。
合成殺蟲劑可以通過檢測在農作物或土壤樣品中的殘餘殺蟲劑進行調查。相反，化學肥料只能通過非直接方法諸如耕作數據和相關土壤化學性質分析進行研究。然而，問題是耕作數據可以是農民隨意記錄的，而且雖然土壤的化學性質是受化肥使用比率直接影響的，但是在土壤化學性質和使用的肥料種類(化學肥料或有機肥料)之間沒有科學關係。根據本領域現狀，不可能客觀地確定在土壤中使用的是化學肥料還是有機肥料。因此，這就需要一種確定在感興趣的土壤中使用的是化學肥料還是有機肥料的方法。這種方法也應該能讓消費者知道感興趣的農產品是用化學肥料還是有機肥料生長的。
已有基於化學肥料的氮同位素比率不同於牲畜肥料來測定水汙染源(Kohl等，1971，Fertilizer nitrogencontribution to nitrate in surface water ina corn belt watershed，Science 1741331-1334)的嘗試。為研究水汙染源的目的而應用氮同位素分析(lqbal等，1997，對地下水的周期性來源可變性的氮同位素指示劑，Environmental Geology 32210-218)。然而，氮同位素分析並沒有用於研究在農田使用的化肥種類或用於識別作物是用有機肥料還是化學肥料生長的。
發明人統計分析了化學肥料和有機肥料中氮同位素分布，並進行試驗檢測了化學肥料或有機肥料對於土壤和來自該土壤的作物中的氮同位素指數的影響，並完成了本發明。

發明內容
所以，本發明目的是提供一種區別有機農田和傳統農田的方法。
本發明的另一目的是提供一種區別有機農作物和傳統農作物的方法。
本發明還一目的是提供區別有機農作物和傳統農作物或區別有機農田和傳統農田的方法。
一方面，本發明提供一種區別有機農田和傳統農田的方法，它包括(a)測定農田土壤樣品的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)的比值；和(c)確定農田是屬於有機農田還是傳統農田。
另一方面，本發明還提供一種區別有機農作物和傳統農作物的方法，
包括(a)測定作物樣品的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)的比值；和(d)確定作物是屬於有機農作物還是傳統農作物。
除非另外指明，本發明所用的術語均指如下含義。術語「氮同位素」指包括15N和14N的氮同位素。術語「氮同位素比率」指重氮(15N)與所有的氮(15N+14N)的比值，即表示為15N/(15N+14N)。此外，術語樣品的「氮同位素指數(δ15N)(‰)」指樣品的氮同位素比率與參照樣的氮同位素比率的標準化指數(normalized index)，由下面公式(I)定義δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)的比值。
大氣的氮(N2)通常用作參考物。此時，大氣氮的δ15N值定義為0‰。氮同位素指數越高表示樣品中的15N越多。通常，有機肥料中的氮同位素指數高於化學肥料中的氮同位素指數。圖1表示了在韓國可以商購的8種化學肥料和27種有機肥料的氮同位素指數的平均值。如圖1所示，有機肥料的平均氮同位素指數(16.7±2.3‰)高於化學肥料的平均氮同位素指數(-1.5±1.50‰)。本發明是根據化學肥料和有機肥料的氮同位素指數的這種差異取得的。
然而，此處所用的術語「有機農田」通常是值在某一時期內使用有機肥料的農田。有機農田包括有機肥料作為唯一的肥料源或作為主要的肥料使用了某一時期的農田。術語「有機農作物」通常指使用有機肥料生長後收割的農作物，它包括符合《農作物質量標準(韓國)》的有機農作物和過渡期有機農作物。然而，術語「有機農田」和「有機農作物」並不限於上述意思，因為「有機農田」和「有機農作物」的準確意思可以由本發明具體應用中所賦定的具體氮同位素指數值來定義。
