一种野外环境固氮活性ARA测定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种野外环境固氮活性ARA测定方法及装置，包括以下步骤：S1、在野外环境条件下选择具有固氮活性的生物土壤结皮(以下简称生物结皮)；S2、在生物结皮上喷洒蒸馏水，然后用玻璃罩罩住，以形成密闭空间；S3、使用乙炔加注装置向玻璃罩内注入乙炔气体，然后培养3h以上；S4、培养结束后，用抽取装置抽取玻璃罩内的气体，然后用气相色谱分析仪器对该气体进行分析，最终测定得到数据。通过采用野外原位观测研究的方式，配合自行设计的简便科研仪器，进而获得了准确的野外原位测定结果，测定结果更符合野外环境实际情况，解决了现有ARA测定方法只能在实验室内测定，并且测定结果不能准确反映野外复杂环境变化的实际情况的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种野外环境固氮活性ARA测定方法及装置
本专利技术涉及固氮活性ARA测定
，特别涉及一种野外环境固氮活性ARA测定方法及装置。
技术介绍
氮(N)的有效性通常被认为限制了陆地生态系统的生态进程，而明确考虑氮生物地球化学过程，包括生物固氮作用，对于理解生态系统对环境变化的响应至关重要。在陆地生态系统中，发生在多种基质上的自由生活的氮固定过程几乎无处不在，并且常常代表获取生物可用氮来源的主要途径，然而关于它们重要性常常被低估。氮以氮气(N2)的形式存在于大气中，这是一种维管植物不能利用的形式。N2首先必须被真核生物如真细菌和蓝藻“固定”或“还原”为氨(NH+)形态才能被植物和微生物所利用。因此，土壤中的蓝细菌和蓝藻的一个重要特征是它们具有固定大气氮的能力。在全球变化背景下，氮输入将会直接改变外界环境中的元素组成与平衡，而其他环境变化如CO2浓度升高、全球变暖、降水格局及土地利用方式的改变则会间接影响土壤固氮生物类群的组成与分布，而它们与其固氮过程紧密相关。所有这些因素都会对我们所处的环境产生深远而持久的影响。土壤固氮生物的固氮能力通常用稳定氮同位素15N2组成或乙炔还原法(Acetylene(C2H2)reductionassay，ARA)测定。由于提取15N2可直接测定氮固定，该方法最可靠，但样品制备费时费力，测定成本高昂，且需要较高的测试条件，因此，大部分研究使用ARA测定。在乙炔(C2H2)存在下，固氮酶产生乙烯(C2H4)；因此，常用C2H4的产量来度量固氮酶活性(NA)。但现有的有关ARA的测定研究绝大部分都是在实验室完成的，通常的做法是野外采集相关样品，带回室内进行水分、温度、光照等因素处理后，或给予单个或多个因子的最佳条件后进行培养测定，但结果与少量的来自野外原位测定的结果差距较大，不能反映野外复杂环境变化的实际情况，无法将来自室内的研究结果外推到野外和区域水平上，使得相关研究受到很大的局限。同时，由于现有实验室所使用的科研装置受到设备、成本、便携性和准确性的影响，无法在野外环境中正常使用，即达到方便快捷的给供试样品添加乙炔气体，特别是在野外进行原位测定时尤其困难，这也导致相关方面的研究是在室内进行的，而将实验室研究结果外推到野外环境生物土壤结皮的氮贡献总是低于实际情况，进而无法将来自室内的研究结果外推到区域尺度和野外实际环境水平中。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供野外环境固氮活性ARA测定方法及装置，通过进行野外原位观测研究的方式，配合自行设计的简便科研仪器，利用此科研仪器在野外环境中研究土壤固氮微生物的固氮活性对水热条件及复杂多变环境因子的响应，进而能够获得准确的野外原位测定结果，测定结果更符合野外环境实际情况，解决了现有ARA测定方法只能在实验室内测定，并且测定结果不能准确反映野外复杂环境变化的实际情况的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种野外环境固氮活性ARA测定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在野外环境条件下选择具有固氮活性的生物结皮；S2、在生物结皮上喷洒一定量的蒸馏水，然后用玻璃罩罩住，以形成密闭空间；S3、使用乙炔加注装置向玻璃罩内注入乙炔气体，然后培养3h以上；S4、培养结束后，用抽取装置抽取一定量的玻璃罩内的气体，然后按照现有的分析方法用气相色谱分析仪器对该气体进行分析，最终测定得到生物结皮的固氮活性数据。在上述方法中，首先选择在野外原位作为生物结皮试样培养环境，然后喷洒蒸馏水来模拟降雨，通过玻璃罩形成一个密闭培养空间，再通过乙炔加注装置向玻璃罩内注入一定量的乙炔气体，培养结束后，抽取一定量玻璃罩内的气体，通过气相色谱分析仪器分析乙烯含量，然后就能获得准确的野外原位测定结果，相对于室内固氮活性ARA测定来说，无需采集相关样品带回室内，无需进行水分、温度、光照等因素处理后，或给予单个或多个因子的最佳条件后进行培养测定，由此排除了采样扰动对测定结果的影响，以及这些影响因子所带来的检测误差，获得的测定结果能够外推到野外和区域水平上，对深入认识和准确评价全球变化大背景下生物结皮对区域生态系统的氮贡献做出了重要贡献。