1、 第五讲第五讲 生态化学计量学实验技术生态化学计量学实验技术 生态化学计量学是研究生物系统能量平衡和多种生态化学计量学是研究生物系统能量平衡和多种化学元素（主要是化学元素（主要是C、N、P）平衡的科学。）平衡的科学。生态化学计量学结合了生物学、化学和物理学等生态化学计量学结合了生物学、化学和物理学等基本原理，通过研究生态过程中化学元素的比例关系，基本原理，通过研究生态过程中化学元素的比例关系，将复杂的生命现象简化为元素之间的配比和动态平衡，将复杂的生命现象简化为元素之间的配比和动态平衡，为研究为研究C、N、P等元素在生态系统过程中的耦合关系等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法。提
2、供了一种综合方法。背景背景 生物科学研究方向出现窄化现象，阻碍了把整个生物生物科学研究方向出现窄化现象，阻碍了把整个生物界作为一个功能整体来进行研究，使得不同领域的联系变界作为一个功能整体来进行研究，使得不同领域的联系变得更加困难。得更加困难。窄化窄化现象主要体现在两个方面：现象主要体现在两个方面：1、在生物组织的不同水平上（如分子、个体、种群和生在生物组织的不同水平上（如分子、个体、种群和生态系统）。态系统）。2、在特定的模式生物范围内（如线虫、水蚤、拟南芥、在特定的模式生物范围内（如线虫、水蚤、拟南芥、果蝇）或特定的生境中（如湖泊、森林、海洋和草地）。果蝇）或特定的生境中（如湖泊、森林、海
3、洋和草地）。生物学科不同层次的研究在元素水平可统一起来生物学科不同层次的研究在元素水平可统一起来 生态化学计量学主要研究生态过程中化学元素的比例生态化学计量学主要研究生态过程中化学元素的比例关系，将复杂的生命现象简化为元素之间的配比和动态平关系，将复杂的生命现象简化为元素之间的配比和动态平衡，使生物体（分子、细胞器、细胞和有机体）能够根据衡，使生物体（分子、细胞器、细胞和有机体）能够根据它们的元素组成加以明显区分。它们的元素组成加以明显区分。生态化学计量学能够将生物学科不同层次（分子、细生态化学计量学能够将生物学科不同层次（分子、细胞、有机体、种群、生态系统和全球尺度）的研究理论在胞、有机体、
4、种群、生态系统和全球尺度）的研究理论在元素水平上统一起来，成为近年来新兴的一个生态学研究元素水平上统一起来，成为近年来新兴的一个生态学研究领域。领域。生态化学计量学主要研究元素生态化学计量学主要研究元素 陆地生态系统中的生态化学计量学主要关注碳、氮陆地生态系统中的生态化学计量学主要关注碳、氮、磷三种元素的比率关系、磷三种元素的比率关系。N、P作为植物生长的必需矿质营养元素和生态系统作为植物生长的必需矿质营养元素和生态系统常见的限制性元素，一般植物蛋白质的常见的限制性元素，一般植物蛋白质的16%是是N，核酸核酸的的9.5%是是P，这两个比例在不同来源的生物中相对稳定这两个比例在不同来源的生物中相
5、对稳定。因而氮磷含量的差异可以反映生物体中蛋白质和核酸。因而氮磷含量的差异可以反映生物体中蛋白质和核酸含量的差异。含量的差异。C约占植物有机体干物质的约占植物有机体干物质的50%左右左右,这一这一比例在生物的不同类群中随细胞的结构组成发生变化。比例在生物的不同类群中随细胞的结构组成发生变化。在植物个体水平，在植物个体水平，C、N、P的组成及分配是相互的组成及分配是相互联系、不可分割的一个整体，联系、不可分割的一个整体，它们的相互作用及与外它们的相互作用及与外界环境的关系共同决定着植物的营养水平和生长发育界环境的关系共同决定着植物的营养水平和生长发育过程。过程。如植物要获得如植物要获得 C 首先
6、需要投资首先需要投资N到同化器官。同到同化器官。同样样,为了获得为了获得N，植物要投资同化的有机物到根系。植物要投资同化的有机物到根系。近年来由于人类活动的强烈影响，这三种元素的循近年来由于人类活动的强烈影响，这三种元素的循环在速度和规模上都发生了前所未有的改变，导致一环在速度和规模上都发生了前所未有的改变，导致一系列环境问题的出现。系列环境问题的出现。元素与环境等因素相联系元素与环境等因素相联系 环境对有机体元素间比值的影响很大，不同的地质、气候和环境对有机体元素间比值的影响很大，不同的地质、气候和生物等因素都会影响比值。生物等因素都会影响比值。有机体根据自身元素比值从环境中摄取所需元素，并
