本發(fā)明涉及土壤生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，具體設(shè)計一種研究土壤動物對土壤溫室氣體排放影響的方法。

背景技術(shù)：

自工業(yè)革命以來，大氣溫室氣體濃度急劇增加，引發(fā)的全球氣候變化已成為當(dāng)今國內(nèi)外關(guān)注的焦點。土壤是溫室氣體的重要源和匯，在全球范圍內(nèi)，大約20％的CO₂和67％的N₂O排放量來自于土壤。盡管土壤溫室氣體排放量很小，但能顯著的影響和改變?nèi)蛱?、氮平衡和循環(huán)，且其排放過程涉及多個復(fù)雜的生物過程；如，土壤CO₂來源于土壤無脊椎動物、土壤微生物和植物的根系的呼吸，N₂O則主要來自土壤硝化和反硝化微生物作用下產(chǎn)生的。研究證明，土壤動物是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，其取食和活動直接影響土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動，同時土壤動物是地球化學(xué)過程的驅(qū)動者，調(diào)控微量氣體代謝，進一步在大尺度上影響大氣環(huán)境及全球氣候變化。其中，土壤動物影響土壤碳、氮循環(huán)，但有關(guān)不同功能類群土壤動物對土壤溫室氣體排放的影響及其與土壤理化和生物學(xué)性質(zhì)之間的相互作用方面的研究尚不全面。因而研究土壤動物對土壤溫室氣體排放的影響及其作用機制，不僅可以加深對我國土壤溫室氣體排放規(guī)律與驅(qū)動機制這一重要國際科學(xué)問題的認識，而且有利于準確估算我國土壤溫室氣體對全球氣候變化的貢獻，為我國溫室氣體排放估算的提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

然而，目前關(guān)于土壤動物對土壤溫室氣體排放的影響方面存在一個問題：在野外調(diào)查中，很難以具體明確某一類群土壤動物對土壤溫室氣體的作用，且野外大田采集氣體常用的方法是靜態(tài)箱法，較難于控制具體的溫度和濕度，這樣就難以闡明土壤動物對土壤溫室氣體排放的作用機制。而室內(nèi)控制模擬實驗則解決了此難題，且在某些類群土壤動物作用下土壤溫室氣體的采集較為方便快捷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決在野外調(diào)查中，很難以具體明確某一類群土壤動物對土壤溫室氣體的作用，且野外大田采集氣體常用的方法是靜態(tài)箱法，較難于控制具體的溫度和濕度，這樣就難以闡明土壤動物對土壤溫室氣體排放的作用機制。而室內(nèi)控制模擬實驗則解決了此難題，且在某些類群土壤動物作用下土壤溫室氣體的采集較為方便快捷；本發(fā)明提供了一種基于土壤動物與土壤溫室氣體關(guān)系研究的室內(nèi)控制實驗溫室氣體采集的方法。

本發(fā)明的一種基于土壤動物與土壤溫室氣體關(guān)系研究的室內(nèi)控制實驗溫室氣體采集的方法，它是按照以下步驟進行的：

一、首先在待采集區(qū)域內(nèi)采集0cm～10cm的表層土壤，再過2mm的篩去除植物殘體、石塊以及大型的土壤動物；在65～70℃下培養(yǎng)20～24h，自然風(fēng)干待用；

二、稱取步驟一中風(fēng)干處理好的土壤放入廣口瓶中，然后添加蒸餾水達到60％～70％的田間持水量；處理完成后，把帶有土樣的廣口瓶放在恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3～5天；

三、在步驟二的土壤樣品培養(yǎng)期間，進行野外采集植物；將采集的植物用高壓滅菌鍋滅菌，剪成小塊后再與一定量的風(fēng)干土混合，然后加入蒸餾水達到60％～70％的田間持水量，待步驟二的土壤樣品培養(yǎng)完后，將其覆蓋在培養(yǎng)后的土壤樣品表層；

