土壤氮循环实验研究方法

本书全面归纳并详细描述了当前土壤氮循环研究过程中使用的主要方法与技术。全书完整地介绍了主要研究方法与技术的原理、具体操作流程和注意事项等,并提供了相关研究方法与技术涉及的应用实例和近期新研究进展,同时客观地指出了这些方法与技术存在的问题以及今后的发展方向。本书旨在提供研究方法与技术,可供土壤学环境科学、大气科学、生态学、地球科学等相关专业领域的科技工作者及学生作为教材或者专业参考书使用。

序
前言
第1章土壤氮循环研究方法概述1
1.1导言1
1.2土壤氮循环1
1.2.1土壤氮形态及其转化1
1.2.2土壤氮循环过程2
1.3土壤氮循环研究方法3
1.3.1表观通量直接观测3
1.3.2氮稳定同位素技术4
1.3.3分子生物技术4
1.3.4模型模拟5
1.4展望5
参考文献6
第2章土壤氮素初级转化速率测定方法7
2.1导言7
2.2同位素稀释法测定氮初级转化速率的基本原理7
2.3氮初级转化速率的数值模型分析方法简介9
2.415N成对标记结合数值分析模型研究氮初级转化速率的方法11
2.4.1准备土壤样品11
2.4.2土壤氮库的标记方法11
2.4.3氮加入量、15N丰度和标记物种类13
2.4.4培养时间和取样时间间隔15
2.5初级转化速率方法在土壤氮转化研究中的应用16
参考文献18
第3章利用膜进样质谱(MIMS)法研究淹水环境反硝化过程21
3.1导言21
3.2MIMS组成及其原理22
3.3利用MIMS法测定湿地和稻田净脱氮过程23
3.4利用MIMS法测定湿地和稻田反硝化及厌氧氨氧化过程25
参考文献28
第4章ROFLOW系统在旱地土壤反硝化脱氮研究中的应用30
4.1导言30
4.2旱地土壤反硝化测定方法的研究进展30
4.3ROFLOW旱地土壤反硝化培养测定系统的原理、构造和方法31
4.3.1测定原理31
4.3.2系统构造31
4.3.3培养系统操作方法34
4.4ROFLOW旱地土壤反硝化培养测定系统的应用案例35
4.5方法展望37
参考文献37
第5章密闭培养-氦环境法在土壤氮气排放测定中的应用39
5.1导言39
5.2密闭培养-氦环境法发展简史与密闭培养-氦环境法的原理与适用条件39
5.3密闭培养-氦环境法的具体操作步骤41
5.3.1实验准备41
5.3.2土壤样品采集与准备42
5.3.3顶空气体置换42
5.3.4土壤样品培养与N2排放速率测定42
5.3.5结果计算43
5.4密闭培养-氦环境法应用案例43
5.4.1运用密闭培养-氦环境法评估乙炔抑制法43
5.4.2运用密闭培养-氦环境法验证田间原位无扰动土壤N2通量测定方法(氮同位素自然丰度法)45
5.4.3运用密闭培养-氦环境法研究土壤氮素循环过程46
5.5方法展望47
参考文献47
第6章农田氨挥发测定方法50
6.1导言50
6.2农田氨挥发测定方法简介50
6.3箱式法51
6.3.1密闭室法51
6.3.2通气室法53
6.4微气象学法58
6.4.1梯度扩散法58
6.4.2涡度相关法59
6.4.3质量平衡法60
6.5可调二极管激光吸收光谱-反向拉格朗日随机扩散模型法(TDLAS-BLS法)61
参考文献63
第7章农田氮径流和淋溶研究方法65
7.1导言65
7.2氮径流研究方法66
7.2.1野外观测方法66
7.2.2人工模拟降雨方法70
7.2.3模型模拟方法71
7.3氮淋溶研究方法75
7.3.1野外观测方法75
7.3.2控制试验方法77
7.3.3模型模拟方法80
参考文献82
第8章大气氮沉降测定方法87
8.1导言87
8.2湿沉降测量方法88
8.2.1雨量器法88
8.2.2降雨自动采集法88
8.2.3离子交换树脂法89
8.3干沉降测量方法89
8.3.1微气象学法89
8.3.2推算法92
8.3.3替代面法95
8.4氮素云雾沉降测量方法95
8.4.1云雾水沉降量的估算96
8.4.2云雾水中氮浓度的估算98