7、通过消有机体根据自身元素比值从环境中摄取所需元素，并通过消耗和释放不同于环境元素比值的元素，对周围环境的元素比值产耗和释放不同于环境元素比值的元素，对周围环境的元素比值产生影响。生影响。环境和有机体的的元素化学计量比值之间形成复杂的反馈关环境和有机体的的元素化学计量比值之间形成复杂的反馈关系，一旦两者的化学计量比值不相匹配，就会引发有机体种群行系，一旦两者的化学计量比值不相匹配，就会引发有机体种群行为和进化的改变，影响生物的生长发育过程和形态的改变。为和进化的改变，影响生物的生长发育过程和形态的改变。化学计量学的主要原理：化学计量学的主要原理：动态平衡理论动态平衡理论 有机体与其环境保持一种相
8、对稳定的平衡状态。正有机体与其环境保持一种相对稳定的平衡状态。正常有机体的养分元素组成比较稳定，即使外界环境不断常有机体的养分元素组成比较稳定，即使外界环境不断变化也不会发生很大变化。变化也不会发生很大变化。生物在长期进化过程中生物在长期进化过程中,形成了一定的内稳态机制，形成了一定的内稳态机制，即生物在变化的环境即生物在变化的环境(包括食物包括食物)中具有保持其自身化学组中具有保持其自身化学组成相对恒定的能力成相对恒定的能力，它是生态化学计量学存在的前提。它是生态化学计量学存在的前提。植被根、茎和叶中的养分含量取决于土壤养分供植被根、茎和叶中的养分含量取决于土壤养分供应和植被养分需求间的动态
9、平衡，因此植物的养分比应和植被养分需求间的动态平衡，因此植物的养分比率常常会趋向一固定的比值，这种模式最先在海洋中率常常会趋向一固定的比值，这种模式最先在海洋中被观察到，后来发现在陆地生态系统也是如此。被观察到，后来发现在陆地生态系统也是如此。1958年年,哈佛大学的哈佛大学的Redfield首次证明首次证明:海洋浮游海洋浮游生物的生物的C、N、P有特定的组成有特定的组成(摩尔比摩尔比106:16:1，该比，该比率后被称为率后被称为Redfield比率比率)。一般一般群落水平上生态化学计量学内稳性与生态系统功能群落水平上生态化学计量学内稳性与生态系统功能和稳定性和稳定性 正相关，化学计量学稳定
10、的物种具有较高而稳定的正相关，化学计量学稳定的物种具有较高而稳定的生物量，而由较多这类物种（优势生物量，而由较多这类物种（优势 种）组成的生态系统具有种）组成的生态系统具有较高生产力和较大稳定性较高生产力和较大稳定性。从早期的原核生物到后期的原核生物，再到单细胞真核从早期的原核生物到后期的原核生物，再到单细胞真核生物和多细胞真核生物，内稳性是逐渐增强的。如生物和多细胞真核生物，内稳性是逐渐增强的。如 藻类和真藻类和真菌的内稳性低于其它低等植物，低等植物低于高等植物，植菌的内稳性低于其它低等植物，低等植物低于高等植物，植物低于动物。物低于动物。养分的供应状况和光强、施肥、物种、器官、生长发育养分
11、的供应状况和光强、施肥、物种、器官、生长发育阶段等都会影响到植物的生态化学计量内稳性。阶段等都会影响到植物的生态化学计量内稳性。生态化学计量内稳性生态化学计量内稳性 生长速率理论生长速率理论 生物体的生物体的C N P与生长率有很强的关系。生物体与生长率有很强的关系。生物体的快速生长需要大量的核糖体的快速生长需要大量的核糖体RNA合成蛋白质，由于核合成蛋白质，由于核糖体糖体RNA中含有大量的中含有大量的P，从而使得生长率高的生物具，从而使得生长率高的生物具有较低的有较低的C P和和N P。已在浮游动物、节肢动物和细菌研究中得到验证。已在浮游动物、节肢动物和细菌研究中得到验证。由于植物具有贮存物
12、质的功能以及由于植物具有贮存物质的功能以及RNA中的中的P占植占植物全磷的比例较低，高等植物是否符合生长率假说仍具物全磷的比例较低，高等植物是否符合生长率假说仍具不确定性。不确定性。生态化学计量学主要研究内容：生态化学计量学主要研究内容：（1）区域）区域C:N:P化学计量学格局及其驱动因素化学计量学格局及其驱动因素（2）C:N:P计量关系与植物个体生长发育、种群增长、群落动计量关系与植物个体生长发育、种群增长、群落动态和生态系统过程的联系态和生态系统过程的联系（3）不同营养级之间对）不同营养级之间对C:N:P化学计量学的调节化学计量学的调节（4）环境要素和生物组成元素之间的计量关系）环境要素和
