基本信息
- 项目名称：
- 土壤矿质氮的化学浸提方法探讨
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 近些年土壤矿质氮逐渐成为反应土壤供氮能力，评价土壤肥力的必测指标。在旱地，土壤矿质氮以硝态氮和铵态氮为主要形态，且硝态氮易于测定，能较灵敏地在反映旱地土壤供氮水平及供氮潜力，有着实际应用的前景。 我们小组通过电邮的方式对国内11个省份，包括华东、华中、华南、华北、东北、东南、西北地区在内的植物营养研究单位进行调查（附表1）以及借助与美国未来农民联合会（FFA）、美国普渡大学、美国德克萨斯洲以及以色列农业组织活动交流的机会对最新的土壤矿质氮的浸提方法以及存在的问题进行全面调查，发现各地区之间的土壤矿质氮浸提方法存在较大差异，仅同一地区范围内，浸提方法差异也很大。将差异总结为主要来源于鲜、干土，土样过筛孔径、浸提剂提前加入、浸提剂种类及浓度、水土比、振荡时间、滤纸、浸提液保存温度以及保存时间等9方面因素。基于对各地区的测定方法比较、总结后，对影响的土壤矿质氮化学浸提方法的以上主要影响因素进行实验研究，最终对土壤矿质氮的有效浸提方法进行完善和改进，探究了一条较为准确、可靠的矿质氮浸提途径。
- 详细介绍：
- 土壤矿质氮是土壤肥力的重要组成部分和作物氮素营养的主要来源。Harmsen 和Van Schreven认为土壤全氮因土壤类型而变化，对土壤供氮容量几乎不能给出说明。有机质作为土壤供氮指标有明显的缺点：变动范围较小,灵敏性不高,难以在实际中应用中反映不同土壤供氮能力的差别。土壤矿质氮逐渐成为研究土壤供氮能力的必测指标。在旱地,土壤矿质氮以硝态氮和铵态氮为主要形态, 起始铵态氮和作物吸氮量之间虽有一定关系,且不稳定，而硝态氮易于测定,能较灵敏地反映旱地土壤供氮水平及供氮潜力,有着实际应用的前景。 国内外应用较多和有应用前景的土壤供氮能力测试方法,主要为两类:化学方法和生物方法。生物方法过程复杂,在生产实验中难于广泛应用；化学方法是在生物方法基础上发展起来的土壤氮素测定方法,既简单、方便,又能反映土壤的供氮能力。20 世纪50年代，Livens提出以沸水浸取土壤矿质氮的简易方法，用沸水、中性盐等浸取剂不像酸、碱等会在浸取过程中引起土壤性质的巨大变化，可更好地反映土壤矿质氮的实际情况。目前,在国内外研究领域应用较广的还是由Glanell和Bremner提出的2mol•L-1 KCl 煮沸浸取土壤4 小时和Whitehead提出的1mol•L-1 KCl煮沸浸取土壤1小时，近些年，除KCl外，K2SO4、CaCl2 溶液也逐渐被用来作为土壤矿质氮浸提剂，尤其是0.01 mol•L-1CaCl2的使用日益广泛，由于没有统一标准规范要求，传统的浸提方法普遍存在着前处理误差较大，试剂浪费严重，矿质氮浸提不完全等缺点，流动分析仪的矿质氮的测定结果常有负值出现，影响了测定结果准确性，同时也严重影响了植物营养和土壤工作者对土壤可供氮素营养的认识、研究进程。据我们对国内外矿质氮浸提方法的调查显示，在实际操作中，从土壤前处理过程所选用土壤筛孔直径到所用浸提剂种类、浓度、振荡时间、滤纸类型，以及对浸提液的保藏温度、时间等可能的影响因素各地区及不同研究者之间存在较大差异，没有一定的标准。本研究旨在对土壤矿质氮的有效浸提方法进行规范和完善，提高土壤矿质氮测定的准确度，在真实反映土壤氮素营养特性的同时，为优化矿质氮研究技术提供依据。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 国内外矿质氮浸提方法均没有统一标准，存在前处理误差大，矿质氮浸提不完全等缺点，流动分析仪的测定结果出现负值，影响测定结果准确性，也影响对土壤供氮的认识、研究进程。调查显示，从土壤筛孔直径到所用浸提剂种类、浓度、振荡时间、滤纸类型，及浸提液的保藏温度、时间等影响因素各地区存在较大差异。本研究旨在对土壤矿质氮有效浸提方法进行规范和完善，提高准确度，为优化矿质氮研究技术提供依据。
科学性、先进性及独特之处
- 通过电邮对国内11个省份的植物营养研究单位调查以及借助与美国未来农民联合会（FFA）、美国普渡大学、美国德克萨斯洲等交流的机会对最新的土壤矿质氮的浸提方法进行调查，发现存在较大差异，差异来源于鲜、干土，土样过筛孔径、浸提剂提前加入、浸提剂种类、浓度、水土比、振荡时间、滤纸、浸提液保存温度及时间等9方面因素。基于各种比较，对土壤矿质氮的有效浸提方法进行完善和改进，探究了一条较为准确、可靠的浸提途径。
应用价值和现实意义
- 我们对现阶段矿质氮浸提情况进行调查，发现不同地区浸提方法有较大差异。所用浸提剂浓度、液土比、振荡时间等各不相同，没有一定标准。在土样前处理过程中，所选用土样筛孔直径也各不相同。虽然用化学方法测定土壤矿质氮含量准确、简便，但土样数量过多，采回的土样往往不能立刻处理、浸提、分析测定，需要将土样、浸提液保存一定时间。然而如何保存、保存多久，才不会影响待测液中硝、铵态氮测定结果呢？尚未见系统报道。
学术论文摘要