8.5氮沉降的其他测量方法99
8.5.1生物指示法99
8.5.2森林氮沉降评估-穿透雨法100
8.5.315N同位素溯源法101
8.5.4卫星遥感法102
8.5.5模型评估法103
8.6方法的不确定性与未来展望103
参考文献104
第9章土壤N2O排放通量测定方法——静态箱-气相色谱法108
9.1导言108
9.2土壤N2O产生过程108
9.2.1硝化作用109
9.2.2反硝化作用109
9.2.3硝化细菌反硝化110
9.2.4硝态氮异化还原成铵作用110
9.2.5化学反硝化110
9.3土壤N2O排放通量监测方法110
9.3.1静态箱法-气相色谱法基本原理111
9.3.2静态箱法观测时间111
9.3.3静态箱法制作材料111
9.3.4农田土壤静态箱基本构成112
9.3.5采样气样N2O浓度分析115
9.3.6N2O排放通量计算公式115
9.3.7动态箱法115
参考文献116
第10章同位素异位体法在土壤N2O溯源中的应用118
10.1导言118
10.2质谱分析法119
10.2.1方法原理119
10.2.2方法步骤119
10.2.3应用案例122
10.3红外激光吸收光谱分析法123
10.3.1方法原理123
10.3.2方法步骤125
10.3.3应用案例128
10.4方法展望129
参考文献129
第11章土壤HONO气体排放测定132
11.1导言132
11.2大气HONO浓度测定方法132
11.2.1湿化学方法132
11.2.2光谱方法137
11.3HONO气体15N同位素测定方法138
11.3.1LOPAP-HPLC-MS的测定原理138
11.3.2样品的前处理139
11.3.3HPLC-MS分析140
11.3.4标准曲线141
11.3.5计算15N相对丰度141
11.3.6仪器检测限142
11.3.7其他HO15NO测定方法142
11.4土壤与大气界面HONO气体通量测定方法142
11.4.1动态箱系统简介143
11.4.2土壤HONO排放的测定144
11.4.3基于化学平衡理论的土壤HONO排放通量的计算145
11.5小结146
参考文献147
第12章农田系统生物固氮测定方法151
12.1导言151
12.2农田系统生物固氮资源151
12.3生物固氮测定方法152
12.3.1总氮差异法153
12.3.215N同位素稀释法153
12.3.315N自然丰度法154
12.3.415N2示踪法155
12.3.5乙炔还原法158
参考文献159
第13章土壤环境中不同形态氮稳定同位素测定方法163
13.1导言163
13.2氮稳定同位素方法原理163
13.3氮稳定同位素测定方法165
13.3.1氮稳定同位素分析技术165
13.3.2样品预处理166
13.4氮稳定同位素方法在土壤氮循环中的应用与展望170
参考文献171
第14章基于稳定同位素技术的水体硝酸盐来源辨别方法174
14.1导言174
14.2氮氧同位素溯源水体硝酸盐原理174
14.3水体硝酸盐污染源定性判别方法175
14.4水体硝酸盐污染源定量解析方法178
14.4.1质量平衡混合模型法178
14.4.2贝叶斯同位素模型法179
14.4.3定量解析过程中的反硝化作用180
14.5方法应用实例180
14.5.1样品采集、处理与测定181
14.5.2水体硝酸盐定性分析182
14.5.3水体硝酸盐来源定量分析183
参考文献186
第15章氮转化过程功能微生物表征方法188
15.1导言188
15.2微生物驱动的氮转化过程189
15.3氮转化功能微生物表征的方法191
15.3.1基于功能基因的实时荧光定量PCR技术191
15.3.2基于氮转化功能基因的高通量测序技术194
15.3.3基于氮转化微生物活性的13C-DNA/RNA-SIP技术196
15.3.4基于细胞水平的氮转化微生物表征方法204
参考文献212