術語「有機肥料」指通過加工生物材料如動物肥料和植物材料生產的肥料，它包括符合《肥料官方標準(韓國)》的有機肥料和副產物肥料。尿素如果是來源於生物體也可以稱為有機肥料，如果是通過化學工程工藝合成生產的則不能稱為有機肥料。
術語「傳統耕種」指使用化學肥料的耕種類型，是耕種的典型類型。此處所用的術語「傳統農田」通常指某一時期內化學肥料作為唯一肥料源或者是作為基本主要肥料使用的農田。術語「傳統農作物」指使用化學肥料生長後收割的農作物。然而，術語「傳統農田」和「傳統農作物」並不限制於上述意思，因為「傳統農田」和「傳統農作物」的準確含義可以由本發明具體應用中所賦定的具體的氮同位素指數值來定義。
在本發明方法的步驟(a)中，氮同位素含量的測定可以使用本領域使用的傳統儀器來獲得，例如穩定同位素比率質譜。用於測定氮同位素含量的土壤樣品可以由全土壤製備或通過選擇具有粒子大小的特定範圍的部分土壤製備。此外，土壤樣品中氮同位素含量可以測定為包括銨(NH4+)的氮，硝酸根(NO3-)的氮和有機氮的所有氮的含量，以及前述的每種組分中的氮含量。
本發明可以用於農作物，例如(但並不限於)葉子植物諸如大白菜，醃製用青菜，油菜(Brassica campestris)(中國的像菠菜一樣的綠色蔬菜)，捲心菜，花椰菜，椰菜，芽甘藍(Brussels sprout)，洋蔥，威爾斯洋蔥(Welsh onion)，大蒜，大蔥，韭菜，蘆筍，生菜，沙拉用青菜(日本稱作Saladana)，芹菜，菠菜，王冠雛菊(crown daisy)，歐芹，三葉草(日本稱為Mitsuba，用作草藥)，六瓣合葉子，土當歸(是食用土當歸(Aralia cordata))，日本生薑，日本菊科蜂鬥菜屬和唇形科植物；水果蔬菜諸如黃瓜，南瓜，西瓜，甜瓜，蕃茄，茄子，甘椒，草莓，菜豆，蠶豆，豌豆，大豆和玉米；和根蔬菜例如蘿蔔，蕪箐，牛蒡，胡蘿蔔，馬鈴薯，芋頭，甘薯，姜，和藕。本發明使用的其它農作物可包括水稻，大麥，小麥和其它有花植物，但是本發明並不限制為這些實例。農作物優選葉子植物諸如大白菜，醃製用青菜，油菜(Brassica campestris)(中國的像菠菜一樣的綠色蔬菜)，捲心菜，花椰菜，椰菜，芽甘藍，洋蔥，威爾斯洋蔥，大蒜，大蔥，韭菜，蘆筍，生菜，沙拉用青菜(日本稱作Saladana)，芹菜，菠菜，王冠雛菊，歐芹，三葉草(日本稱為Mitsuba，用作草藥)，六瓣合葉子，土當歸(是食用土當歸(Aralia cordata))，日本生薑，日本菊科蜂鬥菜屬和唇形科植物。
在本發明方法步驟(c)中，區別農田屬於有機農田還是傳統農田，或區別農作物術語有機農作物還是傳統農作物可以通過對比所得農田或農作物樣品的氮同位素指數與農田參照樣或農作物參照樣的氮同位素指數獲得。
在本發明的一個具體實施方案中，本發明提供一種使用氮同位素指數的區別有機農田和傳統農田的方法，該方法包括(a)測定農田土壤樣品的所有氮的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)比值；和(c)確定農田是屬於有機農田還是傳統農田。
在步驟(c)中，當氮同位素指數為5‰或更小時，該農田優選確定為傳統農田；如果氮同位素指數為8‰或更高時，該農田為有機農田。該標準是建立在使用化學肥料的傳統農田的氮同位素指數大約為5.9±0.7‰，使用有機肥料的有機農田的氮同位素指數大約為8.8±0.9‰(見圖2)。然而，本發明範圍並不限制在這個具體標準上，因為氮同位素指數可以取決於土壤類型、有機肥料類型和有機耕種的持續時間等有所變化。
