一种确定稀土元素示踪团聚体周转速率的方法技术

一种确定稀土元素示踪团聚体周转速率的方法，把土壤过筛，分成4份；各份土壤之间使用不同的稀土元素的来标记；标记好的土壤平衡后烘干过筛，收集4个粒级团聚体；从每个稀土元素标记的团聚体中选取一个粒级，重新组合成新的土壤；新组合的土壤培养一定时间后，利用稀土元素质量守恒定律计算该时间段的团聚体周转速率。本发明专利技术不需要特殊仪器装备，回收率高，重现性好，操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种确定稀土元素示踪团聚体周转速率的方法
本专利技术技术应用于实验室和田间开展团聚体形成过程的研究，特别是从事土壤结构改良，定向培育土壤地力有重要作用。
技术介绍
土壤结构是土壤肥力的物质基础，反映土壤水分和养分储存和运输的能力。同时，土壤结构也是根系、土壤动物和微生物等土壤生物的活动场所。良好的土壤结构有利于水肥高效利用和作物生长，并提高了土壤抗侵蚀能力。土壤结构阻碍微生物对有机质的分解，对有机碳具有物理保护作用，成为土壤固碳重要机制之一。因此，在保障粮食安全，防治土壤侵蚀，应对全球变化等方面，土壤结构发挥重要作用，其形成稳定机制与功能的研究日益受到重视。团聚体是土壤结构的核心单元，促进团粒结构形成一直为土壤学研究热点。团聚体形成主要包括土壤动物、根系、微生物和有机质等生物因素和粘土矿物、三二氧化物和钙镁阳离子等非生物因素；团聚体破碎主要受耕作、干湿交替和冻融交替等外部环境因素的影响。因此，团聚体形成与破碎过程涉及土壤固碳、肥力和抗蚀等功能，是土壤学重要过程之一，对粮食安全保障与生态环境保护有重要意义。然而，在过去几十年里，由于缺乏合适的示踪技术，团聚体周转研究一直没有突破，也无法建立团粒结构定向培育理论体系。
技术实现思路
解决的技术问题：针对上述技术空白，本专利技术提供一种团聚体周转速率的计算方法，通过稀土元素示踪团聚体周转技术，可追踪团聚体形成与破碎过程。技术方案：一种确定稀土元素示踪团聚体周转速率的方法，步骤为：第一步：把土壤过筛为<2mm样品，分成4份；第二步：各份土壤之间使用不同的稀土元素的来标记：将稀土氧化物溶于水中，通过喷洒方式把稀土氧化物于土壤表面，一边喷洒一边混匀，用于标记的稀土元素浓度设置为不低于土壤背景值的20倍；第三步：标记好的土壤放置4℃冰箱中平衡7天，使土壤与稀土氧化物充分接触，然后移至40℃烘箱中烘干24h，烘干后过5mm筛，再用Elliot’s方法湿筛，收集>2mm、0.25-2mm、0.053-0.25mm、<0.053mm四个粒级团聚体，对应的粒级分别记为A、B、C和D；第四步：从每个稀土元素标记的团聚体中选取一个粒级，重新组合成新的土壤，在这个新组合的土壤中，不同粒级团聚体由不同稀土元素标记，利用标记的团聚体组合而成的土壤，通过计算稀土元素示踪团聚体周转速率，开展团聚体形成与破碎过程的研究，具体为：粒径由大到小和由小到大，共存在12条各级团聚体周转路径，分别记为a-f6种破碎方向的路径和g-l6种形成方向的路径，周转起始时间t1到周转终止时间t2，各团聚体的变化用转移矩阵K(t2-t1)表示，如式1所示：字母a-l均为各级团聚体迁移的比例，粒级A、B、C和D在时间t1和t2的重量比例分别为：A(t1)表示粒级A在t1时刻的重量比例，B(t1)表示粒级B在t1时刻的重量比例，C(t1)表示粒级C在t1时刻的重量比例，D(t1)表示粒级D在t1时刻的重量比例，S(t1)分别对应A、B、C和D的t1时刻重量比例，如式2所示；A(t2)表示粒级A在t2时刻的重量比例，B(t2)表示粒级B在t2时刻的重量比例，C(t2)表示粒级C在t2时刻的重量比例，D(t2)表示粒级D在t2时刻的重量比例，S(t2)分别对应A、B、C和D的t2时刻重量比例，如式3所示：土壤通过一定时间(t2-t1)后，各粒级团聚体发生了变化，即时间t1的土壤各粒级团聚体含量S(t1)经过K(t2-t1)的转换变化，获得时间t2的土壤各粒级团聚体含量S(t2)，这一关系用公式4来表征：S(t2)＝K(t2-t1)S(t1)(4)团聚体粒级A、B、C和D的周转速率TR分别为：式5-8中字母a-l均为各级团聚体迁移的比例，下标t1和t2分别表示两个不同时刻。优选的，上述用于标记的稀土元素浓度设置为500mg·kg-1。优选的，所述步骤二为：首先将La2O3、Sm2O3、Gd2O3和Nd2O3与蒸馏水混合，然后利用涡旋仪充分混匀，制成悬浊液，把悬浊液喷洒在<2mm土壤中，并使土壤颗粒与稀土氧化物充分均匀接触。有益效果：本专利技术不需要特殊仪器装备，回收率高，重现性好，操作方便。附图说明图1为稀土元素标记团聚体的过程示意图；图2.培养前后团聚体周转路径及其比例(％)图。