[发明专利]一种模拟原状土柱N2O消纳过程氮气采集的方法及装置

说明书

本发明公开了一种模拟原状土柱N₂O消纳过程氮气采集的方法及装置，步骤：A、采集原状水稻土柱；B、制作原状土柱培养装置；C、组合内层可密封的塑料杯和土柱装置；D、预培养：将塑料杯土柱置于恒温室；E、检验气密性；F、密闭塑料杯与原状土柱培养装置通气底座氦气体置换；G、将原状土柱塑料杯组合装置、注射器等置于厌氧罩置换气体；H、内层密闭塑料杯土柱组合装置通气底座外源输入气体；I、采集塑料杯内气体和通气底座气体。装置包括外层厌氧罩、原状土柱与塑料杯组合装置，内层密闭塑料杯土柱组合装置套于可密封的外层厌氧罩内。准确收集土壤反硝化微生物产生的N₂和N₂O、通气底座剩余的N₂O。确保后续气象色谱仪精确测定氮气浓度及排放量。

技术领域

本发明属于原状土柱的培养和氮气排放的技术领域，更具体涉及一种模拟原状土柱N₂O消纳过程氮气的采集方法，同时还涉及一种模拟原状土柱N₂O消纳过程氮气采集的双密闭厌氧装置，它适用模拟原状土柱N₂O消纳过程nosz基因编码的氧化亚氮还原酶微生物群落。

背景技术

氧化亚氮(N₂O)是仅次于二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)的管制温室气体，其百年尺度单分子增温潜势约为CO₂的298倍(IPCC，2007)，稻田土壤不仅是N₂O的源也是N₂O的汇(Minami，1997)。自然条件下，稻田土壤氮循环中反硝化作用十分强烈，在长期淹水厌氧环境下极易发生N₂O还原为N₂的反应，造成氮肥的损失、N₂O的消耗及氮气的排放，对于减少大气中N₂O的浓度具有十分重要的意义(Cai，1997；Zheng，2000；Hansen，2014)。分子氮，约占大气的78％(张志军等，2018)，在如此高的氮气背景浓度下准确定量N₂排放通量一直是个难题。N₂的产生是在严格的厌氧条件下，由nosz基因编码的氧化亚氮还原酶催化的结果(Xin，et al，2017)。本实验通过布置室内水稻土模拟土柱，在装置的通气底座外源添加N₂O，研究反硝化过程N₂O的消纳特征和N₂的产生变化规律。克服了常规动态土柱强制泵入气体，而导致土柱中压力的变化的缺陷，能够使气体N₂O在土壤微域中扩散范围加大。由于大气中氮气高背景浓度的影响，样品中低含量土壤氮气排放通量的定量会受到干扰，因此需要在严格厌氧密闭条件下进行操作，设置了双密闭培养装置，外层厌氧罩内可置多个内层密闭塑料杯土柱组合装置，批量培养。采用氦环境法，用惰性气体氦气置换土壤孔隙与塑料杯中氮气，再氦气置换外层厌氧罩与内层密闭塑料杯土柱组合装置内气体，人为降低氮气背景浓度。底部外源气体N₂O经通气底座传输到土柱，小部分N₂O截留在土壤孔隙和土壤水分中，大部分N₂O在双密闭厌氧条件下由nosz基因微生物驱动发生完全的反硝化反应还原为氮气排放到塑料杯内，还有少量N₂O通过土壤孔隙直接排放到塑料杯内，通过采集塑料杯内排放的氮气和N₂O，以及通气底座剩余的N₂O，并通过气象色谱仪检测气体浓度，从而定量分析土壤N₂O的消纳能力。

发明内容