在本發明的另外一個具體實施方案中，本發明提供了一種使用氮同位素指數區別有機農田和傳統農田的方法，該方法包括(a)測定在農田土壤樣品中的硝酸根(NO3-)的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)比值；和(c)確定農田是屬於有機農田還是傳統農田。
在步驟(c)中，當氮同位素指數為4‰或更小時，該農田優選確定為傳統農田。如果氮同位素指數為7‰或更大時，該農田則為有機農田。該標準是建立在使用化學肥料的傳統耕種農田的氮同位素指數大約為4.7±1.1‰，使用有機肥料的有機農田的氮同位素指數大約為11.6±4.5‰(見圖3)。然而，本發明範圍並不意味著限制於這個具體標準，因為氮同位素指數可以取決於土壤類型、有機肥料類型和有機耕種的持續時間等有所變化。
在本發明的還有一個具體實施方案中，本發明提供了一種使用氮同位素指數區分有機農作物和傳統農作物的方法，該方法包括(a)測定從農田收割的農作物樣品的所有氮的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)比值；和(c)確定農作物是屬於有機農作物還是傳統農作物。
在步驟(c)中，當氮同位素指數為3‰或更小時，該農作物優選確定為傳統農作物。如果氮同位素指數為8‰或更大時，該農作物則為有機農作物(見圖4和圖5)。優選農作物包括(但不限於)葉子植物諸如大白菜，醃製用青菜，油菜(Brassica campestris)(中國的像菠菜一樣的綠色蔬菜)，捲心菜，花椰菜，椰菜，芽甘藍，洋蔥，威爾斯洋蔥，大蒜，大蔥，韭菜，蘆筍，生菜，沙拉用青菜(日本也稱作Saladana)，芹菜，菠菜，王冠雛菊，歐芹，三葉草(日本稱為Mitsuba，用作草藥)，六瓣合葉子，土當歸(是食用土當歸(Aralia cordata))，日本生薑，日本菊科蜂鬥菜屬和唇形科植物。然而，本發明範圍並不意味著限制於這個具體標準，因為氮同位素指數的範圍可以取決於土壤類型、有機肥料類型和有機耕種的持續時間等。
此外，在本發明的另外一個具體實施方案中，本發明提供了一種區別有機農作物和傳統農作物的方法，它包括(a)測定在適當間隔的耕種期間的農作物樣品中的氮同位素的含量；(b)利用每個所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數圖形δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)比值；和(c)確定農作物是屬於有機農作物還是傳統農作物。
在本發明方法步驟(a)中，農作物的氮同位素含量在農作物合適間隔的耕種期間內測定。這樣，可以通過測定氮同位素的含量而獲得氮同位素的波動圖形。
在本方法步驟(c)中，如果在種植期間的氮同位素指數呈現出增加趨勢，則所述農作物優選確定為在其種植期間將化學肥料於生長早期用作唯一肥料源的傳統農作物；如果在種植期間的氮同位素指數呈現起始增加趨勢後呈現下降趨勢，則將農作物優選確定為其種植期間分別將化學肥料在其生長早期用作基肥，而在後面的生長期間使用化學肥料作為輔助肥料的傳統農作物；如果氮同位素指數在種植期間沒有出現波動或者只是輕微的下降趨勢，則農作物優選確定為有機農作物，該農作物的種植過程中使用有機肥料作為唯一肥料源；如果氮同位素指數在種植期間起始沒有波動後又出現下降趨勢，則農作物被確定為傳統農作物，在該農作物的種植期間，生長早期使用有機肥料作為基肥和使用化學肥料作為輔助肥料。這些標準是建立在種植期間使用化學或有機肥料生長的農作物的氮指數波動圖形(pattern)的試驗結果的基礎上(見圖6)。然而，本發明範圍並不意味著限制於這個具體標準，因為氮同位素指數範圍取決於土壤類型，有機肥料類型和有機種植的持續時期等有所變化。
