一种筛分和制备土壤碳氮矿化组分的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土壤化学领域，具体为一种筛分和制备土壤碳氮矿化组分的方法，可 以应用于土壤培肥与改良领域。
【背景技术】
[0002] 土壤中的有机碳氮组分是反映土壤肥力与生物活性的一项重要指标，其可分为易 分解部分与耐分解部分，而土壤的易、难分解组分则由不同粒径的团聚体组成，易分解碳氮 组分是指土壤中有效性高、易被土壤微生物分解矿化、对植物养分供应有直接作用的那部 分活性碳氮，它可以指示土壤有机碳氮变化，是反映土壤碳、氮库动态的敏感性指标。耐分 解碳氮组分较为稳定，对于土壤碳氮固持和土壤结构具有较大的作用，但其分解慢，短期内 对于土壤养分的供给能力影响较小。早在1978年，Campbell就将土壤有机质分为相对稳 定与活跃两部分，后来随着研究深入，提出轻质有机质和稳定腐殖质的概念（Monaghan and Barrac loughl995)，即易分解组分和耐分解组分的由来。
[0003] 土壤易分解组分碳氮的周转特性是衡量土壤供应碳氮能力及其肥力水平的重要 指标，在土壤碳、氮循环过程中具有重要的作用。因此，研究易分解碳氮组分的矿化等周转 特性对农田土壤培肥与土壤肥力管理都具有重要的意义。Meijboom等总结筛选出硅溶胶可 优化土壤易、耐分解组分的分组，Huygens等改进了 Meijboom的分组方法，利用团聚体-密 度联合分组法将土壤有机质分为易分解碳氮组分与耐分解碳氮组分，模拟出土壤碳库与氮 库的矿化等转化动态。国内研究者巨晓棠、李生秀、朱兆良等利用易矿化碳氮准确预报土壤 供碳氮能力对矿化速率和矿化参数做了大量工作，但土壤碳氮矿化过程极其复杂，要定量 土壤有机碳氮矿化过程以准确预测土壤供氮量还有一定难度。
[0004] 通过前人的研究工作发现对不同粒径土壤团聚体的筛分主要是微量或者少量筛 分（25-80g)，只为达到简单测定所要求的基本碳氮库含量，若需获得大量组分则要经过反 复筛分，工作量大且繁琐，并且不同组分的碳氮周转特性一般是通过模型预测得出，并且没 有将各组分的矿化能力与原土的矿化能力进行统一性比较。因此需要一种快速大量筛分土 壤从而获得不同粒径团聚体的有机组分的方法，通过纵向培养试验考虑不同组分的矿化能 力累积量与原土的总矿化能力是否统一。
[0005] 这也就意味着需要一种手段或者是技术能够准确制备出大量土壤易分解和耐分 解组分以满足后续培养和观察其组分特性的要求。目前获得土壤易分解和耐分解组分即对 土壤有机质分组的方法很多，其中物理方法对土壤有机质的结构破坏度极小，分离的组分 能够反映土壤原状组分的结构和功能，因此该方法一直以来受到许多研究者的采用并成为 土壤有机质分组的主流。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种一次性大量筛分土壤获得易分解和耐分解碳氮组分，并通过培 养确定各筛分组分碳氮矿化与原土相统一的研究方法。根据获得不同粒径团聚体的要求将 定量土壤进行湿法过筛，利用土壤的水稳性和筛面上下震荡分离出不同粒径的团聚体组分 从而获得易分解和耐分解组分。该团聚体筛分机的应用可以满足制备大量不同粒径区间的 团聚体组分，有助于后续培养和研究组分特征，可以成为一种大量筛分、制备土壤不同碳氮 矿化组分的新方法。
[0007] 本发明是这样解决技术问题的：包括以下步骤：
[0008] (1)用水将上部筛子和下部筛子的筛面打湿，然后将干土平铺于上部筛子的筛面 上，上部筛子孔径250微米，再用滴管加水至没有吸湿的干土部分，直到干土全部润湿；
[0009] (2)加水至上部筛子的土被浸没，水位达到筛框1/3高处；
[0010] (3)筛分仪下部筛子筛孔为150微米，用筛分仪震荡30分钟过筛；
[0011] (4)筛分完毕后用去离子水清洗上部筛子和下部筛子上组分至渗漏液澄清，然后 将上部筛子和下部筛子上的剩余组分全部转移至其他容器；
[0012] (5)采用倾析法反复用去离子水洗涤容器内组分，上部混浊液分离并收集，直至洗 涤溶液澄清为止，这样洗涤的目的是使悬浊液和矿物质部分分离；
[0013] (6)采用离心机设置转速为3000r/min转动5分钟，将洗涤后的粗有机质和粒径大 于150 μ m_MF的矿物质部分和粒径小于150 μ m组分分别收集起来；
[0014] (7)筛分所得大于150 μ m_M0M的粗有机质烘干后为易分解组分，筛分所得大于 150 μ m_MF矿物质部分和筛分所得小于150 μ m组分烘干混合后为耐分解组分；
[0015] (8)将不同组分的土壤样品在45°C条件下烘48小时，过60目的筛子，用于测定土 壤易分解和耐分解C、N含量，土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法测定、全氮用半微量开氏 法测定。
[0016] 本发明还可以这样解决技术问题：包括以下步骤：
[0017] (1)用水将上部筛子和下部筛子的筛面打湿，然后将干土平铺于上部筛子的筛面 上，上部筛子孔径250微米，再用滴管加水至没有吸湿的干土部分，直到干土全部润湿；
