凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法的製作方法
2023-08-10 18:25:51
專利名稱：凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法的製作方法
技術領域：
本發明涉及生態系統中養分循環的關鍵過程 一 一凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測方法，具體地說是一種在野外利用離子交換樹脂監測由地表凋落物分解釋放到土壤中的可溶性氮、磷、鉀、硫、鉤、鎂等以陰、陽離子的形式存在的養分含量的方法。
背景技術：
凋落物分解是森林生態系統養分循環的關鍵環節，其在維持土壤養分的有效性和養分平衡方面起著重要作用。據估算，植物凋落物分解過程中每年釋放
的營養元素可滿足69%~87%的森林生長所需量。隨著全球氣候變化的加劇，森林凋落物分解曰益受到關注。
雖然分解作用是一個包含了碎裂、異化和淋溶的很複雜的過程，但其最終結果是伴隨著有機物質的降解，向空氣中釋放二氧化碳，向土壤中釋放可溶性礦質元素。森林地表的凋落物組成複雜，包括未分解的和半分解的葉片、樹技、樹皮等多種組分。而且不同類型、處於不同分解階段的凋落物分解速率不一，這就給凋落物分解過程中養分歸還的研究帶來了困難。
以往的研究中，凋落物分解的年養分歸還量為年凋落量與其養分含量的乘積。由於大多數凋落物不能在一年之內完全分解，加上半分解凋落物在地表的累計，這樣計算得出的年養分歸還量僅僅是植物歸還到地表的年養分總量，而不是真正意義上的土壤所接受到的(即植物能夠當季利用的)由於凋落物分解釋放到土壤中的可溶性養分量，且該計算方法在受人為幹擾的系統中也不適用。
獲得凋落物分解的實際養分釋放量數據是弄清整個生態系統的養分循環的關鍵。到目前為止，還沒有一種方法能直接、準確地測定單位時間內凋落物分解向土壤中釋放的可溶性養分含量。
發明內容
本發明提供了一種操作簡單、測定準確、適用範圍廣的凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，本發明適用於野外自然條件下陸地生態系統凋落物分解的可溶性養分釋放量的原位監測。
為了實現上述目的，本發明技術方案如下
一種凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，採用樹脂吸附法，按如下步驟操作
1)離子交換樹脂的選用和預處理選用樹脂顆粒或樹脂膜作為離子交換樹脂；同時對樹脂顆粒或樹脂膜進行預處理並測試其吸附能力和養分回收率；
所述離子交換樹脂為陰離子型離子交換樹脂、陽離子型離子交換樹脂或陰、陽離子交換樹脂的混合物。2) 製作樹脂袋採用樹脂顆粒或採用樹脂膜製作樹脂袋，再在樹脂袋一面貼合一塊塑料薄膜；
所述樹脂袋尺寸為7cm x 7cm 10cm x 10cm;
所述樹脂袋為裝有處理好的樹脂顆粒的尼龍網袋；所述尼龍網袋的網眼孔徑為80目~100目；
所述樹脂袋另外為直接裁剪樹脂膜製成的樹脂袋；
3) 埋置樹脂袋在每個樣方中隨機埋置若干個樹脂袋，埋置時先f起凋落物層並保持凋落物層原狀，將樹脂袋貼塑料膜的一面向下放置，原位放回f起的凋落物層，並作標記；
所述樣方大小為10cm x 10cm ~ 50cm x 50cm;
4) 樹脂袋的收取和養分含量的測定測定時根據標記收取樹脂袋，清理掉雜物，把樹脂袋放入溶液浸提，測定浸提液中的養分含量；
5) 凋落物分解的養分釋放量的計算根據樹脂袋的面積和測定出的養分含量及樹脂袋在野外的埋置時間，計算該段時間內、單位面積樣地中由凋落物分解釋放的可溶性養分含量。
本發明的工作原理為離子交換樹脂是一類具有離子交換功能的高分子材料，在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號離子進行交換，按其所帶的交換基團性質的不同，可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。陽離子交換樹脂表面帶有負電荷，能交換吸附介質中的陽離子，如鉀、鈣、鎂等離子；而陰離子交換樹脂表面帶有正電荷，能交換吸附介質中的陰離子，如硝酸根、硫酸根、磷酸根等離子。由於離子交換作用是可逆的，交換吸附在離子交換樹脂上養分離子的可以用適當濃度的酸、鹼溶液置換出來。
