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(10)申请公布号 CN 103900865 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103900865 A (21)申请号 201210578519.9 (22)申请日 2012.12.27 G01N 1/28(2006.01) G01N 1/34(2006.01) G01N 1/38(2006.01) (71)申请人 东北林业大学 地址 150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴 路 26 号 申请人 王文杰 汲常萍 (72)发明人 王文杰 汲常萍 王慧梅 仲召亮 武燕 李艳红 王琼 (54) 发明名称 一种土壤颗粒组分物理化学分级方法 (57) 摘要 本发明提供了一种土壤颗粒组分物理化学分 级方法。首先将风干土壤样品加蒸馏水用超声波 破碎仪超声定量辅助分散， 再用 63μm 孔径土壤 筛湿筛， 土壤被分成 2 份， 筛上土壤使用 NaI 进行 密度分级得到颗粒态土壤组分和沙与团聚体土壤 组分， 筛下土壤浑浊液离心后上清液在 0.45μm 滤膜下真空抽滤， 滤液冻干为可溶性土壤组分， 抽 滤后得到的大于 0.45μm 的粉砂粘土用次氯酸钠 氧化得到酸不溶土壤组分， 粉砂粘土与酸不溶土 壤组分之差为易氧化土壤组分， 至此， 五种土壤组 分分级完毕。所得出的土壤组分可用于土壤碳及 养分相关理化性质的测定。进一步通过活性炭吸 附和滤纸过滤来实现 NaI 的回收再利用。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103900865 A CN 103900865 A 1/1 页 2 1. 一种土壤颗粒组分物理化学分级方法， 具体特征在于 ： 1） 土壤样品超声辅助分散与土壤筛湿筛分组 ； 2） 大于 63μm 土样用 NaI 溶液进行密度 分级 ； 3） 0.45μm 滤膜下真空抽滤液体冻干 ； 4） 0.45μm ～ 63μm 土样用次氯酸钠氧化 ； 5） NaI 回收利用。 2. 根据权利要求 1 所述的土壤颗粒组分物理化学分级方法， 其特征是 ： 用能量可控的 超声波破碎仪辅助分散土壤颗粒， 使土壤溶液获得的超声能量控制在 20-50J ml-1， 并使用 63μm 孔径土壤筛湿筛， 用洗瓶缓慢加水判断， 至筛出水清澈为止， 土样被分成大于 63μm 和小于 63μm 两份。 3. 根据权利要求 1 所述的土壤颗粒组分物理化学分级方法， 其特征是 ： 大于 63μm 土 样密度分级时， 使用密度为 1.4 ～ 1.8g/l 的 NaI 溶液， 将其加入土壤中混匀， 静置至少两小 时， 离心， 上清液抽吸收回， 重复提取 1-2 次， 所有抽吸出部分混在一起， 经 0.45μm 滤膜下 真空抽滤后， 用0.01mol L-1CaCl2溶液冲洗滤膜上和抽滤漏斗壁上的土壤到烧杯中， 过夜静 置， 用孔径 0.45μm 的尼龙滤网过滤， 将滤网上的物质和烧杯中沉淀用上述 CaCl2溶液离心 洗涤， 再用至少200ml蒸馏水离心洗涤， 离心条件3500-4000r/min， 时间15-20分钟， 所得沉 淀在 60 度下烘干称重， 得到颗粒态土壤组分。 4. 根据权利要求 1 所述的土壤颗粒组分物理化学分级方法， 其特征是 ： 小于 63μm 土 样 3500r/min 条件下离心 15 分钟， 所得上清液在 0.45μm 滤膜下真空抽滤， 滤液真空冻干 得到可溶性土壤组分。 5. 