进一步，为了获得更准确客观的数据，在S1中，所述生物结皮的种类为多种，试验时，各类生物结皮之间相互独立且分开测定。例如，对于荒漠生态系统来说，野外条件下一般选择藻类结皮、地衣结皮、藓类结皮3类具有固氮活性的典型生物结皮作为试验对象，以获得更准确的测定结果。进一步，在S2中，所述玻璃罩为有机玻璃罩，所述玻璃罩的底端开口，顶端和侧面均封闭，玻璃罩的顶端设置有圆孔，所述圆孔用橡胶塞密封，以便于在构造密闭环境的同时，方便抽取装置如注射器将乙炔气体注入玻璃罩内。进一步，为了解决原室内乙炔添加装置用于野外时会出现乙炔气体加注困难，使用麻烦，适应性差等问题，在步骤S3中，所述乙炔加注装置包括用于储存乙炔的乙炔罐，所述乙炔罐的输出端通过气体输送管道接通集气器，所述集气器具有用于储存乙炔气体的容纳腔，集气器上至少设置有两个用于接通容纳腔的接口，所述接口处设置有单通阀门，所述气体输送管道的一端通过减压阀与乙炔罐的输出端接通，气体输送管道的另一端通过一个接口的单通阀门接通集气器，抽取装置包括注射器，所述注射器插入所述集气器的一个接口进行抽气，然后将抽取的乙炔气体注入玻璃罩内。在上述装置中，打开减压阀和乙炔罐上的阀门，同时打开与气体输送管道接通的单通阀门，乙炔罐内的气体通过气体输送管道进入集气器内，当达到需要的乙炔量后，关闭乙炔罐上的阀门以及减压阀，由于单通阀门的存在，集气器内的乙炔气体不会回流至气体输送管道内，此时，可通过抽取装置将集气器内的乙炔气体抽取出来，然后再通过抽取装置来进行乙炔的加注操作，由此通过抽取装置来实现乙炔的抽取和加注，在此过程中，乙炔罐可采用小规格并方便携带的乙炔钢瓶，集气器的规格可根据实际野外需求随时更换，整个乙炔抽取和加注过程操作简单、携带方便、可在现场随时替换，省时省力，经济实用，可满足不同试验设计的需求，更加符合了野外环境所存在的众多不确定影响因子的实际情况，解决了室内乙炔加注装置应用于野外环境时所存在的不足。进一步，为了方便集气器规格的更换，以更好地满足不同实验设计的需求，所述集气器与单通阀门可拆卸密封连接。作为优选，所述乙炔罐为便携式乙炔气体钢瓶。本专利技术还提供一种野外环境固氮活性ARA测定用乙炔加注装置，包括用于储存乙炔的乙炔罐，其特征在于，所述乙炔罐的输出端通过气体输送管道接通集气器，所述集气器具有用于储存乙炔气体的容纳腔，集气器上至少设置有两个用于接通容纳腔的接口，所述接口处设置有单通阀门，所述气体输送管道的一端通过减压阀与乙炔罐的输出端接通，气体输送管道的另一端通过一个接口的单通阀门接通集气器。进一步，使用时，所述集气器另一个接口的单向阀门上插入有注射器，所述注射器的注射针通过单向阀门插入容纳腔内，以抽取容纳腔内的气体。进一步，所述集气器与单通阀门可拆卸密封连接，所述气体输送管道为硅胶软管，所述乙炔罐为便携式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种野外环境固氮活性ARA测定方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、在野外环境条件下选择具有固氮活性的生物结皮；/nS2、在生物结皮上喷洒一定量的蒸馏水，然后用玻璃罩罩住，以形成密闭空间；/nS3、使用乙炔加注装置向玻璃罩内注入乙炔气体，然后培养3h以上；/nS4、培养结束后，用抽取装置抽取一定量的玻璃罩内的气体，然后按照现有的分析方法用气相色谱分析仪器对该气体进行分析，最终测定得到生物结皮的固氮活性数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种野外环境固氮活性ARA测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在野外环境条件下选择具有固氮活性的生物结皮；
S2、在生物结皮上喷洒一定量的蒸馏水，然后用玻璃罩罩住，以形成密闭空间；
S3、使用乙炔加注装置向玻璃罩内注入乙炔气体，然后培养3h以上；
S4、培养结束后，用抽取装置抽取一定量的玻璃罩内的气体，然后按照现有的分析方法用气相色谱分析仪器对该气体进行分析，最终测定得到生物结皮的固氮活性数据。


2.如权利要求1所述的野外环境固氮活性ARA测定方法，其特征在于，在S1中，所述生物结皮的种类为多种，试验时，各类生物结皮之间相互独立且分开测定。


3.如权利要求1所述的野外环境固氮活性ARA测定方法，其特征在于，在S2中，所述玻璃罩为有机玻璃罩，所述玻璃罩的底端开口，顶端和侧面均封闭，玻璃罩的顶端设置有圆孔，所述圆孔用橡胶塞密封。


4.如权利要求1所述的野外环境固氮活性ARA测定方法，其特征在于，在步骤S3中，所述乙炔加注装置包括用于储存乙炔的乙炔罐，所述乙炔罐的输出端通过气体输送管道接通集气器，所述集气器具有用于储存乙炔气体的容纳腔，集气器上至少设置有两个用于接通容纳腔的接口，所述接口处设置有单通阀门，所述气体输送管道的一端通过减压阀与乙炔罐的输出端接通，气体输送管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，何明珠，黄磊，王进，杨昊天，宋光，赵杰才，
申请(专利权)人：中国科学院西北生态环境资源研究院，
类型：发明
国别省市：甘肃;62