在本發明的另外一個具體實施方案中，本發明提供了一種區別有機農作物和傳統農作物或區別有機農田和傳統農田的方法，該方法包括(a)測定農田土壤樣品和從該土壤中收割的農作物樣品的氮同位素含量；(b)利用每個氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)比值；和(c)對比土壤和農作物的這些所得氮同位素指數，用以區別農田是屬於有機農田還是傳統農田，或者用以區別來自該農田的農作物是屬於有機農作物還是傳統農作物。
在本發明步驟(a)中，土壤樣品或農作物樣品的氮同位素含量可以測定為包括銨(NH4+)的氮、硝酸根(NO3-)的氮和有機氮的所有氮的一部分的同位素含量，也可以是所有氮的同位素含量。
在本發明方法的步驟(c)中，如果農作物的氮同位素指數值低於土壤中氮同位素指數值，則農作物優選確定為傳統農作物或農田優選確定為傳統農田；如果農作物的氮同位素指數值高於土壤中的氮同位素指數值，則農作物優選確定為有機農作物或農田確定為有機農田。這些標準是建立在土壤樣品和來自該土壤的農作物樣品的氮同位素指數之間關係的試驗結果(見圖7)的基礎上。然而，本發明範圍並不意味著限制於這個具體標準，因為氮同位素指數範圍可以取決於土壤類型，有機肥料類型和有機種植的持續時期等而有所變化。
本發明的上述具體實施方案可以組合使用，以便提供一種更可靠的用於區別有機農田和傳統農田或有機農作物和傳統農作物的方法。例如，用於區別有機農田和傳統農田的方法和用於區別有機農作物和傳統農作物的方法可以組合使用，其中農作物是從該農田中收割的。所以兩種方法的可靠性都是可信的，因為如果種植農作物的農田被確定為有機農田，所收割的農作物將最可能為有機農作物。相反，如果農作物被確定為有機農作物，那麼該農作物生長的農田將最可能是有機農田，由此可以增加該方法的可靠性。本發明包括能提高方法可靠性的任何組合。


通過參考附圖詳細描述示例性具體實施方案，本發明的上述及其它特徵和優點變得更加明顯，其中圖1.說明了可以在韓國商購的8種化學肥料和27種有機複合肥料的平均氮同位素指數值；圖2.說明來自傳統農田和有機農田的土壤樣品的氮同位素指數值；圖3.說明對於傳統農田和有機農田的硝酸根的氮同位素指數值；圖4.說明分別使用有機複合肥料或化學肥料生長的大白菜樣品的全部氮的氮同位素指數值。
圖5.說明農作物樣品的氮同位素指數值(大白菜，生菜，菠菜，芝麻，黃瓜，茄子，紅辣椒，捲心菜，Perilla Japonica)，這些農作物分別生長於有機農田或傳統農田；圖6.說明農作物(玉米植物)在種植期間的氮同位素指數值隨著時間的波動；和圖7.說明有機農田和傳統農田的氮同位素值與對應農田中生長和收割的農作物(大白菜，生菜，菠菜，芝麻，黃瓜，茄子，紅辣椒，捲心菜，Perilla Japonica)的氮同位素值的比較。
具體實施例本發明參考下面實施例進行更詳細描述。下列實施例是用於說明目的，但並不意味著限制本發明範圍。
實施例1本實施例測定了氮同位素含量以及測定了可以在韓國商購的8種化學肥料和27種有機肥料的氮同位素指數。
化學肥料是尿素，硫酸銨和6種複合肥料，而有機肥料是符合《肥料官方標準(韓國)》、包括堆制的豬糞，堆制的雞屎和堆制的牛糞的的有機肥料或副產物肥料。使用連接有CN-分析儀(Limaux等，1999；Monaghan和Barraclough，1995)的連續-流動穩定的同位素比率質譜儀(IsoPrime-EA，Micromass，英格蘭)測定和確定氮同位素含量和指數。分析方法的精確性和再現性(用從國際原子能機構(IAEA)獲得的參考資料(RM 8548IAEA-N2)加以證明)分別好於0.4％和0.2％。