因此將一定面積的離子交換樹脂埋置在地表凋落物層和礦質土壤之間，並將靠土壤的一面用塑料薄膜隔開後，凋落物分解釋放出來的可溶性養分離子就隨著淋溶作用被離子交換樹脂所吸附。再通過測定離子交換樹脂吸附的養分含量，就能得出單位時間、單位面積內凋落物分解的可溶性養分釋放量。
與現有的監測凋落物分解過程可溶性養分釋放量的方法相比，本發明的優點在於
1) 本發明操作簡單本發明只需要在原位埋設樹脂袋即可測定凋落物分解的養分元素含量，而不需要另外取樣測定，因此填補了原位測定凋落物分解養分釋放量方法的空白。
2) 本發明測定準確本發明不僅能準確測定真正意義上的土壤所接受到的，即植物能夠當季利用的由凋落物分解釋放到土壤中的可溶性養分量，還能動態地監測自然條件下地表凋落物分解的可溶性養分釋放量，而現有技術只能測定出凋落物分解釋放的年養分總量。
3) 本發明適用範圍廣本發明不僅適用於未受幹擾的生態系統，而且對於受人為幹擾的生態系統也能很好地測定其凋落物分解的可溶性養分釋放量。
具體實施例方式
下面結合實施例一一樟子松人工林地表凋落物分解的可溶性氮、磷釋放量量的監測，對本發明作進一步詳細的描述。 實施例1
本實施例為樟子松人工林凋落物分解可溶性磷釋放量的原位監測
1) 離子交換樹脂的選用和預處理
本實施例選用Amberjet (羅門哈斯)4200C1凝膠強鹼性陰離子交換樹脂顆 粒。使用前先將樹脂顆粒用0.5 mol L-1 NaHC03 (pH=8.5 )震蕩浸提2次(每次 30min),置換成HC03-型的樹脂顆粒，去多餘的水分後封閉貯存備用。
樹脂吸附能力和養分回收率的測試先將5g樹脂顆粒裝入孔徑為80目的 尼龍網袋中縫好，然後配製不同濃度梯度磷的標準溶液(濃度分別為0.5、 1、 2、 5、 10、 20、 40mgml/1)，在每個三角瓶中放入一個處理好的樹脂袋和50mL不 同濃度的磷標準溶液，在震蕩機上分別震蕩10min、 30min、 lh、 2h、 4h、 8h後 取出，測定標準液中磷的剩餘量，就可算出不同濃度、不同時間該樹脂的吸附 能力。同時將樹脂袋取出用水衝洗多次後放入裝有50mL 0.5 mol L" HC1溶液的 三角瓶中震蕩浸提30min、 lh、 2h、 4h、 8h後用流動分析儀測定溶液中無機磷， 此含量即為該樹脂袋吸附的磷酸鹽含量中被解吸下來的部分，根據此測試的結 果確定實驗要用的樹脂量和浸提時間。
2) 離子交換樹脂袋的製作
用孔徑為80目的尼龍網，裁剪縫製成內邊距為7cmx7cm的正方形的袋子， 三邊用線縫合好，在尼龍袋的一面貼上同樣大小的透明塑料薄膜，然後裝入7g 處理好的樹脂顆粒，將袋子剩餘的一邊封好製作成樹脂袋。
4)離子交換樹脂袋的埋置
在每個20 m x 20 m小樣方中隨機水平埋置5個樹脂袋於地表凋落物層和礦 質土壤之間，在埋置時應保證袋中樹脂分布均勻，貼塑料膜的一面向下。埋置 時，先用面積稍大於樹脂袋的鐵片小心地將凋落物層鏟起並保持原狀，樹脂袋 放好後，將鏟起的凋落物層還原，並作上標記。樹脂袋在野外埋置周期為一個 月，每月初取回上月埋置的樹脂袋並按同樣的方法埋置新的樹脂袋。
4) 離子交換樹脂袋的收取和養分含量的測定根據標記，收取離子交換樹 脂袋，每個收取的樹脂袋單獨裝入自封袋中並標號。樹脂袋收回後，用流水衝 洗掉沾附的土壤和細根，甩幹水份後，用0.5 mol L—1 HC1震蕩浸提lh,再用流 動分析儀測定浸提液中無機磷含量，此含量即為該樹脂袋吸附的磷酸鹽含量X
(mgP袋-1 )。
5) 凋落物分解的養分釋放量的計算根據樹脂袋的面積和測定出的養分含 量及樹脂袋在野外的埋置時間，計算該段時間內、單位面積樣地中由凋落物分 解釋放的可溶性養分含量。本實施例樹脂袋面積為7cm*7cm=49cm2,樣地面積 為lha( 1公頃XOOOOmVi十算得每月樟子松人工林凋落物分解的可溶性磷釋放 量為2041 *X (gPha")。
