一、序言：

二、土壤中硝化和反硝化
硝化反應是土壤中等同與NH₄⁺ 的NH₃被氧化成NO₃^-的過程。反應的第一步是在單氨氧化酶的作用，將分子氧加到氨上面形成羥胺（H₂NOH），第二步就是羥胺被氧化成亞硝酸鹽(NO₂^-)，最后是亞硝酸鹽(NO₂^-)被氧化成最終產物硝酸鹽。
反硝化反應是在厭氧條件下硝酸鹽逐步被還原成N₂的過程。
(硝酸鹽 → 亞硝酸鹽 → NO → N₂O → N₂)

三、現有的檢測方法
硝化反應和反硝化反應對于土壤中N素的循環有著非常重要的意義。硝化仍就是倍受關注的反應，因為它是土壤中硝酸鹽逐漸產生的最穩定因素，而且是產生硝酸鹽的唯一可以量化的反應。不過，直到現在，測定土壤中總硝化量的唯一方法仍是N¹⁵稀釋法。 但是這個方法比較復雜，且耗財耗力。在做總轉化率測定時應該說明確切的轉化反應，在進行單一反應的凈轉化量測定時可以不用說明反應過程。

圖1 陸地生態系統中的N素循環和有關N素轉化相關的專業術語的定義說明

N¹⁵稀釋技術
這項技術是將帶有N¹⁵標記的硝酸鹽施入到土壤中。接下來隨著時間的推移，由于硝化作用引起轉化就將N¹⁵逐步稀釋，這一變化是可以可以被檢測的。（N¹⁵稀釋法）（MOS1993，DAV1992）。但是N¹⁵本身以及檢測用的大型分光計使得本方法費用昂貴（設備費用、購買標記物質、必要的重復測試、樣品的重新處理），另外還得考慮下列問題：
1、應該盡量地選擇結構相似的土壤，以便標記的硝酸鹽能夠均勻地分布。但是這樣就破壞了土壤的自然結構。
2、加入的N¹⁵能促進微生物的降解反應，為了避免此類問題，所以最好在兩天內完成N¹⁵的測定。

凈轉化率測定法
因為成本的原因，大多數研究N素循環的學者通常不測定有關的總硝化率，而僅僅檢測硝化反應凈轉化率。凈轉化率能夠說明硝酸鹽在土壤中的動態變化。但是測定凈轉化率不是一個完善的方法，它得不到任何有關總硝化反應轉化率的結論(如硝化反應中NH₄+到NO₃-的量的轉變)。
通常檢測硝化反應凈轉化率是從監測點取沒有樹根的土樣（為了防止樹根吸收銨鹽或者硝酸鹽，但是還有反硝化和微生物固氮作用）。然后，將土壤放在袋子里進行孵化，通常為一個月。通過測定開始培養和培養結束后NO₃庫的大小就可以計算出凈量（P_開始—P_一個月后=硝化反應的凈量，與土壤干重相關連）。

抑制技術
抑制技術的應用與示蹤氣體N₂O和NO的產生和釋放相關聯，這兩種氣體和氣候都有關系，并且在硝化反應和反硝化反應中都產生。反應中主要產生了示蹤氣體，就是說明發生了硝化和反硝化反應。
常用的抑制劑是乙炔，在低濃度時，乙炔能夠抑制硝化反應。測定抑制前后土壤釋放出來的N₂O和NO釋放量的變化，就可以量化硝化反應和反硝化反應的作用。
此法有以下弊端：
1. 有些硝化劑可能對抑制劑不敏感
2. 土樣中存在不明的乙炔（抑制不完全）
3. 一些不明確的反映也可能產生N₂O和NO，可能也被算做反硝化反應了
測定土壤中的反硝化主要用抑制法和N¹⁵技術。抑制法是根據10％（體積比）的乙炔能夠抑制反硝化反應中最后的酶這個事實建立的。然而最新研究發現在有氧氣和高濃度的乙炔存在的條件下，NO能夠結合O₂變成NO₂，然后就變成亞硝酸鹽和硝酸鹽，這一步是不可計量的。自從1997年Bollmann和Conrad以及Mckenny和Drury發表了這一發現后，該項技術就沒有再被使用了。

BaPS
IFU發明的BaPS技術是一個全新的測定土壤中硝化反應總轉化率的技術。它有著N¹⁵技術和氣體抑制劑技術不可比擬的優勢。

四、可測參數
在密封、充氣、有壓力的恒溫系統中放置著通氣良好的壤芯，通過像記錄O₂和CO₂的平衡一樣來記錄系統內空氣壓力的改變，BaPS就可以測定下列參數：
1、即時的反硝化率、硝化率和土壤呼吸率
2、觀察某一特定時間微生物所起的作用(硝化(和)或反硝化)
3、通過觀測N₂O釋放，能夠得出每個反應在其中的所占的含量

五、測試方法介紹
在充氣的壓力體系中放進土柱，土壤呼吸、硝化和反硝化這些微生物的活動就會影響系統壓力的改變。頂部空間里的氣態CO₂濃度和液相CO₂濃度保持動態平衡（ΔCO_2aq/Δt）。

單一過程
土壤呼吸是一個凈氣體既不產生也不消耗的過程，也就是說凈氣體產生量Δn/Δt=0，因為消耗的氧氣的量和生成的CO₂氣體量是相同的，所以呼吸系數等于1.0，這和在充氣良好的土壤上是一樣的。
硝化反應使得系統里的壓力降低，因為每mol銨需要消耗0.5mol分子氧，但是不產生任何氣體。
然而反硝化卻使系統里壓力增加，因為在4mol硝酸根完成還原反應后，除了產生N₂外，還有2.5mol CO₂氣體產生。

其中：V_BS 代表土柱中氣體存留量
R 表示通用氣體常數（R=8.314JK^-1mol^-1）
T 表示溫度[k]
P(x) 表示時間X時的氣壓
索引：Den：反硝化；Nit硝化；Res呼吸；aq液相
逐步分解和替代后，得到總的公式：

因此，N_xO_y是氣體變化、二氧化碳變化和氧氣變化的差值。可以通過反向平衡定量測得土壤呼吸和硝化反應。

六、 系統組成

七、基本技術指標

工作溫度： -10℃~150℃

九、測量時間
測量時間和土壤類型以及溫度和濕度的這樣的參數有關。通常在5-10小時之間。

十、參考文獻
[BOL 1997]土壤生物學和生物化學1067-1077
[DAV1992]美國生態學會 球果森林土壤中硝酸鹽的內循環。
[ING1999] 定量測定土壤中硝化反應、反硝化反應和N2O源的新方法
[MOS1993]

產地：德國

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