13、生物组成元素之间的计量关系（1）区域）区域C:N:P化学计量学格局及其驱动因素化学计量学格局及其驱动因素代表性的研究包括代表性的研究包括:Elser等对全球陆生植物及无脊椎食草动物的研究等对全球陆生植物及无脊椎食草动物的研究,表明表明尽管陆生环境和淡水湖泊环境有着巨大的差异，尽管陆生环境和淡水湖泊环境有着巨大的差异，但是陆生但是陆生植物和无脊椎食草动物具有相近的植物和无脊椎食草动物具有相近的N:P比率。比率。Reich对全球对全球1 280种陆生植物的研究发现，种陆生植物的研究发现，随着纬度的随着纬度的降低和年平均气温的增加，降低和年平均气温的增加，叶片的叶片的N和和P含量降低含量降低,而而N
14、:P则则升高。升高。McGroddy等研究了全球森林生态系统的等研究了全球森林生态系统的C:N:P计量学计量学关系，发现尽管从全球来看，植物叶片的关系，发现尽管从全球来看，植物叶片的C:N:P存在较大变存在较大变化，但在生物群区的水平上相对稳定，并且叶片凋落物的化，但在生物群区的水平上相对稳定，并且叶片凋落物的C:N相对稳定。相对稳定。Yan等研究了等研究了全球全球220个地点的个地点的433种水生草本植物的种水生草本植物的N、P含量和含量和N:P比值比值，发现，发现水生草本植物水生草本植物比陆生植物比陆生植物具有更具有更高的高的P含量和更低的含量和更低的N:P比值，而比值，而N含量相近含量相
15、近。蕨类植物的蕨类植物的N、P含量高于种子植物；禾草类植物的含量高于种子植物；禾草类植物的N、P含量低于杂含量低于杂草类植物；单子叶植物草类植物；单子叶植物N、P含量低于杂草类植物；浮叶植含量低于杂草类植物；浮叶植物和浮水植物的物和浮水植物的N、P含量高于挺水植物。含量高于挺水植物。Han等研究了中国等研究了中国753种陆生植物的种陆生植物的N:P比率，发现和比率，发现和全球相比，中国植物的全球相比，中国植物的P含量相对较低，这可能导致了叶含量相对较低，这可能导致了叶片片N:P高于全球平均水平。高于全球平均水平。He等对内蒙古温带草地、青藏高原高寒草地等对内蒙古温带草地、青藏高原高寒草地,以以
16、及新疆山地草地及新疆山地草地199个取样地点个取样地点213个物种的化学计量个物种的化学计量学分析发现：植物叶片学分析发现：植物叶片N:P比率主要受比率主要受P含量的影响；含量的影响；中国草地植物的中国草地植物的P含量相对较低，而含量相对较低，而N:P高于其他地区高于其他地区草地生态系统，并且在草地生物群区之内，草地生态系统，并且在草地生物群区之内，N、P及及N:P不随温度和降水发生明显变化。这些研究还发现不随温度和降水发生明显变化。这些研究还发现，草本植物叶片的，草本植物叶片的N、P含量通常高于木本植物。含量通常高于木本植物。（2）C:N:P计量关系与植物个体生长发育、种计量关系与植物个体生
17、长发育、种群增长、群落动态和生态系统过程的联系群增长、群落动态和生态系统过程的联系 植物种内不同发育阶段，以及群落和生态系统不植物种内不同发育阶段，以及群落和生态系统不同组成物种之间对同组成物种之间对C、N、P等多种元素要求均有差异等多种元素要求均有差异,这种差异引起不同层次上资源这种差异引起不同层次上资源“供应供应-需求需求”之间的错之间的错配或矛盾配或矛盾,从而调节生理和生态学过程。目前在生活型从而调节生理和生态学过程。目前在生活型、生活史、光合途径等方面的比较研究报道较多。、生活史、光合途径等方面的比较研究报道较多。生活型生活型：针叶林针叶林C:N高于阔叶林，高于阔叶林，C:P和和N:P
18、低于阔叶林低于阔叶林;常常绿林的绿林的N:P高于落叶林高于落叶林;草本的草本的N:P低于木本低于木本 生活史生活史：森林植物：森林植物C/N 随植随植 株年龄增大而增加。湿地株年龄增大而增加。湿地植物植物N P在生长初期其值较小，在生长旺盛期先升高在生长初期其值较小，在生长旺盛期先升高后降低，随后在成熟期逐渐增加并趋于稳定。后降低，随后在成熟期逐渐增加并趋于稳定。光合途径光合途径：仅有研究表明：仅有研究表明C3 植物的植物的N P高于高于C4 植物植物,枯落物生态化学计量学特征与植物活体的规律相似枯落物生态化学计量学特征与植物活体的规律相似 土壤的生态化学计量特征土壤的生态化学计量特征：森林低
19、于草原、沙漠低于极：森林低于草原、沙漠低于极寒高原。寒高原。（3）不同营养级间对）不同营养级间对C:N:P化学计量学的调节化学计量学的调节 在在C:N:P计量学研究中计量学研究中,一个重要的例子就是可以一个重要的例子就是可以根据植物叶片的根据植物叶片的N:P比率来判断土壤养分状况。比率来判断土壤养分状况。对欧洲湿地植物施肥研究发现，当植物对欧洲湿地植物施肥研究发现，当植物N:P 16时，表现为受时，表现为受P的的限制。内蒙古羊草草原的施肥试验表明限制。内蒙古羊草草原的施肥试验表明,N:P 23时是时是P限制限制,而而N:P 21时是时是N限制。限制。一般来说，温带森林地区一般是受氮素限制，热一