四、待以上工作完成后，添加土壤動物類群，添加完畢后放到完全黑暗恒溫恒濕培養(yǎng)箱中在溫度為20℃～25℃、濕度為40％～60％的條件下，進行培養(yǎng)；

五、待添加土壤動物后，進行土壤溫室氣體采集；采集前，先把廣口瓶從培養(yǎng)箱中拿出來，用電扇吹8～12min，然后蓋上膠蓋保持密封40～60min后，用帶有三通的50mL醫(yī)用針管與膠蓋上的醫(yī)用三通相連，在抽取氣體前，先將針管來回抽拉幾次使瓶中氣體混合均勻，然后在進行氣體的采集。

本發(fā)明包含以下有益效果：

1、本發(fā)明提供了在室內(nèi)控制實驗下，土壤動物具體類群對土壤溫室氣體排放的影響，為全球氣候變化背景下，正確的評估土壤動物對土壤溫室氣體排放特征的影響，并準確估算氣體排放量等方面提供了新的實驗方法；

2、本發(fā)明具有延伸性，同時可以在上述處理中施肥、添加不同類群的動物和不同的植物體類型，可解決土地利用方式變化的多重模擬功能；

3、本發(fā)明，工具簡單，操作容易，效果顯著。

附圖說明

圖1為帶有醫(yī)用三通的膠塞，其中1為膠塞，2為醫(yī)用三通；

圖2為帶有三通的抽取氣體的50mL醫(yī)用針管；

圖3為黑土農(nóng)田土壤CO₂和N₂O排放速率圖；

圖4為黑土農(nóng)田土壤CO₂和N₂O累積通量。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種基于土壤動物與土壤溫室氣體關(guān)系研究的室內(nèi)控制實驗溫室氣體采集的方法，它是按照以下步驟進行的：

一、首先在待采集區(qū)域內(nèi)采集0cm～10cm的表層土壤，再過2mm的篩去除植物殘體、石塊以及大型的土壤動物；在65～70℃下培養(yǎng)20～24h，自然風(fēng)干待用；

二、稱取步驟一中風(fēng)干處理好的土壤放入廣口瓶中，然后添加蒸餾水達到60％～70％的田間持水量；處理完成后，把帶有土樣的廣口瓶放在恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3～5天；

三、在步驟二的土壤樣品培養(yǎng)期間，進行野外采集植物；將采集的植物用高壓滅菌鍋滅菌，剪成小塊，得活體植物干體，再與風(fēng)干土混合，然后加入蒸餾水達到60％～70％的田間持水量，待步驟二的土壤樣品培養(yǎng)完后，將其覆蓋在培養(yǎng)后的土壤樣品表層；

四、待以上工作完成后，添加土壤動物類群，添加完畢后放到完全黑暗恒溫恒濕培養(yǎng)箱中在溫度為20℃～25℃、濕度為40％～60％的條件下，進行培養(yǎng)；

五、待添加土壤動物后，進行土壤溫室氣體采集；采集前，先把廣口瓶從培養(yǎng)箱中拿出來，用電扇吹8～12min，然后蓋上膠蓋保持密封40～60min后，用帶有三通的醫(yī)用針管與膠蓋上的醫(yī)用三通相連，在抽取氣體前，先將針管來回抽拉幾次使瓶中氣體混合均勻，然后在進行氣體的采集。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟二中培養(yǎng)條件為15℃，濕度為16％。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟二和步驟三中田間持水量均為65％。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟三中活體植物干體與風(fēng)干土混合后得到的，其中活體植物干體與風(fēng)干土的質(zhì)量比為1:22.39。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟四中所述的濕度是利用稱重法保持土壤的濕度。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟四所述的培養(yǎng)溫度為25℃，濕度為50％。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟五中保持密封的時間為50min。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述帶有三通的醫(yī)用針管指將針頭插入醫(yī)用三通接口內(nèi)。其它與具體實施方式一相同。

本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實施方式的內(nèi)容，其中一個或幾個具體實施方式的組合同樣也可以實現(xiàn)發(fā)明的目的。