實施例2
本實施例為樟子松人工林凋落物分解硝態氮和銨態氮釋放量的原位監測 本實施例與實施例1的不同之處在於1) 樹脂袋中裝入的是10g按1:1.5的比例混合的AmberliteIR-120和IRA-400型樹脂顆粒，且該樹脂顆粒使用前不需要進行預處理；樹脂吸附能力和養分 回收率的測定方法同實施例1,不同的是使用的試劑為硝態氮和銨態氮標準。
2) 樹脂吸附的硝態氮和銨態氮含量用2molL"KCl震蕩浸提lh後，用流 動分析儀測定。
實施例3
本實施例與上述實施例不同之處在於直接釆用離子交換樹脂膜製成的樹 脂袋原位監測凋落物分解的可溶性養分釋放量。
權利要求
1. 一種凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，其特徵在於採用樹脂吸附法，按如下步驟操作1)離子交換樹脂的選用和預處理選用樹脂顆粒或樹脂膜作為離子交換樹脂；同時對樹脂顆粒或樹脂膜進行預處理並測試其吸附能力和養分回收率；2)製作樹脂袋採用樹脂顆粒或樹脂膜製作樹脂袋，再在樹脂袋一面貼合一塊塑料薄膜；3)埋置樹脂袋在每個樣方中隨機埋置若干個樹脂袋，埋置時先鏟起凋落物層並保持凋落物層原狀，將樹脂袋貼塑料膜的一面向下放置，原位放回鏟起的凋落物層，並作標記；4)樹脂袋的收取和養分含量的測定根據標記收取樹脂袋，清理掉雜物，把樹脂袋放入溶液浸提，測定浸提液中的養分含量；5)凋落物分解的養分釋放量的計算根據樹脂袋的面積和測定出的養分含量及樹脂袋在野外的埋置時間，計算該段時間內、單位面積樣地中由凋落物分解釋放的可溶性養分含量。
2. 按權利要求1所述凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，其特徵在於步驟l)所述離子交換樹脂為陰離子型離子交換樹脂、陽離子型離子交換樹脂或陰、陽離子交換樹脂的混合物。
3. 按權利要求1所述凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，其特徵在於步驟2)所述樹脂袋尺寸為7cmx 7cm 10cmx 10cm。
4. 按權利要求1所述凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，其特徵在於步驟2)所述樹脂袋為裝有處理好的樹脂顆粒的尼龍網袋。
5. 按權利要求4所述凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，其特徵在於所述尼龍網袋的網眼孔徑為80目 100目。
6. 按權利要求1所述凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，其特徵在於步驟2)所述樹脂袋為直接裁剪樹脂膜製成的樹脂袋。
7. 按權利要求1所述凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法，其特徵在於步驟3)所述樣方大小為10cmx 10cm~ 50cmx 50cm。
全文摘要
本發明公開了一種凋落物分解可溶性養分釋放量的原位監測法。本發明首先選用樹脂顆粒或樹脂膜作為離子交換樹脂，採用樹脂顆粒或樹脂膜製成樹脂袋；然後將樹脂袋隨機埋置在樣地地表凋落物下，一段時間後收取樹脂袋測定其吸附的養分量；最後根據樹脂袋的面積、其吸附的養分量及其在野外的埋置時間，計算該段時間內單位面積樣地中凋落物分解釋放的可溶性養分含量。本發明操作簡單，能真實、準確、動態地監測自然條件下地表凋落物分解的可溶性養分釋放量，適用於任何陸地生態系統中由地表凋落物分解釋放到土壤中以陰、陽離子形式存在的養分元素含量的測定。
文檔編號G01N30/00GK101477091SQ20081001002
公開日2009年7月8日 申請日期2008年1月4日 優先權日2008年1月4日
發明者於佔源, 曾德慧, 胡亞林, 範志平, 瓊 趙 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所