圖1說明了在韓國可以商購的8種化學肥料和27種有機複合肥料的平均氮同位素指數值。如圖1所示，對於化學肥料和有機肥料的平均氮同位素指數值分別為-1.54±1.50‰和16.69±2.32‰。可見，有機肥料的平均氮同位素指數值高於化學肥料的平均氮同位素指數值。本發明人研究了有機肥料和化學肥料的氮同位素指數值的差異是否可用於土壤和農作物，並且在氮同位素指數的基礎上成功區分有機農作物和傳統農作物或區分有機農田和傳統農田。
實施例2在本實施例中，測定和確定了從使用化學肥料的傳統農田和使用有機肥料的有機農田中獲得的土壤樣品的全部氮的氮同位素含量和指數。尿素和其它化學肥料以200-400kgNha-1Yr-1的速度在傳統農田中使用至少20年。堆制的豬糞和其它各種有機肥料以300-600kgNha-1Yr-1的速度在有機農田中使用至少5年。
土壤樣品由表層(位於離表面0-15cm的深度內的土壤層)土壤製備。全部土壤氮的氮同位素指數由連接有CN-分析儀(Limaux等，1999；Monaghan和Barraclough，1995)的連續-流動穩定的同位素比率質譜儀(IsoPrime-EA，Micromass，英格蘭)測定和確定。分析方法的精確性和再現性(用從國際原子能機構(IAEA)獲得的參考資料(RM 8548IAEA-N2)加以證明)分別好於0.4％和0.2％。
圖2說明傳統農田和有機農田的全部氮的氮同位素指數值。如圖2所示，對於傳統農田和有機農田的氮同位素指數值分別為5.9±0.7‰和8.8±0.9‰。可見，試驗結果表明土壤氮同位素指數通過使用具有更高的氮同位素指數的有機肥料而增高。所以，這就可以區分有機農田和傳統農田。即如果土壤樣品中的氮同位素指數值低於5‰，可以確定該土壤來自傳統農田。如果土壤樣品中的氮同位素指數值為8‰或更高，可以確定該土壤來自有機農田。
實施例3在本實施例中，測定和確定了從使用化學肥料的傳統農田和使用有機肥料的有機農田中獲得的土壤樣品的硝酸根(NO3-)的氮同位素含量和指數。除分析的氮類型為硝酸根的氮外，測定和確定的方式與實施例2相同。
圖3說明對於傳統農田和有機農田的硝酸根的氮同位素指數值。如圖3所示，對於傳統農田和有機農田的氮同位素指數值分別為4.7±4.5‰和11.6±4.5‰。可見，該試驗結果表明土壤中硝酸根氮的氮同位素指數通過使用具有更高的氮同位素指數的有機肥料而增高。所以，這就可以區分有機農田和傳統農田。即如果土壤樣品中的氮同位素指數值為4‰或更小，可以確定該土壤來自傳統農田；如果土壤樣品中的氮同位素指數值為7‰或更高，可以確定該土壤來自有機農田。
實施例4在本實施例中，測定了使用有機肥料和化學肥料生長的農作物樣品的氮同位素指數。也測定了在有機農田和傳統農田中生長的農作物樣品的氮同位素指數。
(1)使用有機肥料或化學肥料種植的農作物樣品的氮同位素指數的測定。
為通過使用全部氮的氮同位素指數區別有機農作物和傳統種植農作物，農作物在同樣的土壤環境中使用有機肥料或化學肥料種植，然後再測定農作物的全部氮的氮同位素指數。
種植在由傳統農田製備的土壤中的農作物(大白菜)施用每種肥料約500kgNha-1並生長約70天。收割大白菜，然後測試氮同位素指數。收割的全部大白菜在60℃下乾燥並研磨成細小粉末以製備樣品。使用與實施例2相同的儀器分析氮同位素比率。作為對比，在既沒有使用化學肥料也沒有使用有機肥料的情況下生長並收割大白菜。有機肥料A，B，C由YonginStock-Raiser’s協會，Kunwi Stock-Raiser’s協會和SambiCorporation使用不同的原料和複合過程生產。由化學合成方法生產的尿素用作化學肥料。
