第13章.同位素示蹤在土壤研究中的應(yīng)用

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1、第13章.同位素示蹤在土壤研究中的應(yīng)用中國農(nóng)業(yè)大學(xué)齊孟文同位素示蹤在土壤研究中的應(yīng)用1.應(yīng)用15N研究土壤氮素1.1?15N用于生態(tài)系統(tǒng)氮素轉(zhuǎn)換的研究?15N定義為天然含氮樣品的15N相對大氣15N變化的百分?jǐn)?shù)：式中，R為質(zhì)譜的峰29N2+與28N2+之比。土壤的?15N與土壤氮的轉(zhuǎn)化過程有關(guān)，因此有可能成為生態(tài)系統(tǒng)中氮循環(huán)的特征變量，用以進(jìn)行相關(guān)研究。對其分析的要求是，樣品制備過程不改變其同位素組成，且質(zhì)譜有較高的靈敏度和精確度。該方面研究尚不充分，目前僅有一些相關(guān)試驗(yàn)資料，還缺乏規(guī)律性的認(rèn)識?，F(xiàn)有研究的一些成果如下1）土壤全氮的?15N存在變異，包括:①表層不同類型土壤全氮的?

2、15N不同；②土壤剖面?15N分布存在分異，不同類型土壤?15N的剖面分布不同。2)土壤不同含氮組分?15N的分異及其影響，將為定量土壤-植物系統(tǒng)中氮循環(huán)提供依據(jù)。土壤中無機(jī)、有機(jī)含氮物質(zhì)的型態(tài)、數(shù)量可以表征土壤氮素的周轉(zhuǎn)過程。三種土壤中不同含氮組分的?15N值氮素形態(tài)紅壤水稻土黑鈣土暗棕壤?15N平均值全氮水解性總氮非水解性氮氨基酸態(tài)氮可礦化態(tài)氮固定態(tài)氮1.291.371.681.100.195.726.024.254.665.309.716.933.494.042.012.005.884.663.623.222.782.805.265.771.2土壤氮素轉(zhuǎn)化的研究NO2,N2N

3、H3反硝化土壤有機(jī)氮NH4+NO3礦物固定1.2.1礦化與固定1）有關(guān)量的測定土壤激發(fā)效應(yīng)因施肥而致土壤肥效的曾減效應(yīng)。當(dāng)P?1時為還激發(fā),P?1為負(fù)激發(fā)。氮肥的礦化率式中,Np?作物吸的15N,Nl?施入15N的損失量,Nm?礦質(zhì)態(tài)15N，N?施入的15N。氮肥生物固定率式中，Nr?土壤殘留15N，其它字母意義同上。2）施肥對礦化與固定的影響施用無機(jī)氮幾乎不影響土壤有機(jī)氮的總量，其作用僅表現(xiàn)為替換出土壤固定氮（沈善敏.土壤學(xué)報,1986.23(1):10~15）。施有機(jī)肥氮,其礦化率少于殘留率時,凈激發(fā)是負(fù)值,說明增加了土壤有機(jī)氮的儲量(朱培立等.土壤激發(fā)效應(yīng)的探討,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)

4、,1994.27(14))。當(dāng)無機(jī)氮和有機(jī)氮配合施用，無機(jī)氮可以提高有機(jī)氮的礦化率，有機(jī)氮可以提高無機(jī)氮的生物固定率。3）土壤氮激發(fā)效應(yīng)的影響因子除施肥外,影響土壤氮激發(fā)的因子有土壤C/N和肥料C/N及一些耕作措施。1.2.2硝化與反硝化硝化-反硝化是土壤氮素?fù)p失的主要途徑，直接測量方法具有重要意義。1）反硝化-15N氣體通量測定法將高豐度15N標(biāo)記肥料施入土壤,繼之收集反硝化氣體,用質(zhì)譜方法測定豐度，計(jì)算反硝化產(chǎn)出的15N，公式：式中，V—?dú)怏w容積,0.975－標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)1ml空氣含有0.975mgN，氣體中1.2.3土壤中NO3-15N的淋溶動態(tài)15N示蹤法,結(jié)合滲濾池及通量測定

5、技術(shù)，可探明不同生態(tài)環(huán)境及種植制度下,土壤NO3－N移動特點(diǎn)及淋溶動態(tài)(陳子明,1995)。2.應(yīng)用32P研究土壤磷素研究土壤磷的形態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性是合理施磷和提高其利用率的基礎(chǔ)性工作。2.1土壤磷的轉(zhuǎn)化及其有效性1）酸性土壤在酸性土壤，土壤有效磷的A值，與土壤非包蔽磷酸鹽,尤其是磷酸鐵鹽的數(shù)量密切相關(guān)(郭智芬，1992)，與其他磷鹽關(guān)系不大。2）石灰性土壤32P-過磷酸鈣施入石灰性土壤,只有13%～15%被植物利用,殘留土壤中的4.6%-7.2%為易利用磷（0.5M醋酸和1%碳酸銨）,24.5%--26.5%轉(zhuǎn)化為較吸收利用的磷（3M氫氧銨和0.2M硫酸）,68.2—68.9%轉(zhuǎn)

6、化為難利用磷(郭智芳1992)。3)土壤交換性磷①交換性磷的計(jì)算式中31Pl?溶液中31P的含量(mg/ml),32P0,32Pt-分別為起始加入和平衡時殘留溶液中的32P。②32P標(biāo)記土壤吸持態(tài)磷的Hedley分級土壤磷按交換性的大小及其對作物的有效性不同可分為：最有效組分,陰離子交換樹脂磷(樹脂-P)；有效組分,0.5M碳酸氫鈉(PH8)提取磷(NaHCO3-P)；鐵、鋁氧化物結(jié)合磷及小部分活性有磷，0.1M氫氧化鈉提取磷(NOH-P)；活性低的組分,1M鹽酸提取磷(HCl-P),主要為酸溶性磷酸鈣鹽。③土壤有機(jī)磷的積累與礦化土壤有機(jī)磷是土壤有效磷的來源之一,其礦化是在土壤磷酸

7、酶的作用下進(jìn)行的。用32P示蹤可以方便地研究有機(jī)磷的積累與礦化程度及其影響因子。2.2石灰性土壤不同無機(jī)磷的有效性石灰性土壤無機(jī)磷分級體系見(蔣柏藩中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1989,22:48~51)。1）各形態(tài)磷的標(biāo)記方法要求低載體,高比活度，能代表土壤各種相關(guān)形態(tài),無其它放射染質(zhì)。①反應(yīng)堆輻照法用高純普通化合物，由31P(n,r)32P制備。Ca2-32P，Ca8-32P，Al-32P干擾主要是45Ca,測量時用吸收法可以分別甄別。②放化合成法Fe-P,輻照同時產(chǎn)生55Fe