20、般来说，温带森林地区一般是受氮素限制，热带地区主要是受磷素限制。带地区主要是受磷素限制。由于气候、地貌、植被、母岩、年代、土壤动物等由于气候、地貌、植被、母岩、年代、土壤动物等土壤形成因子和人类活动的影响，土壤碳氮磷总量变化土壤形成因子和人类活动的影响，土壤碳氮磷总量变化很大很大,土壤土壤C N P比的空间变异性较大，如我国湿润比的空间变异性较大，如我国湿润温带土壤中的温带土壤中的C N比稳定在比稳定在10 1到到12 1左右，热带、左右，热带、亚热带地区可高达亚热带地区可高达20 1，而一般耕作土壤表层有机质，而一般耕作土壤表层有机质的的C N比在比在8 1到到15 1，平均在，平均在10
21、1到到12 1之间。之间。目前部分土壤氮储量估算和生态系统碳模型研究中目前部分土壤氮储量估算和生态系统碳模型研究中常将土壤常将土壤C N比视为一个常数，并根据土壤和生物量比视为一个常数，并根据土壤和生物量中碳含量以及中碳含量以及C N比值，似估计大部分土壤和生物量比值，似估计大部分土壤和生物量的氮储量。的氮储量。有机物有机物C N比值越高，分解速度也就越慢，这是比值越高，分解速度也就越慢，这是因为微生物得不到足够的氮素来构成其躯体，从而影因为微生物得不到足够的氮素来构成其躯体，从而影响其繁殖速度。响其繁殖速度。土壤微生物每分解土壤微生物每分解25份碳素就需要份碳素就需要1份氮素组成自份氮素组成
22、自己的身体，即微生物需要己的身体，即微生物需要C N比约为比约为25 1的底物来的底物来满足它们的需氮量。在满足它们的需氮量。在C N比较高时，微生物需要输比较高时，微生物需要输入氮来满足他们的生长；在入氮来满足他们的生长；在C N比较低时，氮超过微比较低时，氮超过微生物生长所需的部分就会释放到凋落物和土壤中。生物生长所需的部分就会释放到凋落物和土壤中。（4）环境要素和生物组成元素间的计量关系）环境要素和生物组成元素间的计量关系 低营养条件下，植物生长缓慢，低营养条件下，植物生长缓慢，C/N和和C/P增加，植增加，植物对营养的利用率较高；物对营养的利用率较高；高营养条件下，植物生长和蛋白质的合
23、成均最大化，高营养条件下，植物生长和蛋白质的合成均最大化，C/N 和和C/P 减小，对营养的利用率变小。减小，对营养的利用率变小。除了生物组成元素之间的计量关系，除了生物组成元素之间的计量关系，目前发现环境目前发现环境要素如光照可能影响植物的要素如光照可能影响植物的C:N:P计量关系。计量关系。近年来的一近年来的一些研究表明，些研究表明，光：养分可能存在计量关系，光：养分可能存在计量关系，特别是在浮特别是在浮游生物中。如光照可以改变浮游植物的游生物中。如光照可以改变浮游植物的C:P计量关系，随计量关系，随着辐射增强，藻类群落生物量和着辐射增强，藻类群落生物量和C:P增长加快。增长加快。u 养分
24、重吸收率养分重吸收率u 养分添加对元素含量及比值的影响养分添加对元素含量及比值的影响u 各器官元素化学计量特征的相关性各器官元素化学计量特征的相关性u 不同生活型和功能性的比较不同生活型和功能性的比较u 元素化学计量学的大尺度格局元素化学计量学的大尺度格局 生态学系主要研究生态学系主要研究研究方法研究方法一一、样品的采集、样品的采集 二、二、样品的制备与保存样品的制备与保存三三、化学元素的测定、化学元素的测定1、植物全氮、磷、钾的测定植物全氮、磷、钾的测定2、植物组织中纤维素和可溶性糖含量测定、植物组织中纤维素和可溶性糖含量测定3、土壤碳、氮、磷的测定、土壤碳、氮、磷的测定一、一、样品采集样品
25、采集（一）植物组织样品的采集（一）植物组织样品的采集 1、地点的选择：、地点的选择：通常按照一定路线多点采集，采通常按照一定路线多点采集，采样点应代表研究区域的植被类型。样点应代表研究区域的植被类型。2、植物的选择植物的选择 优势种或常见种，注意植株长相、植株长势、发育期的优势种或常见种，注意植株长相、植株长势、发育期的一致，过大或过小，遭受病虫害或机械损伤以及由于边际效一致，过大或过小，遭受病虫害或机械损伤以及由于边际效应长势异常的植株都不应采集。应长势异常的植株都不应采集。缺素诊断采样时，应注意植株的典型性，同时在附近地缺素诊断采样时，应注意植株的典型性，同时在附近地块另行选取有对比意义的