- 本研究分别在秋、春季节采取不同土样，对可能影响矿质氮浸提结果的土壤风干与否、过筛孔径、浸提剂、水土比等9种因素进行了比较分析。结果表明：1）新鲜土样立即测定能更好地反映田间真实状况。2）使用通过3mm筛的土壤，有较好的浸提效果。3）以及10:1的水土比振荡浸提60min对土壤硝态氮的浸提可以达到较好的效果。4）浸提液可离心取上清液，或购买同批次生产的定量滤纸。5）在样品或处理较多时，可以采用一次配制大量浸提剂的方法减小试剂误差；建议使用0.01mol•L-1 CaCl2 作为土壤矿质氮的浸提剂，0.5mol•L-1 KCl与2mol•L-1 KCl对矿质氮浸提差异不显著，因此可用0.5mol•L-1 KCl。6）浸提剂以当天加入为宜，如确为实验需要，可提前1天加入浸提剂，但不适宜长期浸泡。7）浸提液在-18℃～25℃受温度影响不显著，可直接在室温下进行保存。8）KCl在矿质氮浸提上表现出相对较好的回收效果，适宜矿质氮中硝、铵态氮的同时测定，CaCl2和K2SO4对硝态氮和铵态氮的回收率分别达到97.0%-104.5%与95.5%-110.4%，适宜硝铵氮的分别测定。
获奖情况
鉴定结果
参考文献
- [1]金发会,李世清,卢红玲,李生秀.石灰性土壤供氮能力几种化学测定方法的评价研究.植物营养与肥料学报,2007,13(6): 1040- 1048. [2]巨晓棠，李生秀.旱地土壤供氮能力研究的发展.干旱地区农业研究，1993,11:43-48. [3]Dou,H.,Alva, A.K.,and Appel.T.(2000) An eval- uation of plant- available soil nitrogen in selected sandy soils by electro-ultra filtration, KCl, and CaCl2 extraction methods. Biol Fertil Soils,30:328-332. [4]Peter,Motavalli,Serita, D.Fery.,and Neal,A.Scott. (1995) Effect of filter type and extraction efficiency on nitrogen mineralization measurements using the aerobic leaching soil incubation method, Boil Fertile Soils, 20:197-204. [5]Smith,K.A.,and Li,S.X.(1993) Estimation of Potentially mineralisable nitrogen in soil by KCl extraction. Plant and Soil,157:167-174[8]Gianello C, Bremner J M.(1986) A simple method of assessing potentially available organic nitrogen in soils.Commn. In Soil Sci. Plant.Anal,17:195-214.
同类课题研究水平概述
- 目前，虽然对土壤氮素浸提的方法多种多样，但国内最常用的还是KCl、K2SO4和CaCl2浸提。Selmer - Olsen等提出2mol/L KCl与土壤在80℃的恒温下静置20 小时的方法,浸取的氮素和通气培养法的测定值密切相关,也与盆栽作物吸氮量和大田作物对氮肥的反应有良好的关系。现应用较多的是由Glanello和Bremner提出的2mol/L KCl煮沸浸取土壤4小时和Whitehead提出的1mol/L KCl煮沸浸取土壤1小时方法。Mctaggart和Smith在苏格兰东部的田间试验表明,2mol/L KCl煮沸4小时法比1mol/L KCl煮沸1小时与作物吸氮量之间的相关性要好。Stanford于1968 年提出0.01mol /L CaCl2 加热提取法以及高温高压提取法,结果与2 周、4 周、6周培养结果相关性极显著,相关系数大于0. 944以上。李生秀对1mol/L KCl煮沸法的研究表明,对12种酸性土壤,该法结果与作物吸氮量关系非常密切,密切程度比间歇淋洗培养法好。但是,该法却不能直接应用于石灰性土壤,因为石灰性土壤应用这一方法时,浸取液显碱性,煮沸过程中会有氨态氮的大量挥发,因而测定石铵态氮结果偏低。李生秀在杨陵用12种土壤的盆栽试验表明,避免了铵态氮的挥发后,2mol/L KCl煮沸4小时法比1mol/L KCl煮沸浸取铵态氮与盆栽小麦吸氮量密切相关,可分别解释作物全部吸收氮素的76%和61%。这些研究结果表明,KCl煮沸浸取出的铵态氮能较好的反映酸性土壤供氮能力,可以作为酸性的土壤供氮能力指标,而能否作为石灰性土壤上的供氮能力指标,还有待进一步研究。之后，李生秀等又用12种肥力不同的土壤,对EUF法、KCl和水浸取法3种方法浸取出的氮素进行比较研究表明, EUF析滤的硝态氮与KCl和水浸取出的大致接近,并没有使土壤中易矿化的有机氮氧化成硝态氮而浸出;析滤出的铵态氮仍是土壤中可代换铵,既没有固定铵释放的信息,也没有易矿化有机氮分解的信息。虽然3种方法浸取出的氮素与黑麦草吸氮量都密切相关,但KCl浸取出的硝态氮与黑麦草吸氮量的关系比EUF 析滤出的硝态氮更为密切,而且前者浸取方法简单、方便。