圖4.說明分別使用有機堆肥或化學肥料生長的大白菜樣品的全部氮的氮同位素指數值。正如圖4所示，使用有機肥料A，B，C生長的大白菜樣品的氮同位素指數分別為17.8±1.57‰，21.2±0.6‰和20.8±1.1‰。而對照物的氮同位素指數為11.3±1.2‰，使用化學合成尿素生長的大白菜樣品的氮同位素指數為3.0±1.1‰。
(2)在有機農田和傳統農田中生長的農作物樣品的氮同位素指數的測定。
在有機農田或傳統農田中生長的農作物的氮同位素指數使用與實施例4(1)相同的方式測定。本實施例中使用的農作物的種類有大白菜、生菜、菠菜、芝麻、黃瓜、茄子、紅辣椒、捲心菜和Perilla japonica，依照農作物種類生長30-60天。有機農田是使用各種有機肥料以300-600kgNha-1Yr-1的速度種植至少5年的農田，而傳統農田是使用化學肥料(主要為尿素)以200-400kgNha-1Yr-1的速度種植至少20年的農田。
圖5.說明農作物樣品的氮同位素指數值(大白菜，生菜，菠菜，芝麻，黃瓜，茄子，紅辣椒，捲心菜，Perilla japonica)，這些農作物分別生長於有機農田或傳統農田。如圖5所示，在有機農田和傳統農田中生長的農作物的氮同位素指數分別為4.1±1.7‰，14.6±3.3‰。
依照實施例4(1)和(2)，通過測定農作物樣品的氮同位素指數是可以區分有機農作物和傳統農作物的。即如果農作物樣品的氮同位素指數值為3‰或更低，就可確定為在傳統農田中生長或使用化學肥料生長的農作物。如果氮同位素指數值為8‰或更高，就可確定為在有機農田中生長或使用有機肥料生長的農作物。
實施例5農作物樣品的氮同位素比率在種植期間測定。為此，農作物使用化學肥料(尿素)或有機肥料(堆肥)生長並在種植期間以合適間隔取出樣品進行測定。
本實施例中使用的農作物為玉米植物，以150kgNha-1的速度使用肥料生長(如果分開使用，基礎和添加肥料以相等速度使用，每種為75kgNha-1)。並且測定了播種後第30，40，60天的農作物的全部氮的氮同位素比率。該測定的方式與實施例4(1)相同。
圖6說明農作物(玉米植物)在合適間隔的種植期間的農作物的全部氮的氮同位素指數值。如圖6所示，對照物的氮同位素指數值保持基本相同。而且對於只使用尿素作為基本肥料生長的農作物，其氮同位素指數值從第30天的1.1±0.6‰連續增長到第60天的4.9±0.4‰。
另一方面，對於只使用作為基肥的堆肥生長的農作物，其氮同位素指數從第30天的7.7±0.2‰輕微降低為第60天的7.0±0.2‰。對於使用尿素加堆肥作為基肥生長的農作物，其氮同位素指數值從第30天的4.5±0.6‰增長為第60天的6.1±0.2‰。另一方面，對於使用作為基肥的尿素和添加肥料生長的農作物，其氮同位素指數值從第30天的1.2±0.6‰增長為第40天的3.6±0.4‰，然後再降低為第60天的2.1±0.4‰。對於使用堆肥作為基肥和尿素作為添加肥料生長的農作物，在第30天(7.8±0.2‰)和第40天(7.5±0.3‰)的氮同位素指數值保持基本相同，然後通過使用(在生長的第40天)添加肥料而在第60天降為5.2±0.2‰。
根據本實施例，可以確定如果在種植期間氮同位素指數表現為隨時間增長的趨勢，則農作物確定為在生長早期化學肥料作為唯一肥料的種植期間傳統農作物；如果在種植期間氮同位素指數表現為初始隨時間增長的趨勢後呈現出降低趨勢，則農作物可以確定為在種植期間於生長期的早期使用化學肥料作為基肥，在生長期的晚期使用化學肥料作為添加肥料生長的傳統農作物；如果在種植期間氮同位素指數表現為隨時間幾乎沒有波動或者只有輕微降低趨勢，則該農作物確定為在種植期間有機肥料用作唯一肥料生長的有機農作物；如果在種植期間氮同位素指數表現出隨時間在初始時的微小波動後呈現出降低趨勢，則該農作物確定為在種植期間有機肥料用作基肥和化學肥料用作添加肥料生長的傳統農作物。