26、正常典型植株，使分析的结果能在块另行选取有对比意义的正常典型植株，使分析的结果能在相互比较的情况下说明问题。相互比较的情况下说明问题。3、样品数量、样品数量 组成每一平均样品的样株数目视植物种类、密度、株组成每一平均样品的样株数目视植物种类、密度、株型大小、株龄或生育期以及要求的准确度而定。型大小、株龄或生育期以及要求的准确度而定。4、取样部位、取样部位 所选部位的组织器官应具有最大的指示意义，即在所选部位的组织器官应具有最大的指示意义，即在该时期对该养分的丰欠最敏感的组织器官。该时期对该养分的丰欠最敏感的组织器官。如需要分不同器官如需要分不同器官(如叶片，叶鞘或叶柄、茎、果实、如叶片，叶鞘或
27、叶柄、茎、果实、细根和粗根等细根和粗根等)测定，须立即将其剪开，以免养分运转。测定，须立即将其剪开，以免养分运转。多数情况下取多数情况下取生殖开始时期生殖开始时期主茎或主枝顶部的成熟健壮主茎或主枝顶部的成熟健壮叶或功能叶；一般不采集养分组成变化较快的幼嫩组织。叶或功能叶；一般不采集养分组成变化较快的幼嫩组织。苗期诊断多采集整个地上部分。大田作物结实后，营养苗期诊断多采集整个地上部分。大田作物结实后，营养体中的养分转化很快，不宜再做叶分析。体中的养分转化很快，不宜再做叶分析。研究施肥等措施对产品品质的影响时，在成熟期采取茎研究施肥等措施对产品品质的影响时，在成熟期采取茎秆、籽粒、果实、块茎、块根
28、等样品。秆、籽粒、果实、块茎、块根等样品。果树和林木多年生植物的营养诊断通常采用果树和林木多年生植物的营养诊断通常采用“叶分析叶分析”或不带叶柄的或不带叶柄的“叶片分析叶片分析”，个别果树如葡萄、棉花，则常，个别果树如葡萄、棉花，则常做做“叶柄分析叶柄分析”。5、采样时间、采样时间 植物体内各种物质，特别是硝态氮、氨态氮、还原糖植物体内各种物质，特别是硝态氮、氨态氮、还原糖等不仅不同生育期的含量有很大的差别，并且一日之间也有等不仅不同生育期的含量有很大的差别，并且一日之间也有显著的周期性变化。因此取样时间应一致。显著的周期性变化。因此取样时间应一致。通常选通常选上午上午810时时，此时植物生理
29、活动已趋活跃，地，此时植物生理活动已趋活跃，地下部分根系吸收速率与地上部分趋于上升的光合作用强度接下部分根系吸收速率与地上部分趋于上升的光合作用强度接近动态平衡。此时植物组织中的养料贮量最能反映根系养料近动态平衡。此时植物组织中的养料贮量最能反映根系养料吸收与植物同化需要的相对关系，最具营养诊断意义。吸收与植物同化需要的相对关系，最具营养诊断意义。诊断作物氮、磷、钾、钙、镁的营养成分状况的采样诊断作物氮、磷、钾、钙、镁的营养成分状况的采样还应考虑各元素在植物营养中的特殊性。还应考虑各元素在植物营养中的特殊性。（二）土壤样品的采集（二）土壤样品的采集 土壤本身在空间分布上具有不均一性，应多点采样
30、，均匀混土壤本身在空间分布上具有不均一性，应多点采样，均匀混合，以使土壤具有代表性。在同一个采样测定单位里，如面积不合，以使土壤具有代表性。在同一个采样测定单位里，如面积不大，可在不同方位上选择大，可在不同方位上选择510个有代表性的采样点取样。个有代表性的采样点取样。常用采样方法：常用采样方法：a.对角线采样法：对角线采样法：面积较小、地势平坦、土壤较均匀面积较小、地势平坦、土壤较均匀b.梅花形采样法：梅花形采样法：面积较小、地势平坦、土壤较均匀面积较小、地势平坦、土壤较均匀c.棋盘式采样法：棋盘式采样法：中等面积、地势平坦、地形开阔，土壤较不均匀中等面积、地势平坦、地形开阔，土壤较不均匀d
31、.蛇形采样法：蛇形采样法：面积较大，地势不太平坦，土壤不够均匀面积较大，地势不太平坦，土壤不够均匀“X X”法布点法布点采样深度采样深度 对一般土地采样深度对一般土地采样深度50100cm即可。可根据研究目的分层即可。可根据研究目的分层取样。常用取样。常用0-10，10-20，20-30，30-50，50-70，70-100cm。采样量采样量 测定所需的土壤样品是多点混合而成，取土量往往较大，测定所需的土壤样品是多点混合而成，取土量往往较大，实际测定时并不需要太多。具体需要土壤样品量，视分析测定实际测定时并不需要太多。具体需要土壤样品量，视分析测定项目而定。项目而定。一般要求，采样一般要求，采
