专题资料(2021-2022年)ISO16072土壤微生物呼吸的试验室测定方法中国科学院南京土壤.doc
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1、ICS13.080.01B10中中 华华 人人 民民 共共 和和 国国 国国 家家 标标 准准GB/TXXXXX2011/ISO 16072:2002土壤微生物呼吸的实验室测定方法Laboratory methods for determination of microbial soil respiration(ISO 16072:2002,IDT)(报批稿)(本稿完成日期:2014 年 8 月)XXXX-XX-XX 发布XXXX-XX-XX 实施GB/T XXXXXXXXX1目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14步骤.24.1基本条件.24.2选择测定方法.25测定方
2、法.35.1 压力补偿系统静态培养 O2消耗量的测定法.35.2静态系统中 CO2释放量的测定滴定法.45.3静态系统中 CO2释放量的测定库仑定量法.65.4流动系统中 CO2释放量的测定红外气体分析法.75.5流动和静态系统中 CO2释放量的测定气相色谱法.85.6静态系统中 O2消耗量的测定压力法.13参考文献.17GB/T XXXXXXXXX2前言本标准按照GB/T1.1-2009和GB/T 20000.2-2009规则起草。本标准使用翻译法等同采用国际标准 ISO 16072:2002土壤质量土壤微生物呼吸的实验室测定方法。为了便于使用,本标准做了下列编辑性修改:将标准名称改为土壤微
3、生物呼吸的实验室测定方法本标准由全国土壤质量标准化技术委员会(SAC/TC404)提出并归口。本标准起草单位:中国科学院南京土壤研究所、中国科学院南京地理与湖泊研究所、江苏省标准化研究院。本标准主要起草人:林先贵、陈瑞蕊、吴庆龙、褚海燕、陈美军、刘颖。GB/T XXXXXXXXX3土壤微生物呼吸的实验室测定方法1范围本标准规定了好氧、不饱和土壤中土壤微生物呼吸的测定方法,此方法适用于添加底物(底物诱导呼吸)或不加底物(基础呼吸)条件下氧气消耗量或二氧化碳释放量的测定。本标准适用于下述目的土壤呼吸的测定:确定土壤微生物活性(见参考文献3);判定添加物(养分、污染物、土壤改良剂等)对土壤微生物代谢
4、强度的影响;确定土壤微生物生物量(见参考文献4);确定代谢熵(qCO2)。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。ISO 10381-6:1993 土壤质量-采样-第 6 部分实验室测定好氧微生物过程用土壤的采集、处理及贮存指南(Soil quality-Sampling-Part6:Guidance on the collection,handling and storage of soil for the assessmentof aerobic micro
5、bial processes in the laboratory)ISO 11274:1998 土壤质量-持水特征的测定-实验室方法(Soil quality-Determination of thewater-retention characteristic-Laboratory methods)ISO 11465:1993 土 壤 质 量-质 量 基 土 壤 干 物 质 和 含 水 量 测 定 重 力 测 定 法(Soilquality-Determination of dry matter and water content on a mass basis-gravimetric met
6、hod)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1基础呼吸 basal respiration不添加营养时土壤微生物的呼吸。3.2底物诱导呼吸 substrate-induced respiration(SIR)添加底物营养后土壤微生物的呼吸。注:如添加葡萄糖作为营养。GB/T XXXXXXXXX43.3微生物活性 microbial activity微生物的代谢强度。注:可以定量表示,如通过氧气消耗量或二氧化碳释放量计算。3.4代谢熵(qCO2)metabolic quotient微生物的平均代谢活性,可以通过基础呼吸与微生物生物量的比值计算。注:代谢熵一般以每克微生物生物量碳每小时所排