實施例6在本實施例中，測定和分析了來自農田的土壤樣品和在該農田中收割的農作物的氮同位素指數值。因為本實施例使用的數據為實施例2中土壤的數據和實施例4(2)中農作物的數據，所以農作物種類，種植期，肥料的使用方法和用量都與實施例4(2)相同，測定氮同位素的方法也以與實施例2和4(2)相同的方式進行。
圖7說明有機農田和傳統農田的氮同位素指數值與對應農田中生長和收割的農作物(大白菜，生菜，菠菜，芝麻，黃瓜，茄子，紅辣椒，捲心菜，Perilla japonica)的氮同位素指數值的比較。如圖7所示，在傳統農田生長的農作物中，收割的農作物樣品的全部氮的氮同位素指數低於傳統農田土壤的氮同位素指數。而在有機農田生長的農作物中，收割的農作物樣品的全部氮的氮同位素指數高於傳統農田土壤的氮同位素指數。
根據本實施例結果，可以發現，如果農作物的氮同位素指數低於傳統農田土壤的氮同位素指數，該農作物可以確定為傳統農作物，或者，該農田可以確定為傳統農田；如果農作物的氮同位素指數高於傳統農田土壤的氮同位素指數，該農作物可以確定為有機農作物，或者，該農田可以確定為有機農田。
工業應用性根據本發明，通過使用土壤樣品的氮同位素指數可以區分有機農田和傳統農田。
根據本發明，通過使用農作物樣品的氮同位素指數可以區分有機農作物和傳統農作物。
權利要求
1.區分有機農田和傳統農田的方法，包括(a)測定農田土壤樣品的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000(I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)的比值；和(c)確定所述農田是屬於有機農田還是屬於傳統農田。
2.根據權利要求1所述的方法，如果所述的氮同位素指數為5‰或更低，則將所述農田確定為傳統農田，如果所述的氮同位素指數為8‰或更高，則將所述農田確定為有機農田。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述氮是在土壤樣品的各種氮池中的硝酸根形式的氮。
4.根據權利要求3所述的方法，如果所述的氮同位素指數為4‰或更低，則將所述農田確定為傳統農田，如果所述的氮同位素指數為7‰或更高，則將所述農田確定為有機農田。
5.區分有機農作物和傳統農作物的方法，包括；(a)測定農作物樣品中的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000 (I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)的比值；和(c)確定所述農作物是屬於有機農作物還是屬於傳統農作物。
6.根據權利要求5所述的方法，如果所述的氮同位素指數低於3‰，則將所述農作物確定為傳統農作物，如果所述的氮同位素指數為8‰或更高，則將所述農作物確定為有機農作物。
7.區分有機農作物和傳統農作物的方法，包括；(a)測定在合適間隔的種植期間中農作物樣品中的氮同位素含量；(b)利用所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數的圖形δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000 (I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)的比值；和(c)確定所述農作物是屬於有機農作物還是屬於傳統農作物。