根据权利要求 1 所述的土壤颗粒组分物理化学分级方法， 其特征是 ： 0.45μm ～ 63μm 的粉砂粘土用 6％ pH=8 次氯酸钠溶液氧化， 得到酸不溶土壤组分。 6. 根据权利要求 1 所述的土壤颗粒组分物理化学分级方法， 其特征是 ： 收集所有 NaI 溶液于烧杯中， 加入30g活性碳， 磁力搅拌至少45min， 滤纸过滤， 实现贵重药品NaI回收， 可 以再次用于上述 NaI 溶液密度分级。 权 利 要 求 书 CN 103900865 A 2 1/3 页 3 一种土壤颗粒组分物理化学分级方法 所属技术领域 ： [0001] 本发明采用物理和化学方法分离土壤组分， 主要用于土壤碳汇功能、 肥力动态功 能相关研究。 背景技术 ： [0002] 土壤肥力是作物生产与植被生长的基础， 也是维持全球 60 多亿人口粮食安全的 基础。不同颗粒的组成直接决定了土壤的质地结构， 而且土壤养分在不同土壤颗粒和土壤 胶粒上的分布直接影响土壤肥力的持久性和有效性。 对土壤肥力及其在不同土壤颗粒组成 上的分布研究一直为各国科学家们关注的焦点。 [0003] 土壤颗粒组成与有机碳在其内分布的差异性， 直接影响土壤碳周转的时间以及土 壤碳库的库容大小。全球气候变暖趋势明显。多项研究显示， 全球平均每年温度升高 1.1 到 6.4 度， 这有可能导致地球上 15% 到 40% 的物种濒临灭绝以及近 30 亿人口面临缺水。在 全球温室效应日益严重的背景下， 土壤碳库变化成为一个热点研究领域。在这一全球变化 背景下， 揭示土壤碳在不同土壤颗粒组成上的变化趋势， 有利于了解其对未来气候的响应， 加深科学家对土壤碳汇功能形成机制的理解。 [0004] 目前已经发明的方法， 多是单一的土壤筛分离以及常规水稳性团聚体分离方法， 方法繁琐， 与土壤功能结合的较差。 本发明所提出的土壤组分分级方法， 正是从土壤肥力和 碳汇功能的角度出发， 把土壤细分成五种组分， 分别研究各个组分土壤的土壤肥力和碳截 获能力， 分析哪种组分导致土壤肥力和碳截获能力发生变化。此方法可以使有关土壤肥力 和碳汇功能的研究深化到本质机理， 从而创造出适合作物生长的土壤环境以及进行有选择 的植树造林， 提高作物产量， 减少碳的排放， 缓解全球转暖。 发明内容 ： [0005] 本专利的目的是运用物理和化学方法对土壤组分进行详细分离， 研究各个组分的 土壤肥力和碳截获能力， 找到哪种组分影响了土壤肥力和碳截获能力。 [0006] 为了达到上述目的， 本专利采用的技术方案包括 ： [0007] 1. 土样超声分散并湿筛 [0008] 将风干土壤样品加蒸馏水用超声波破碎仪超声分散， 使土壤溶液获得的能量控制 在 20-50J ml-1， 并使用 63μm 孔径土壤筛湿筛， 用洗瓶缓慢加水判断， 至筛出水清澈为止， 土壤被分成大于 63μm 和小于 63μm 两份。 [0009] 2. 密度分级 [0010] 将大于 63μm 的土样加入 1.4-1.8gcm-3NaI 溶液混匀， 经过静置、 离心、 抽吸、 抽滤 和洗涤一系列操作得到颗粒态土壤组分和沙与团聚体土壤组分 [0011] 3. 离心并抽滤 [0012] 将小于 63μm 的土样在 3500r/min 条件下离心 15 分钟， 所得上清液在 0.45μm 滤 膜下抽滤， 滤液冻干得到可溶性土壤组分。 说 明 书 CN 103900865 A 3 2/3 页 4 [0013] 4. 次氯酸钠氧化 [0014] 将 0.45μm-63μm 土样的粉砂粘土用 6%pH=8 的次氯酸钠氧化 18 小时， 得到易氧 化土壤组分和酸不溶土壤组分。 [0015] 5.NaI 回收再利用 [0016] 密度分级时使用的 NaI 可以用活性碳吸附、 滤纸过滤回收再利用。 [0017] 本发明的技术特征 ： [0018] 1. 较常规震荡或煮沸土壤分散比， 超声辅助分散速度快 , 简单易行 [0019] 2. 一次获得五种土壤组分， 成效大。 [0020] 3. 定量可控能量超声波破碎仪辅助分散， 确保土壤颗粒分散而团聚体结构尽量保 持。 [0021] 4. 密度分级时， 将清洗滤纸和筒形漏斗的 CaCl2溶液过夜静置， 再用尼龙滤网过 滤， 充分洗掉 NaI 和 CaCl2， 最大限度保持土壤原有成分， 尽可能减少颗粒态土壤组分的损 失。 [0022] 5. 可溶性土壤组分真空冻干， 不但能够准确获得其重量， 而且可以进行可溶性土 壤组分结构的研究。 [0023] 6.贵重药品NaI回收利用， 变废为宝， 无污染， 节约药品， 且NaI密度配置方法容易 操作。 具体实施方式 ： [0024] 本发明将用实施例进行进一步的说明， 但是它并不限于这些实施例的任一个或类 似实例。 [0025] 1. 土壤样品 ： 30g 风干土样 （63μm 土壤， 筛下为 0.45μm 的组分， 在 60 度下烘干称重， 得到粉砂粘土。 [0030] 6. 次氯酸钠氧化 ： 从上述得到的粉砂粘土中取出 7g， 按照每克土壤加入 50ml6%pH=8 次氯酸钠溶液， 室温 25 度下氧化 18 小时， 氧化剩余物在 3500r/min 下离心 15min， 弃去上清液， 加入 350ml 左右蒸馏水， 离心 （3500r/min， 15min） ， 弃去上清液， 重复水 洗至少 3 次， 60 度下烘干称重， 此为酸不溶土壤组分。 [0031] 7. 密度分级 ： 把上述 63μm 的土壤加入 NaI 溶液 100ml， 手动摇匀 （避免剧烈震 荡） ， 静置 2 小时， 3500r/min 离心 15min， 上清液抽吸收回。再重复提取一次， 两次抽吸出部 分混在一起， 在 0.45μm 滤膜下抽滤， 抽滤结束后， 首先用 0.01molL-1CaCl2溶液将滤膜和漏 斗上的物质冲洗到烧杯中， 过夜静置， 用孔径 0.45μm 的尼龙滤网过滤， 将滤网上的物质和 烧杯中沉淀用上述 CaCl2溶液离心洗涤 （3500r/min， 15min） ， 弃掉上清液， 加入至少 200ml 说 明 书 CN 103900865 A 4 3/3 页 5 蒸馏水离心洗涤 2 次 （3500r/min， 15min） ， 60 度下烘干称重， 记录， 此为颗粒态土壤组分。 [0032] 8. 将上述第一次离心剩余物加入 100ml 蒸馏水， 震荡 10min， 在 4000r/min 条件下 离心20min， 弃去上清液， 重复洗涤至少3次， 60摄氏度下烘干到恒重后称重， 该组分为沙与 团聚体土壤组分。 [0033] 9.NaI回收与再利用 ： 收集大约1.2L左右的NaI溶液于烧杯中， 加入30g活性碳和 25gNaI， 磁力搅拌至少 45min， 滤纸过滤， 测量 NaI 密度是否为 1.80gcm-3（称 100mlNaI 溶液 测定溶液重量， 如果为177.5g左右， 则需加入大约6g NaI， 得到NaI溶液密度为1.80gcm-3） ， 获得 NaI 回收和再次利用。 附图说明 ： [0034] 附图是土壤颗粒组分物理化学分级方法实例流程图 【图中字母代表五种土壤组分 及其分配比例 ： A. 酸不溶土壤组分 （63.9%） B. 易氧化土壤组分 （4.3%） C. 可溶性土壤组分 （6.2%） D. 颗粒态土壤组分 （1.9%） E. 沙与团聚体土壤组分 （23.7%） 】 。 说 明 书 CN 103900865 A 5 1/1 页 6 说 明 书 附 图 CN 103900865 A 6