7、放 CO2的碳的毫克数来表示。3.5CO2形成速率(O2消耗速率)rate of CO2formation O2consumptionRCO2(RO2):单位质量土壤单位时间内释放 CO2的量(或所消耗 O2的量)。注 1:土壤呼吸速率通常用 CO2释放量或 O2消耗量来测定。注 2:单位通常表示为 mg CO2/(gh)。3.6微生物生物量 microbial biomass土壤中活体微生物细胞生物量注:通过微生物细胞中碳或氮的含量来计算。4 步骤4.1 基本条件4.1.1 土壤采样与储存土壤的采样、储存和预处理参照 ISO10381-6 中的规定,与选择的测定过程及基础呼吸参数无关。4.1
8、.2 测定和培养条件土壤呼吸受到土壤含水量和温度的影响,测试报告中应包含土壤含水量和温度参数。当负压大于0.03 MPa 时,土壤呼吸将明显减弱。待测土壤的最佳含水量,孔隙水压为0.01 0.03 MPa(测定精确度为 5%,与 ISO11274 保持一致),或者含水量为最大田间持水量的 40%至 60%。恒温培养一般采用20 30,也可使用其它温度。在后续方法描述中,有培养温度及培养时间的举例。土壤微生物生物量的测定推荐采用 22,与生物量的校准温度保持一致。比较土壤呼吸时土壤样品应具有相同的水分状况(以孔隙水压或者占最大田间持水量的百分比表示)。GB/T XXXXXXXXX54.2 选择测
9、定方法每种测定方法都有优缺点,而 O2消耗量法和 CO2排放量法获得的结果并不完全一致,因此采用哪种方法需要认真考虑。采用条例 5 中的某一种方法。CO2释放量法不能区分微生物代谢释放的 CO2和其它非生物因素产生的 CO2。对于碱性土壤或者是有机质含量高的土壤,非生物因素释放的 CO2量比较大,推荐采用 O2消耗量法。注:方法的优缺点将在各个方法中描述。5测定方法5.1 压力补偿系统静态培养 O2消耗量的测定法5.1.1 原理测定封闭系统中土壤样品培养过程中 O2的消耗量,系统中 O2通过电化学系统自动补充,释放出的CO2被系统中的 Ca(OH)2吸收。A 反应器 1 土壤样品 4 电解液B
10、 氧气产生器 2 CO2吸收剂 5 电极C 压力指示器 3 压力传感器 6 记录仪图 1O2 消耗量的测定5.1.2 设备仪器的详细描述见参考文献4,基本特征如下:测定系统(见图 1)是一个控温的水浴设备,由反应器(A)、O2产生器(B)和压力指示器(C)三个单元组成。A、B、C 三部分组成一个封闭系统,各部分之间由管子相连。在这个系统中,测定结果不会受气压波动影响。释放的 CO2被 Ca(OH)2吸收(2)。呼吸作用消耗掉的 O2会产生一个负压,产生的负GB/T XXXXXXXXX6压将传感到压力指示器(C)。这将驱动系统自动补充 O2并在记录仪上产生测定曲线(6)。O2的消耗量在曲线上可以
11、直接显示(mg)。5.1.3 实验方法取 50 100 g 过筛(2 mm)的新鲜土壤样品用于测定。因为系统平衡需要一定时间,所以起初 2 小时不需要测定 O2的消耗量。5.2 静态系统中 CO2释放量的测定滴定法5.2.1 原理在封闭器皿中培养土壤,释放出的 CO2由 NaOH 吸收。根据反滴定未中和的 NaOH,计算消耗掉的 NaOH,然后计算出 CO2的释放量。该方法适用于大量样品的测定。5.2.2 试剂5.2.2.1 去 CO2水蒸馏水煮沸,冷却后储存于带盖子的长颈瓶中,瓶盖中装有 Ca(OH)2可以去除 CO2。5.2.2.2 氢氧化纳(NaOH)溶液,c=0.05 mol/L5.2
12、.2.3盐酸(HCl)溶液,c=0.1 mol/LNaOH(5.2.2.2)和 HCl(5.2.2.3)溶液的浓度应确保中和 CO2 的 NaOH 量低于总量的 20%。过高的中和量会使结果不稳定。如果使用其它浓度,计算式(1)要相应的修改。5.2.2.4氯化钡(BaCl2)溶液,c=0.5 mol/L将 10.4 g BaCl2 溶于 100 mL 去 CO2 蒸馏水中。5.2.2.5 指示剂将 0.1 g 酚酞溶解于 100 mL 60%酒精溶液中(乙醇体积分数)。5.2.3 设备5.2.3.1 带旋转盖的广口瓶(250 mL)或带橡胶塞的贮存瓶(1 L)5.2.3.2 离心管或具边反应试
13、管(例如聚丙烯材质,外径为 29 mm,长度为 120 mm)。离心管上需钻若干小孔以方便气体交换。也可用有微孔的尼龙袋悬挂于广口瓶的瓶颈上。5.2.4 步骤称取 20 25 g 新鲜土壤样品到离心管(5.2.3.2)中,将离心管悬置于广口瓶(5.2.3.1)中(图 2),广口瓶底部预先装有 20 mL 的 NaOH 溶液(5.2.2.2)。广口瓶密封后,于恒温(如 22 1)培养室内培养 24 h。在密闭瓶口前,要用空气(低 CO2 浓度)置换瓶内气体。然后移出试管,加入 2 mL BaCl2溶液(5.2.2.4),将 CO2 以 BaCO3 的形式沉淀。加入 3 4 滴指示剂(5.2.2.