8.根據權利要求7的方法，(a)如果在種植期間，所述的氮同位素指數表現為隨時間增長的趨勢，則所述農作物被確定為，在其種植期間將化學肥料於生長期早期作為唯一肥料的傳統農作物；(b)如果所述的氮同位素指數在初始增長趨勢後表現出降低趨勢，則所述農作物被確定為，在其種植期間將化學肥料於生長期早期用作基肥、並將化學肥料于于後面的生長期間用作添加肥料的傳統農作物；(c)如果在種植期間所述的氮同位素指數表現為隨時間幾乎沒有波動或者只有輕微降低趨勢，則將所述農作物確定為在其種植期間將有機肥料用作唯一肥料的有機農作物；和(d)如果在種植期間所述的氮同位素指數在初始隨時間輕微波動後表現出隨時間降低趨勢，則將所述農作物確定為，在其種植期間將有機肥料於生長期早期用作基肥和將化學肥料于于後面的生長期間用作添加肥料的傳統農作物。
9.區分有機農作物和傳統農作物或區分有機農田和傳統農田的方法，包括；(a)測定來自農田的土壤樣品和農作物樣品中的氮同位素含量；(b)利用每個所得氮同位素值，根據公式(I)計算氮同位素指數δ15N＝[R樣品/R參照樣-1]×1,000 (I)其中δ15N是氮同位素指數，R樣品和R參照樣分別是樣品和參照樣的15N/(15N+14N)的比值；和(c)將土壤的這些所得氮同位素指數值和農作物的那些所得氮同位素指數值比較，用以確定所述農田是屬於有機農田還是屬於傳統農田，或者用以確定來自所述農田的農作物是屬於有機農作物還是屬於傳統農作物。
10.根據權利要求9的方法，(a)如果所述農作物的氮同位素指數低於所述土壤的氮同位素指數，則將所述農作物確定為傳統農作物或者將所述農田確定為傳統農田；和(b)如果所述農作物的氮同位素指數高於所述土壤的氮同位素指數，則將所述農作物確定為有機農作物或者將所述農田確定為有機農田。
11.根據權利要求5到10的任意之一項所述方法，所述農作物為有葉子植物。
12.根據權利要求1到10的任意之一項所述方法，所述農作物選自由大白菜、醃製用青菜、油菜(中國的類似菠菜的綠色蔬菜)、捲心菜、花椰菜、椰菜、芽甘藍、洋蔥、威爾斯洋蔥、大蒜，大蔥、韭菜、蘆筍、生菜、沙拉用青菜(日本稱作Saladana)、芹菜、菠菜、王冠雛菊、歐芹、三葉草(日本稱為Mitsuba，用作草藥)、六瓣合葉子、土當歸(是食用土當歸)、日本生薑、日本菊科蜂鬥菜屬和唇形科植物組成的組。
13.用於區分有機農作物和傳統農作物或用於區分有機農田和傳統農田的方法，包括根據權利要求1到10的方法的任意組合。
14.根據權利要求13所述的方法，所述農作物為有葉子植物。
15.根據權利要求14所述的方法，所述農作物選自由大白菜、醃製用青菜、油菜(中國的類似菠菜的綠色蔬菜)、捲心菜、花椰菜、椰菜、芽甘藍、洋蔥、威爾斯洋蔥、大蒜，大蔥、韭菜、蘆筍、生菜、沙拉用青菜(日本稱作Saladana)、芹菜、菠菜、王冠雛菊、歐芹、三葉草(稱為日本Mitsuba，用作草藥)、六瓣合葉子、土當歸(是食用土當歸)、日本生薑、日本菊科蜂鬥菜屬和唇形科植物組成的組。
全文摘要
本發明提供了一種區分有機農田和傳統農田的方法，包括(a)測定農田的土壤樣品的氮同位素含量；(b)使用所得氮同位素值根據公式(I)計算氮同位素指數，和(c)確定農田是屬於有機農田還是屬於傳統農田。根據本發明，可以客觀地區分有機農田和傳統農田或區分有機農作物和傳統農作物。
文檔編號A01G7/00GK1659433SQ03813638
公開日2005年8月24日 申請日期2003年4月12日 優先權日2002年4月12日
發明者盧熙明, 崔友徵 申請人:盧熙明