32、样1千克。对多点采集的土壤，可反复按四分千克。对多点采集的土壤，可反复按四分法弃取，最后留下所需的土量。法弃取，最后留下所需的土量。采样时期采样时期 土壤某些性质可因季节不同而有变化，因此应根据不土壤某些性质可因季节不同而有变化，因此应根据不同的目的确定适宜的采样时间。同的目的确定适宜的采样时间。一般在秋季采样能更好地反映土壤对养分的需求程度一般在秋季采样能更好地反映土壤对养分的需求程度，因而建议在定期采样时在一年一熟的农田的采样期放在，因而建议在定期采样时在一年一熟的农田的采样期放在前茬作物收获后和后茬作物种植前为宜，一年多熟农田放前茬作物收获后和后茬作物种植前为宜，一年多熟农田放在一年作物
33、收获后。在一年作物收获后。只需采一次样时，则应根据需要和目的确定采样时间只需采一次样时，则应根据需要和目的确定采样时间。在进行长期定位试验的情况下，为了便于比较，每年的。在进行长期定位试验的情况下，为了便于比较，每年的采样时间应固定。采样时间应固定。二二、样品的制备与保存、样品的制备与保存（一）植物样品（一）植物样品1、洗剂、洗剂 采集的植物样品一般需要洗涤，否则可能引起泥采集的植物样品一般需要洗涤，否则可能引起泥土、施肥喷药等显著的污染，这对微量营养元素如铁土、施肥喷药等显著的污染，这对微量营养元素如铁、锰等的分析尤为重要。、锰等的分析尤为重要。洗涤一般用湿布仔细擦净表面沾污物即可。洗涤一般
34、用湿布仔细擦净表面沾污物即可。2、干燥、干燥 测定易起变化的成分测定易起变化的成分(例如硝态氮、氨态氮、氰、无机磷、例如硝态氮、氨态氮、氰、无机磷、水溶性糖、维生素等水溶性糖、维生素等)须用新鲜样品。须用新鲜样品。测定不易变化的成分常用干燥样品。洗净的鲜样必须尽快测定不易变化的成分常用干燥样品。洗净的鲜样必须尽快干燥，以减少化学和生物的变化。干燥，以减少化学和生物的变化。烘干的温度不能太高，以防止组织外部结成干壳而阻碍内部烘干的温度不能太高，以防止组织外部结成干壳而阻碍内部水分的蒸发，而且高温还可能引起组织的热分解或焦化。水分的蒸发，而且高温还可能引起组织的热分解或焦化。通常植物鲜样要分两步干
35、燥，先在通常植物鲜样要分两步干燥，先在8090烘箱烘箱(最好鼓风最好鼓风烘箱烘箱)中烘中烘1530分钟分钟(松软组织烘松软组织烘15分钟，致密坚实的组织烘分钟，致密坚实的组织烘30分钟分钟)，然后，然后，6070烘至恒重。烘至恒重。3、粉碎、粉碎 鲜样品鲜样品剪碎混匀后立即称样，放入研钵中与适当溶剂剪碎混匀后立即称样，放入研钵中与适当溶剂(或再或再加石英砂加石英砂)共研磨，进行浸提测定。共研磨，进行浸提测定。干样品干样品可用研钵研磨或粉碎机粉碎。可用研钵研磨或粉碎机粉碎。分析样品的细度须视称样的大小而定，通常可用圆孔直径为分析样品的细度须视称样的大小而定，通常可用圆孔直径为1mm的筛；如称样仅
36、的筛；如称样仅12g者，宜用者，宜用0.5mm的筛；称样小于的筛；称样小于1g者者，须用，须用0.25或或0.1mm筛。筛。4、样品的保存、样品的保存 鲜样品如需短期保存，可洗剂后放冰箱中冷藏。鲜样品如需短期保存，可洗剂后放冰箱中冷藏。干燥的磨细样品必须保存在密封的玻璃瓶干燥的磨细样品必须保存在密封的玻璃瓶(常用磨口广口瓶常用磨口广口瓶)中，称样时应充分混匀后多点勺取。中，称样时应充分混匀后多点勺取。目数目数孔径孔径/mm 目数目数 孔径孔径/mm 300.60 50 0.335 800.180100 0.154 1500.100 180 0.082000.0742500.0613000.05
37、0400 0.0385 500 0.0308600 0.0250700 0.02008000.0150筛子的目数和孔径对照表筛子的目数和孔径对照表（二）土壤样品（二）土壤样品1、风干：、风干：将采回的土样放在纸上或塑料布上，摊成薄薄的一层（将采回的土样放在纸上或塑料布上，摊成薄薄的一层（厚约厚约2厘米），室内通风阴干。在土样半干时，须将大土块厘米），室内通风阴干。在土样半干时，须将大土块捏碎（尤其是黏性土壤），以免完全干后结成硬块，难以捏碎（尤其是黏性土壤），以免完全干后结成硬块，难以磨细。切忌阳光直晒和酸、碱、蒸气以及尘埃等污染。磨细。切忌阳光直晒和酸、碱、蒸气以及尘埃等污染。样品风干后，应