[0018] (2)加水至上部筛子的土被浸没，水位达到筛框1/3高处；
[0019] (3)筛分仪下部筛子筛孔为150微米，用筛分仪震荡30分钟过筛；
[0020] (4)筛分完毕后用去离子水清洗上部筛子和下部筛子上组分至渗漏液澄清，然后 将上部筛子和下部筛子上的剩余组分全部转移至其他容器；
[0021] (5)采用倾析法反复用去离子水洗涤容器内组分，上部混浊液分离并收集，直至洗 涤溶液澄清为止，这样洗涤的目的是使悬浊液和矿物质部分分离；
[0022] (6)采用离心机设置转速为3000r/min转动5分钟，将洗涤后的粗有机质和粒径大 于150 μ m_MF的矿物质部分和粒径小于150 μ m组分分别收集起来；
[0023] (7)筛分所得大于150 μ m_M0M的粗有机质烘干后为易分解组分，筛分所得大于 150 μ m_MF矿物质部分和筛分所得小于150 μ m组分烘干混合后为耐分解组分；
[0024] (8)将不同组分的土壤样品在45°C条件下烘48小时，称重后磨碎过2mm筛，用于 矿化培养；
[0025] (9)将上述烘干、磨碎后的土壤样品同一处理的两个组分各称取40g与等量同处 理的湿润矿质化土壤均匀混合置于容积为250ml梅森瓶25°C下密闭培养，梅森瓶内置小 杯，内置小杯内盛有IOml浓度为0. lmol/1 NaOH的溶液，设置三个重复，同样条件设置原土 培养；
[0026] (10)培养第2天和第13天时每瓶分别取土 IOg用2mol/l KCl震荡浸提，过滤后 用连续流动分析仪测定其铵态氮和硝态氮，培养12天铵态氮、硝态氮差值为各组分土壤净 氮矿化潜势，进而得出筛分所得易分解和耐分解组分的矿化能力；
[0027] (11)杯内NaOH碱液每隔48小时更换，换出碱液用TOC仪及时测定其0)2吸收量， 培养12天前后无机碳含量差值为各组分土壤净碳矿化潜势，进而得出筛分所得易分解和 耐分解组分的矿化能力。
[0028] 本发明还可以这样解决技术问题：发动机固定于机架，发动机动力输出端连接偏 心轮，偏心轮通过伸缩杆连接筛架，筛架上固定上部筛子和下部筛子。
[0029] 本发明筛分不同粒径团聚体的原理是：结合水的冲洗动力和机械震动动力，使土 壤团聚体按其粒径大小逐级筛分，粒径大于筛子网孔直径的团聚体留在筛面上，而粒径小 于筛子网孔直径的团聚体则透过筛面，进入下一筛面继续筛分，直至不能通过筛面网孔，从 而得到不同粒径大小的水稳性团聚体。
[0030] 发明可以达到的有益效果是：在现有基础上提高获得不同碳氮矿化组分的效率， 即可以一次性大量获得稳定的土壤易、耐分解碳氮组分，避免当前少量筛分造成的系统 误差，以便开展土壤碳氮组分特性的进一步研究；获得了一种土壤碳氮组分矿化培养与 原土矿化相统一的方法，即原土筛分所得两种分解组分的矿化量之和占原土总矿化量的 92-105%之间，矿化回收率在合理范围之内。该方法解决了土壤组分筛分后矿化培养与原 土出现较大差异的难题，将促进土壤学和植物营养学的发展。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明土壤团聚体筛分机结构示意图；
[0032] 图2为本发明黑土不同组分净碳矿化潜势图；
[0033] 图3为本发明潮土不同组分净碳矿化潜势图；
[0034] 图4为本发明黑土不同组分净氮矿化潜势图；
[0035] 图5为本发明潮土不同组分净氮矿化潜势图。
【具体实施方式】
[0036] 附图中各标号所代表的零部件名称如下：
[0037] 机架1、发动机2、偏心轮3、伸缩杆4、筛架5、上部筛子6、下部筛子7。
[0038] 本发明中一种筛分土壤碳/氮矿化组分的方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0039] (1)用水将上部筛子和下部筛子的筛面打湿，然后将干土平铺于上部筛子的筛面 上，上部筛子孔径250微米，再用滴管加水至没有吸湿的干土部分，直到干土全部润湿；
[0040] (2)加水至上部筛子的土被浸没，水位达到筛框1/3高处；
[0041] (3)筛分仪下部筛子筛孔为150微米，用筛分仪震荡30分钟过筛；
[0042] (4)筛分完毕后用去离子水清洗上部筛子和下部筛子上组分至渗漏液澄清，然后 将上部筛子和下部筛子上的剩余组分全部转移至其他容器；
[0043] (5)采用倾析法反复用去离子水洗涤容器内组分，上部混浊液分离并收集，直至洗 涤溶液澄清为止，这样洗涤的目的是使悬浊液和矿物质部分分离；
[0044] (6)采用离心机设置转速为3000r/min转动5分钟，将洗涤后的粗有机质和粒径大 于150 μ m_MF的矿物质部分和粒径小于150 μ m组分分别收集起来；
[0045] (7)筛分所得大于150 μ m_M0M的粗有机质烘干后为易分解组分，筛分所得大于 150 μ m_MF矿物质部分和筛分所得小于150 μ m组分烘干混合后为耐分解组分；
[0046] (8)将不同组分的土壤样品在45°C条件下烘48小时，称重后过60目的筛子，用于 测定土壤易分解和耐分解C、N含量，土壤有机碳采用重铬酸钾外加热法测定、全氮用半微 量开氏法测定。