第13章.同位素示踪在土壤研究中的应用

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1、第13章.同位素示踪在土壤研究中的应用中国农业大学齐孟文同位素示踪在土壤研究中的应用1.应用15N研究土壤氮素1.115N用于生态系统氮素转换的研究15N定义为天然含氮样品的15N相对大气15N变化的百分数：式中，R为质谱的峰29N2+与28N2+之比。土壤的15N与土壤氮的转化过程有关，因此有可能成为生态系统中氮循环的特征变量，用以进行相关研究。对其分析的要求是，样品制备过程不改变其同位素组成，且质谱有较高的灵敏度和精确度。该方面研究尚不充分，目前仅有一些相关试验资料，还缺乏规律性的认识。现有研究的一些成果如下1）土壤全氮的15N存在变异，包括:①表层不同类型土壤全氮的

2、15N不同；②土壤剖面15N分布存在分异，不同类型土壤15N的剖面分布不同。2)土壤不同含氮组分15N的分异及其影响，将为定量土壤-植物系统中氮循环提供依据。土壤中无机、有机含氮物质的型态、数量可以表征土壤氮素的周转过程。三种土壤中不同含氮组分的15N值氮素形态红壤水稻土黑钙土暗棕壤15N平均值全氮水解性总氮非水解性氮氨基酸态氮可矿化态氮固定态氮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土壤氮素转化的研究NO2,N2N

3、H3反硝化土壤有机氮NH4+NO3矿物固定1.2.1矿化与固定1）有关量的测定土壤激发效应因施肥而致土壤肥效的曾减效应。当P1时为还激发,P1为负激发。氮肥的矿化率式中,Np作物吸的15N,Nl施入15N的损失量,Nm矿质态15N，N施入的15N。氮肥生物固定率式中，Nr土壤残留15N，其它字母意义同上。2）施肥对矿化与固定的影响施用无机氮几乎不影响土壤有机氮的总量，其作用仅表现为替换出土壤固定氮（沈善敏.土壤学报,1986.23(1):10~15）。施有机肥氮,其矿化率少于残留率时,净激发是负值,说明增加了土壤有机氮的储量(朱培立等.土壤激发效应的探讨,中国农业科学

4、,1994.27(14))。当无机氮和有机氮配合施用，无机氮可以提高有机氮的矿化率，有机氮可以提高无机氮的生物固定率。3）土壤氮激发效应的影响因子除施肥外,影响土壤氮激发的因子有土壤C/N和肥料C/N及一些耕作措施。1.2.2硝化与反硝化硝化-反硝化是土壤氮素损失的主要途径，直接测量方法具有重要意义。1）反硝化-15N气体通量测定法将高丰度15N标记肥料施入土壤,继之收集反硝化气体,用质谱方法测定丰度，计算反硝化产出的15N，公式：式中，V—气体容积,0.975－标准状态1ml空气含有0.975mgN，气体中1.2.3土壤中NO3-15N的淋溶动态15N示踪法,结合渗滤池及通量测定

5、技术，可探明不同生态环境及种植制度下,土壤NO3－N移动特点及淋溶动态(陈子明,1995)。2.应用32P研究土壤磷素研究土壤磷的形态、转化和有效性是合理施磷和提高其利用率的基础性工作。2.1土壤磷的转化及其有效性1）酸性土壤在酸性土壤，土壤有效磷的A值，与土壤非包蔽磷酸盐,尤其是磷酸铁盐的数量密切相关(郭智芬，1992)，与其他磷盐关系不大。2）石灰性土壤32P-过磷酸钙施入石灰性土壤,只有13%～15%被植物利用,残留土壤中的4.6%-7.2%为易利用磷（0.5M醋酸和1%碳酸铵）,24.5%--26.5%转化为较吸收利用的磷（3M氢氧铵和0.2M硫酸）,68.2—68.9%转

6、化为难利用磷(郭智芳1992)。3)土壤交换性磷①交换性磷的计算式中31Pl溶液中31P的含量(mg/ml),32P0,32Pt-分别为起始加入和平衡时残留溶液中的32P。②32P标记土壤吸持态磷的Hedley分级土壤磷按交换性的大小及其对作物的有效性不同可分为：最有效组分,阴离子交换树脂磷(树脂-P)；有效组分,0.5M碳酸氢钠(PH8)提取磷(NaHCO3-P)；铁、铝氧化物结合磷及小部分活性有磷，0.1M氢氧化钠提取磷(NOH-P)；活性低的组分,1M盐酸提取磷(HCl-P),主要为酸溶性磷酸钙盐。③土壤有机磷的积累与矿化土壤有机磷是土壤有效磷的来源之一,其矿化是在土壤磷酸

7、酶的作用下进行的。用32P示踪可以方便地研究有机磷的积累与矿化程度及其影响因子。2.2石灰性土壤不同无机磷的有效性石灰性土壤无机磷分级体系见(蒋柏藩中国农业科学,1989,22:48~51)。1）各形态磷的标记方法要求低载体,高比活度，能代表土壤各种相关形态,无其它放射染质。①反应堆辐照法用高纯普通化合物，由31P(n,r)32P制备。Ca2-32P，Ca8-32P，Al-32P干扰主要是45Ca,测量时用吸收法可以分别甄别。②放化合成法Fe-P,辐照同时产生55Fe