具体实施方式实施例1为了验证该技术，以发育于第四纪红黏土的红壤为例：表1：稀土元素在各粒级团聚体中的浓度分布(mgkg-1)注：表中数据为均值±标准差。表2稀土元素的回收率注：表中数据为均值±标准差。团聚体周转路径与周转时间的计算通过湿筛，团聚体可以分为四级，其中：A为＞2mm大团聚体；B为2-0.25mm小团聚体；C为0.25-0.053mm微团聚体；D为＜0.053mm粉粘粒级团聚体。存在12条各级团聚体周转路径，分别为a-f6种破碎方向的路径和g-l6种形成方向的路径。时间t1到t2各团聚体的变化可以用转移矩阵K(t2-t1)表示，如式1所示。字母a-l均为各级团聚体迁移的比例。粒级A、B、C和D在时间t1和t2的重量比例分别为：A(t1)表示粒级A在t1时刻的重量比例，B(t1)表示粒级B在t1时刻的重量比例，C(t1)表示粒级C在t1时刻的重量比例，D(t1)表示粒级D在t1时刻的重量比例，S(t1)分别对应A、B、C和D的t1时刻重量比例，如式2所示；A(t2)表示粒级A在t2时刻的重量比例，B(t2)表示粒级B在t2时刻的重量比例，C(t2)表示粒级C在t2时刻的重量比例，D(t2)表示粒级D在t2时刻的重量比例，S(t2)分别对应A、B、C和D的t2时刻重量比例，如式3所示：土壤通过一定时间(t2-t1)后，各粒级团聚体发生了变化，即时间t1的土壤各粒级团聚体含量s(t1)经过K(t2-t1)的转换变化，获得时间t2的土壤各粒级团聚体含量s(t2)。这一关系可以用公式4来表征：S(t2)＝K(t2-t1)S(t1)(4)团聚体粒级A、B、C和D的周转速率TR分别为：式5-8中字母a-l均为各级团聚体迁移的比例，下标t1和t2分别表示两个不同时间。为了验证该技术，以发育于第四纪红黏土的红壤为例：表3标记后各团聚体粒级比例、稀土元素浓度及其含量表4混匀后且培养前(记为时间t1)各团聚体粒级比例和稀土元素浓度表5培养7天后(记为时间t2)各团聚体粒级比例和稀土元素浓度根据表3、4和5，可计算各粒级某个稀土元素含量占某个稀土元素含量的比例，计算过程如下：培养前(记为t1时间)各粒级团聚体的转移矩阵:at1＝(24.7*36.5)/2595*100＝34.7％bt1＝(43.6*58.3)/10183*100＝25.0％ct1＝(30*247.8)/22439*100＝33.1％dt1＝(43.6*20.1)/2595*100＝33.8％et1＝(30*84.4)/10183*100＝24.9％ft1＝(30*13.4)/2595*100＝15.5％gt1＝(1.7*15)/10183*100＝0.3％ht1＝(24.7*74.7)/22439*100＝8.2％it1＝(43.6*27.4)/5600*100＝21.3％jt1＝(1.7*16.1)/22439*100＝0.1％kt1＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定稀土元素示踪团聚体周转速率的方法，其特征在于步骤为：第一步：把土壤过筛为

【技术特征摘要】
1.一种确定稀土元素示踪团聚体周转速率的方法，其特征在于步骤为：第一步：把土壤过筛为<2mm样品，分成4份；第二步：各份土壤之间使用不同的稀土元素的来标记：将稀土氧化物溶于水中，通过喷洒方式把稀土氧化物于土壤表面，一边喷洒一边混匀，用于标记的稀土元素浓度设置为不低于土壤背景值的20倍；第三步：标记好的土壤放置4℃冰箱中平衡7天，使土壤与稀土氧化物充分接触，然后移至40℃烘箱中烘干24h，烘干后过5mm筛，再用Elliot’s方法湿筛，收集>2mm、0.25-2mm、0.053-0.25mm、<0.053mm四个粒级团聚体，对应的粒级分别记为A、B、C和D；第四步：从每个稀土元素标记的团聚体中选取一个粒级，重新组合成新的土壤，在这个新组合的土壤中，不同粒级团聚体由不同稀土元素标记，利用标记的团聚体组合而成的土壤，通过计算稀土元素示踪团聚体周转速率，开展团聚体形成与破碎过程的研究，具体为：粒径由大到小和由小到大，共存在12条各级团聚体周转路径，分别记为a-f6种破碎方向的路径和g-l6种形成方向的路径，周转起始时间t1到周转终止时间t2，各团聚体的变化用转移矩阵K(t2-t1)表示，如式1所示：字母a-l均为各级团聚体迁移的比例，粒级A、B、C和D在时间t1和t2的重量比例分别为：A(t1)表示粒级A在t1时刻的重量比例，B(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭新华，朱巧红，潘艳斌，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32