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N测定生物固氮

[db:作者]2021-02-15 07:27:42农业百科22人已围观

简介15N测定生物固氮

  15N测定生物固氮 : 用富集15N的N2、无机或有机肥料为示踪剂或利用15N天然丰度的变异,根据固氮体对15N的吸收,测定生物N2固定的方法。同位素法的最大优点是能区分固氮植物来自土壤、肥料和大气的氮,是唯一能直接测定生物固氮量的方法。比凯氏定氮法准确、灵敏,能克服乙炔还原法的不足,还能在田间条件下测定固氮作物的实际固氮力。15N测定生物固氮有下列四种方法。
15N还原法 利用固氮微生物对N2的还原作用,将固氮体系直接暴露在含有15N2的密封气相系统一段时间,然后取样分析。如果发现固氮体系有15NH3或其他15N-富集的衍生物,即证明有固氮作用发生。由下列公式计算固定的氮量:



式中 TN为固氮体总氮量,A%E(F)和A%E(A)分别为固氮体和标记氮气的15N原子百分超。该法已用来提供N2固定最直接的证据,确定C2H2/N2比,以校正乙炔还原法中由产生的乙炔计算的固定N2量。由于作物在密闭的生长室中不同于田间条件,而且只能保持一个短时间,所以很少应用此法来测定固氮作物的实际固氮量。但此法适用于测定水稻土的非共生固氮。
同位素稀释法 通过比较生长在相同15N/14N比的土壤中的固氮作物和作为对照的非固氮作物的15N富集度,测定固氮作物的固氮力。施用15N标记的无机或有机肥料,使土壤获得标记,生长在该土壤中固氮作物和适宜的非固氮作物(对照作物)从土壤中吸收相同15N/14N比的氮,而固氮作物还从大气中吸收氮。结果其体内的15N丰度由于被来自大气中的14N所稀释而低于对照作物。按下列同位素稀释公式计算豆科作物中来自大气氮的百分率,即固氮率(Ndfa):



式中 A%E(F)和A%E(NF)分别为固氮作物和非固氮作物的15N原子百分超。同位素稀释法可用于田间固氮作物的原位测定,比较接近自然。是一种间接的,能准确测定一个长时期内固定的氮量的方法。所用15N丰度要求不高,测定费用低。因此得到广泛应用。但依赖于适宜参考作物的选择。
A—值法 通过比较固氮作物和非固氮作物的“A”值(见土壤有效养分示踪研究),可测定固氮作物的固氮力。在同一种土壤中栽培两种作物,因高水平的无机氮抑制豆科植物的固氮作用,所以给豆科植物施以低水平的标记氮肥。而非豆科植物施以正常水平的标记氮肥以满足其正常生长发育的需要,根据下式计算“A”值:



式中 Ndfs和Ndff分别为试验植物从土壤和肥料中获得的氮比例,f为施肥中的氮量。因为非固氮植物仅从土壤的有效氮库和肥料中摄取氮,而固氮植物还固定大气中的N2,因此,固氮植物的“A”值除了同样的土壤有效氮源,还包括大气N2,因而固氮植物和非固氮植物的“A”值差即为能固定的有效氮量。根据“A”值概念,当存在两个或多个氮源时,植物从每个源吸收的氮量与各个源存在的有效氮量成正比,因此,对固氮作物有:



式中 Ndfa为固氮率,Ndff(F)为固氮作物从肥料中获得的氮比例,f(F)为固氮作物的施肥量,A(F)和A(NF)分别为固氮作物和非固氮作物所测得的“A”值。由上式可得;固氮量(千克N/公顷)=[A(固氮作物)-A(非固氮作物)]×固氮作物的肥料利用率(%)。“A”值法可在田间测定作物在正常生长条件下的固氮量。还可用来研究在不同时间和地点,肥料氮用量,水分含量和接种性质等对豆科植物固氮的影响。但肥料的气体损失或一切影响作物对氮素利用的因子都可能影响固氮量。因此“A”值法的应用还有一定局限性。
15N天然丰度法(Natural 15N abundance method)利用15N天然丰度的变异也可测定固氮体系的固氮量。但这方面的研究太少,还没有实际应用。由于15N的分馏效应,大多数土壤比大气N2具有较高的15N丰度。这种差异被用来测量N2固定。按下式计算固氮,率:



氮作物,大气氮和非固氮作物的15N原子百分超,A%(F)和A%(NF)分别为固氮作物和非固氮作物的15N原子百分数,β为分馏因素,由下式计算:



式中 F代表无氮介质中培养的固氮作物。15N天然丰度法估测固氮生物的固氮作用,不需要向生长待测植物的土壤中施入较为昂贵的15N肥料,也不破坏该作物生长的正常生态环境。只要采集待测作物的叶或籽粒,准确测定其15N丰度,就可以算出固氮作物的固氮量。但由于自然丰度差异较小和土壤15N丰度的变化,以此法测定生物固氮还有怀疑,可能只能作为一种半定量的方法。

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