14、5),用 HCl(5.2.2.3)滴定剩余的 NaOH(5.2.2.2)。测定至少重复三次,同时设置空白对照(即不装土壤样品的广口瓶)。如果需要长期测定土壤呼吸(3 天),应每 3 天更换一次广口瓶中的 NaOH 溶液,每 3 天调节一次土壤含水量。GB/T XXXXXXXXX71 广口瓶(250 mL)6 气体交换口2 旋转盖7 土壤样品3 倾倒圈8 氢氧化钠溶液4 密闭垫9 塑料线5 悬置的离心管10 有微孔的尼龙袋图 2 测定土壤呼吸用的广口瓶培养装置培养装置也可采用带橡胶塞、盖子和 2 个通用夹子的的贮存瓶(1 L)。称取土壤样品(200 g)置于贮存瓶底部的结晶盘上。将 NaOH 放
15、在一个烧杯中。在贮存瓶底部,放 4 mL 去 CO2水,以保持湿度。注:实验室测定基础呼吸时,在第一个小时经常观察到 CO2释放量升高。这种升高可能与土壤样品准备过程中移动或者混和土壤颗粒时增加营养有关,也可能与短期内气体 CO2与溶液中 CO2的平衡相关。获得稳定基础呼吸状态的培养时间决定于土壤样品中易获得的碳化合物的初始含量。所有测定 CO2释放量的方法都存在这一现象。5.2.5 结果计算计算 CO2释放量的公式:22.2()24pbCOsmsdVVRmw(1)式中:RCO2CO2的产生速率mg CO2/(gh);Vb对照中消耗的 HCl 平均量(mL);Vp样品消耗的 HCl 平均量(m
16、L);msm新鲜土壤的质量(g);wsd新鲜土壤换算成干土的转换系数,即土壤干重占湿重的比率;2.2系数(1 mL 0.1 mol/L HCl 相当于 2.2 mg CO2)mg/(mLday);GB/T XXXXXXXXX824 将天转化为小时的系数(h/day)。注:土壤干重占湿重的比率等于干重百分比。上式只适用于特定浓度的试剂(0.05 mol/LNaOH,0.1 mol/L HCl)5.3 静态系统中 CO2释放量的测定库仑定量法5.3.1 原理土壤样品在恒温容器中培养(3 个重复),产生的 CO2被 NaOH 吸收,反应式如下:2 NaOH+CO2 Na2CO3+H2OOH-被 CO
17、32-取代,这两种离子具有不同的电导率,仪器能记录电导率的变化。仪器能检测到 CO2浓度 0.0001%的变化(体积分数)。通过该仪器,可以检测到土壤的基础呼吸及加入葡萄糖后诱导的土壤呼吸。土壤样品质量及温度要求应根据需要来确定。更多细节可参考文献6和文献8。5.3.2 测定装置图 3 是简易测定装置的示意图。1 装有土壤样品的容器2 电导率传感器3 铂电极图 3 库仑定量法测定土壤呼吸的仪器装置5.4 流动系统中 CO2释放量的测定红外气体分析法5.4.1 原理待测样品应与空气充分混合。培养期间可通过配备流量计的红外气体分析仪测定土壤中排放的CO2。该方法适用于测定土壤微生物生物量,测定时温
18、度宜为 22。若采用其它温度,计算时应乘以一个校正系数。GB/T XXXXXXXXX91 土壤样品容器5 三通阀9 流量调整和流量表2 空气入口6转向装置10 红外 CO2分析仪3 气泵7 关闭阀11 控制器4 加湿器8 参比空气12 控制和评价设备图 4 测定土壤呼吸的红外气体分析系统5.4.2 试剂5.4.2.1 CO2校准气体(350 L CO2/L 和 400 L CO2/L 的空气)5.4.3 仪器常规实验设备及红外气体分析仪(图 4),置于恒温(如 22 1)室内。5.4.4 步骤根据需要,称取 10 200 g 新鲜土壤样品到样品管中(3 个重复)。将土壤样品填满样品管(最好使用
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