38、拣去动植物残体如根、茎、叶、虫体样品风干后，应拣去动植物残体如根、茎、叶、虫体等和石块、结核（石灰、铁、锰）。如果石子过多，应当等和石块、结核（石灰、铁、锰）。如果石子过多，应当将拣出的石子称重，记下所占的百分比（扣除土壤中的砾将拣出的石子称重，记下所占的百分比（扣除土壤中的砾石，计算土壤容重）。石，计算土壤容重）。样品的凉晒样品的凉晒 样品采回来后，不样品采回来后，不能及时化验或未能能及时化验或未能送到化验室化验的送到化验室化验的样品，应及时摊开样品，应及时摊开于塑料上，在通风、于塑料上，在通风、干躁、避免阳光照干躁、避免阳光照射和不靠近肥料农射和不靠近肥料农药处自然凉干药处自然凉干。2、干
39、燥：、干燥：在在105 C条件下烘至恒重，在此温度下土壤吸着水条件下烘至恒重，在此温度下土壤吸着水被蒸发，而结构水不致破坏，土壤有机质也不致分解。被蒸发，而结构水不致破坏，土壤有机质也不致分解。取一部分烘干土壤用四分法取样。拣去样品中的石取一部分烘干土壤用四分法取样。拣去样品中的石块，草根等杂质后用块，草根等杂质后用2mm直径的筛子过筛，同时测大直径的筛子过筛，同时测大于于2mm的石砾重量。取的石砾重量。取1/4样品进一步拣去土壤中的杂样品进一步拣去土壤中的杂质，利用质，利用Retsch S100球磨机粉碎，并使其全部通过土球磨机粉碎，并使其全部通过土壤筛。壤筛。Retsch S100球磨机球
40、磨机3、样品的保存、样品的保存 干燥的磨细样品必须保存在密封的玻璃瓶（常用磨口干燥的磨细样品必须保存在密封的玻璃瓶（常用磨口广口瓶广口瓶）中，称样时应充分混匀后多点勺取。中，称样时应充分混匀后多点勺取。样品在粉碎和贮存过程中会吸收一些空气中的水分，样品在粉碎和贮存过程中会吸收一些空气中的水分，所以在精密分析工作中，称样前还须将粉状样品在所以在精密分析工作中，称样前还须将粉状样品在65(1224小时小时)或或90(2小时小时)再次烘干，一般常规分析则不再次烘干，一般常规分析则不必。必。三、三、植物全氮、磷的测定植物全氮、磷的测定 植物中氮、磷的测定包括待测液的制备和氮磷植物中氮、磷的测定包括待测
41、液的制备和氮磷的定量两大步骤。的定量两大步骤。植物全氮待测液的制备通常用开氏消煮法。植物植物全氮待测液的制备通常用开氏消煮法。植物全磷可用干灰化或其他湿灰化法制备待测液。可用全磷可用干灰化或其他湿灰化法制备待测液。可用同一份消煮液分别测定氮、磷以及其它元素同一份消煮液分别测定氮、磷以及其它元素(如钙、如钙、钾、镁、铁、锰等钾、镁、铁、锰等)。1 植物样品的消煮植物样品的消煮(H2SO4H2O2法法)方法原理方法原理 植物中的氮、磷大多数以有机态存在，钾以离子态存植物中的氮、磷大多数以有机态存在，钾以离子态存在。样品经浓在。样品经浓H2SO4和氧化剂和氧化剂H2O2消煮，有机物被氧化分消煮，有机
42、物被氧化分解，有机氮和磷转化成铵盐和磷酸盐，钾也全部释出。消解，有机氮和磷转化成铵盐和磷酸盐，钾也全部释出。消煮液经定容后，可用于氮、磷、钾等元素的定量。煮液经定容后，可用于氮、磷、钾等元素的定量。采用采用H2O2加速消煮剂，不仅操作手续简单快速，对氮加速消煮剂，不仅操作手续简单快速，对氮、磷、钾的定量没有干扰，而且具有能满足一般生产和科、磷、钾的定量没有干扰，而且具有能满足一般生产和科研工作所要求的准确度，但要防止有机氮被氧化成研工作所要求的准确度，但要防止有机氮被氧化成N2或氮或氮的氧化物而损失。的氧化物而损失。操作步骤：操作步骤：(1)常规消煮法常规消煮法 称取植物样品称取植物样品0.3
43、0.5g装入装入100ml开氏瓶中，加浓硫酸开氏瓶中，加浓硫酸5ml摇摇匀匀(最好放置过夜最好放置过夜)，在电炉上先小火加热，待，在电炉上先小火加热，待H2SO4发白烟后再升发白烟后再升高温度，当溶液呈均匀的棕黑色时取下，稍冷后加高温度，当溶液呈均匀的棕黑色时取下，稍冷后加6滴滴H2O2，再，再加热至微沸，消煮约加热至微沸，消煮约710分钟，稍冷后重复加分钟，稍冷后重复加H22再消煮，如再消煮，如此重复数次，每次添加的此重复数次，每次添加的H22应逐次减少，消煮至溶液呈无色或应逐次减少，消煮至溶液呈无色或清亮后，再加热约清亮后，再加热约10分钟，除去剩余的分钟，除去剩余的H2O2。取下冷却后，
44、将消。取下冷却后，将消煮液转移入煮液转移入100ml容量瓶中，冷却至室温后用水定容。用无磷钾容量瓶中，冷却至室温后用水定容。用无磷钾的干燥滤纸过滤，或放置澄清后吸取上清液测定氮、磷、钾。的干燥滤纸过滤，或放置澄清后吸取上清液测定氮、磷、钾。每批消煮的同时，做空白试验以校正试剂和方法的误差。每批消煮的同时，做空白试验以校正试剂和方法的误差。(2)快速消煮法快速消煮法 称取植物样品称取植物样品0.30.5g，放入，放入100ml开氏瓶中，加开氏瓶中，加1ml水润湿，加入水润湿，加入4ml浓浓H2SO4摇匀，分两次各加入摇匀，分两次各加入H2O22ml，每，每次加入后均摇匀，待激烈反应结束后，置于电