實施例一：

本實施例選擇在吉林省德惠市中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土農(nóng)田定位觀測站，于2015年8月采集的土壤為0～10cm的表層土壤，具體是按照以下步驟進行的：

一、鮮土采集后，過2mm的篩去除植物殘體、石塊以及大型的土壤動物；在65℃下培養(yǎng)24h，以除去中小型土壤動物，自然風(fēng)干待用；

二、稱取風(fēng)干處理好的土壤200g放入500cm³的玻璃廣口瓶中，共設(shè)計了8種處理，每種處理5次重復(fù)；完成后添加蒸餾水(150ml/kg)以達到70％的田間持水量。處理完成后，在未添加土壤動物時，把帶有土樣的廣口瓶放在恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3天(15℃，濕度為16％)，主要目的是為了促進微生物種群的恢復(fù)；

三、在土壤樣品培養(yǎng)期間，準備野外采集的植物。將采集到的植物體用高壓滅菌鍋滅菌15min，121℃，以去除微生物，測定植物體含碳、氮量后，用剪刀剪成長×寬＝1.5cm×1.5cm小塊，2.8g活體植物(1.34g干體)和30g(共需要3.96kg干土)的風(fēng)干土混合，然后加入蒸餾水(70％的田間持水量)，這部分植物殘體和土壤的混合樣待土壤培養(yǎng)完畢后，覆蓋其表層，這樣每個控制試驗的總土樣重230g(干土)+1.34g(干植物體)；

四、待以上工作完成后，開始添加土壤動物類群，按照預(yù)先設(shè)定的密度(參考野外實際密度)來添加土壤動物類群；本次添加的土壤動物類群分別為蚯蚓(E)、棘跳(S)、捕食性螨(P，美綏螨、囊螨)，步驟二中的8種處理其中包括兩個對照(一個對照不加動物不加凋落物(CS)，另外一個對照不加動物但添加植物殘體(CH))，其余6個處理分別為：單獨添加E；單獨添加S；E+S；E+P；S+P；E+S+P。具體添加密度見表1。動物添加完畢后放到完全黑暗恒溫恒濕培養(yǎng)箱中(20℃，60％濕度)，利用稱重法保持土壤的濕度，自此，室內(nèi)控制實驗開始；

表1各處理土壤動物添加密度

五、待添加動物24h后測定第一次氣體，測定前，先把廣口瓶拿出來，用電扇吹10min左右，然后蓋上膠蓋保持密封50min后取一定量的氣體，在抽取氣體前，先將針管來回抽拉幾次使瓶中氣體混合均勻，用氣相色譜法進行測定。在接下來的時間，每周測定2次，試驗共持續(xù)5周；

六、采集的氣體樣品用氣相色譜法進行測定，然后整理數(shù)據(jù)并分析土壤動物對土壤溫室氣體排放的影響及作用機制。

各實驗處理，不同土壤動物對土壤溫室氣體排放的影響分析結(jié)果如圖3和圖4：

由圖3可知，土壤動物不同類群對土壤溫室氣體(CO₂和N₂O)的排放速率影響不同，對于CO₂的排放速率，蚯蚓和捕食性螨(EP)處理下遠高于CH處理，ESP、SP處理的CO₂排放速率低于CH；而對于N₂O的排放速率，E、ES和EP處理促進了排放，而ESP、SP和S則對N₂O的排放速率有減緩效果。說明本實施例方法可以明確具體土壤動物對土壤溫室氣體排放的影響。

圖4是農(nóng)田土壤動物對土壤CO₂和N₂O累積通量的影響，可知對于CO₂累積通量，EP處理高于CH和其他處理，但差異不顯著，同時S和SP處理可以減緩CO₂的排放；對于土壤N₂O累積通量，ES處理顯著高于其他處理，且僅有S處理可以減緩N₂O的排放；這同時也說明本實施例方法可以準確的評估土壤動物具體類群對土壤溫室氣體排放量的影響，進而評估其對全球氣候變化的貢獻。