BaPS土壤氮循环监测系统

BaPS土壤碳氮转化测量系统
陆地生态系统碳、氮循环密切相关，碳贮量与碳通量在很大程度上受氮循环的影响和限制。大气氮沉降借助其对土壤碳固定、植物氮素利用等的直接或间接作用，极大地干预了生态系统碳蓄积和氮素重新分配过程。作为同时定量测定土壤硝化和反硝化作用的首选方法，BaPS系统采用世界先进的气压过程分离（BaPS）技术，针对原状土壤样品进行硝化速率、反硝化速率以及土壤呼吸速率的测定。测量结果精确，与¹⁵N同位素稀释技术高度相关。从而实现特定时间土壤中占主导地位的微生物学过程（硝化作用和/或反硝化作用）的判断，并评价施肥管理条件下硝酸盐淋溶和N₂O的释放，评估土壤氮素损失和大气环境污染的潜在途径。成为氮沉降条件下碳氮耦合循环研究的解决方案！
 
一、             测量原理：
在密封、充气、有压力的恒温系统中放置着通气良好的土样，通过记录系统中O₂，CO₂，气压、温度等参数，即时得到硝化率、反硝化率和土壤呼吸率。
    土壤呼吸是一个净气体既不产生也不消耗的过程，也就是说净气体产生量Δn/Δt=0，因为消耗的氧气的量和生成的CO₂气体量是相同的，所以呼吸系数等于1.0，这和在充气良好的土壤上是一样的。
    硝化反应使得系统里的压力降低，因为每mol铵需要消耗0.5mol分子氧，但是不产生任何气体。
    然而反硝化却使系统里压力增加，因为在4mol硝酸根完成还原反应后，除了产生N₂外，还有2.5mol CO₂气体产生。
    如果发现净压力降低，那么系统中就发生了硝化反应。同样，如果压力增加就说明发生了反硝化反应。可以用下面的反应式来描述上面的三个微生物反应：
a) 土壤呼吸    CH₂O+O₂        CO₂+H₂O（压力平衡）
b）硝化反应    NH₄⁺+2O₂        NO₃^-+H₂O+2H⁺（压力降低）
    c) 反硝化反应  5CH₂O+4NO₃^-+4H⁺          5CO₂+7H₂O+2N₂（压力增加）
土样顶部的CO₂浓度和O₂浓度（随意的N₂O浓度）可以随着系统压力一起被检测到。
通过测试系统压力的改变来确定4个反应过程总的平衡。
将氧气的平衡和二氧化碳的平衡合并，可以确定反硝化过程中产生的气体氮化合物的分子式。
如果通过气压测得系统总气体平衡不能被氧气平衡和二氧化碳平衡来说明的话

（总气体平衡    氧气平衡加二氧化碳平衡），那么平衡差就必须是在反硝化过程中产生的气态氮化合物。
用下列不同的公式来区分这些：
 
其中： V_BS        代表土柱中气体存留量
R     表示通用气体常数（R=8.314JK^-1mol^-1）
T     表示温度[k]
P(x) 表示时间X时的气压
索引：Den：反硝化；Nit硝化；Res呼吸；aq液相

逐步分解和替代后，得到总的公式：
 
因此，N_xO_y是气体变化、二氧化碳变化和氧气变化的差值。可以通过反向平衡定量测得土壤呼吸和硝化反应。
 
二、             系统组成
l         气密测量室，带7个100ml（或3个250ml）取样环刀
 

• 测量盖，带O₂传感器、CO₂传感器、压力传感器、温度传感器
• 恒温水浴单元
• 软件
• 取样套件
• 备品备件

 
 
 
三、             基本技术指标
测量范围： CO₂ ：0…3Vol%,  精度：+/- 2%
           O₂ ： 15..21Vol%, 精度：+/- 1%
                   气压：800….1200hPa,  精度：+/-0.1%
           温度：-30….70℃，精度: 0.1℃
气密测量室:     100ml，高40.5mm，外径60mm
或：250ml，高50mm，外径84mm
 
THERMO水浴系统
 

• 用于控制测量室的温度
• 采用循环水浴，温度控制高度稳定
• 可外接温度传感器
• RS232界面

THERMO-WA NG 开放式冷却水浴：水浴最大容积：18-30 L
工作温度范围：-10℃~150℃
精度：+/-0.001ºC
20℃冷却能力：250W
加热能力：230v/50-60Hz：2kW
流量：17 l/min/300mbar
水域尺寸：(宽×长×深): 297×364×200mm
最大耗电：2450VA
THERMO-UM NG冷却水浴：水浴最大容积 3L
工作温度： -10℃~150℃
精度：+/- 0.01K
20℃冷却能力：240W
加热能力：230v/50-60Hz：2kW
最大耗电：2450VA
取样组件：BP-SS-100  取样组件 (7个容积100ml，高40.5mmx60mm，内径56mm环刀)
        或BP-SS-250 取样组件（3个容积250ml, 高50mmx外径84mm，内径80mm环刀）
 
四、产地：
德国
 
 
 
五、参考文献
该系统2007年以来发表的国内外文献共计54篇。其中包括硕博士论文8篇，发表于《土壤与植物》、《土壤生物学与土壤生物化学》、《植物养料与土壤学杂志》、《欧洲森林生态学杂志》、《生态模拟》、《土壤圈》、《环境科学》等国际生态学知名杂志的外文文献27篇。
 
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2011，38（5）：833–839。
2、苗方琴，汪金松，孙继超，康峰峰，赵秀海，贺自书。太岳山油松天然林不同土层的碳氮转化速率。应用与环境生物学报，2010，16 ( 4 ): 519~522
3、施振香; 柳云龙; 尹骏; 卢小遮; 章立佳。上海城郊不同农业用地类型土壤硝化和反硝化作用。水土
保持学报，2009，23（6）：99-111。
4、G. Sun, P. Luo, N. Wu,*, P.F. Qiu, Y.H. Gao, H. Chen, F.S. Shi. Stellera chamaejasme L. increases soil N
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6、Matejek et al. The small-scale pattern of seepage water nitrate concentration in an N saturated spruce forest is regulated by net N mineralization in the organic layer. Plant Soil, 2008(310):167–179.
7、Y.H.GAO，P.LUO，N.WU，H.CHEN，G.X. WANG. Impacts of grazing intensity on nitrogen pools and
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8、Michael Dannenmann1, Rainer Gasche1,et . The effect of forest management on trace gas exchange at
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