45、炉上加热消煮次加入后均摇匀，待激烈反应结束后，置于电炉上加热消煮，使固体物消失成为溶液，待，使固体物消失成为溶液，待H2SO4发白烟，溶液成褐色时发白烟，溶液成褐色时，停止加热，此过程约需，停止加热，此过程约需10分钟。分钟。冷却后加入冷却后加入H2O2 2 ml，继续加热消煮约，继续加热消煮约510分钟，冷分钟，冷却，再加入却，再加入H22消煮，如此反复一直至溶液呈无色或清亮消煮，如此反复一直至溶液呈无色或清亮后后(一般情况下，加一般情况下，加H2O2总量约总量约810ml)再继续加热再继续加热510分分钟，以除尽剩余的钟，以除尽剩余的H2O2。取下冷却后用水定量地转移入。取下冷却后用水定量
46、地转移入100ml容量瓶中，定容。容量瓶中，定容。植物全氮的测定植物全氮的测定 方法原理方法原理:植物样品经开氏消煮、定容后，吸取部分消煮液碱化，使植物样品经开氏消煮、定容后，吸取部分消煮液碱化，使铵盐转变成氨，经蒸馏和扩散，用铵盐转变成氨，经蒸馏和扩散，用H3BO3吸收形成四硼酸铵，直吸收形成四硼酸铵，直接用标准酸滴定，以甲基红接用标准酸滴定，以甲基红溴甲酚绿混合指示剂指示终点。根溴甲酚绿混合指示剂指示终点。根据酸的消耗量，即可计算出样品的总含氮量。据酸的消耗量，即可计算出样品的总含氮量。试剂：试剂：(1)40%(m/v)NaOH溶液溶液 (2)2%H3BO3指示剂溶液指示剂溶液 (3)酸标
47、准溶液酸标准溶液C(HCl或或1/2H2SO4)=0.01mol/L (4)碱性溶液碱性溶液 1)蒸馏法蒸馏法 吸取定容后的消煮液吸取定容后的消煮液5.0010.00ml(含含NH4N约约1ml)，注入半微量蒸馏器的内室，另取，注入半微量蒸馏器的内室，另取150ml三角瓶，内加入三角瓶，内加入5ml 2%H3BO3指示剂溶液，放在冷凝管下端，管口置于指示剂溶液，放在冷凝管下端，管口置于H3BO3液面以下，然后向蒸馏器内室慢慢加入约液面以下，然后向蒸馏器内室慢慢加入约3ml 40%(m/v)NaOH溶液，通入蒸气蒸馏溶液，通入蒸气蒸馏(注意开放冷凝水，勿注意开放冷凝水，勿使馏出液的温度超过使馏出
48、液的温度超过40)，待馏出液体积约达，待馏出液体积约达5060ml时，停止蒸馏，用少量已调节至时，停止蒸馏，用少量已调节至pH为为4.5的水冲洗冷凝管末的水冲洗冷凝管末端。用酸标准溶液滴定馏出液至由端。用酸标准溶液滴定馏出液至由蓝绿色突变为紫红色蓝绿色突变为紫红色(终终点的颜色应和空白测定的终点相同点的颜色应和空白测定的终点相同)。用酸标准溶液，同时。用酸标准溶液，同时进行空白液的蒸馏测定，以校正试剂和滴定误差。进行空白液的蒸馏测定，以校正试剂和滴定误差。结果计算结果计算 全全N%=C(v-v0)0.041100/(mv2/v1)其中其中 C酸标准溶液浓度，酸标准溶液浓度，mol/L；v滴定试
49、样所用的酸标准液，滴定试样所用的酸标准液，ml；v0滴定空白所用的酸标准液，滴定空白所用的酸标准液，ml；0.041N的毫摩尔质量，的毫摩尔质量，g/mmol；m称样量，称样量，g；v1消煮液定容体积，消煮液定容体积，ml；v2吸取测定的消煮液体积吸取测定的消煮液体积ml。植物全氮的测定植物全氮的测定-奈氏比色法奈氏比色法原理：原理：植物样品在浓硫酸溶液中，历经脱水炭化、氧植物样品在浓硫酸溶液中，历经脱水炭化、氧化等一系列作用，使铵盐转变成氨。氨与奈氏试剂化等一系列作用，使铵盐转变成氨。氨与奈氏试剂反应生成黄色化合物，此化合物的最大吸收波长为反应生成黄色化合物，此化合物的最大吸收波长为420n
50、m。试剂：试剂：100g/L 酒石酸钠溶液：酒石酸钠溶液：100g/L KOH溶液：溶液：奈氏试剂：溶解奈氏试剂：溶解HgI 245.0g和和KI 35.0g于水中，将此溶液洗入于水中，将此溶液洗入1000ml容量瓶中，加入容量瓶中，加入KOH 112g，加水至，加水至800ml，摇匀，冷却，摇匀，冷却定容，放置数日以后装入棕色瓶中备用。定容，放置数日以后装入棕色瓶中备用。100ug/ml N（NH4+-N）标准液：称取烘干）标准液：称取烘干NH4Cl 0.3817g溶于水溶于水中，定容为中，定容为1000ml，此为，此为100ug/ml N（NH4+-N）贮备液。用时）贮备液。用时吸上述溶液
