近50位中青年学者土壤氮循环研究方法的总结：《土壤氮循环实验研究方法》|阅读
导 读
氮素是作物生长所必需的营养元素。农田土壤普遍缺氮，氮肥的施用对提高作物产量和农业可持续发展具有不可替代的重要作用。我国人口众多，人均耕地资源有限，保障粮食安全和农产品充分供应更是离不开氮肥的合理施用。当然，氮肥过量施用或施用不当，也可能严重干扰土壤原有的氮素循环，影响土壤生产力，并导致严重的环境污染。所以为了实现作物生产与环境效应的充分协调，需要持续不断地深入研究土壤氮循环的过程和机理。积极采用正确、有效的研究方法和手段是开展这一工作的基础。
文/颜晓元
本文摘编自《土壤氮循环实验研究方法》（颜晓元等著. 北京：科学出版社，2020.5）一书“前言”“序”，有删减，标题为编者所加。
转载自赛杰奥公号（2020年6月9日）
早在19 世纪40 年代德国学者Liebig 就提出了植物矿质营养理论，认为氮是植物生长必需的元素，英国的Laws 进一步认为植物吸收的氮源于土壤，并设立洛桑试验站开展了一系列的试验验证。然而自然条件下氮多以氮气形式存在，并不参与大气化学过程，也不能被固氮生物以外的生命体利用。在相当一段时间内地球生命系统只能利用微生物或闪电过程所转化而来的活性氮，直到1908～1913 年德国科学家Fritz Haber 和Carl Bosch 用氮和氢合成了氨。这一Haber-Bosch 固氮方法的发现和工业化应用彻底改变了氮化合物的产生方法，而Haber-Bosch 法合成的氨也绝大部分被施入土壤，用于作物生产。
大量的合成氨与其他来源的氮不断投入到土壤中，通过氨挥发、反硝化、淋溶和径流等诸多迁移转化过程改变了土壤原有的氮循环，在满足人类对粮食需求的同时，带来了诸如土壤酸化、水体富营养化、大气污染等环境污染问题。因此土壤氮循环及其环境效应已成为土壤学家、环境学家、农学家等共同关注的热点研究领域。目前从微观的分子生物学手段、区域的模型模拟到全球的通量评估方面都开展了土壤氮循环的研究工作，一大批新技术新手段和新测定方法的应用为我们全面和正确认识土壤氮循环相关过程及机理发挥了巨大作用。
▲氮循环及其主要过程(改编自Muller and Clough, 2014)
尽管关于土壤氮循环研究的方法很多，但鉴于氮形态的多样性和易变性以及系统之间交换的频繁性，当前的研究方法多种多样，缺乏专业、专门的书籍对土壤氮循环研究方法进行总结。因此，依据目前已有的研究成果，通过对土壤氮循环研究方法进行梳理和汇总，我们编写了《土壤氮循环实验研究方法》。
本书从土壤氮循环的各个过程出发，全面总结了土壤氮循环过程的实验研究方法，既有传统的大气沉降、氨挥发、氧化亚氮排放和氮淋溶径流损失等通量方面的观测方法，也有ROFLOW、膜进样质谱等新仪器设备对土壤氮气排放方面的测定，同时还重点介绍了同位素技术、分子生物技术等在氮循环机制研究方面的应用。每个章节在介绍研究方法原理的前提下，详细描述了方法的具体操作步骤，并为方便读者理解和使用，罗列了相关的应用实例及最新研究成果。
第1章 土壤氮循环研究方法概述
颜晓元
第2章 土壤氮素初级转化速率测定方法
张金波 程 谊
第3章 利用膜进样质谱(MIMS)法研究淹水环境反硝化过程
单 军 李晓波 夏永秋 吴 敏 李承霖 颜晓元
第4章 ROFLOW系统在旱地土壤反硝化脱氮研究中的应用
魏志军 单 军 颜晓元
第5章 密闭培养-氦环境法在土壤氮气排放测定中的应用
秦树平 李梦雅
第6章 农田氨挥发测定方法
周 伟 马煜春 李晓明 颜晓元
第7章 农田氮径流和淋溶研究方法
周 丰 吴亚丽 黄微尘 付 瑾 刘宏斌
第8章 大气氮沉降测定方法
刘学军 许 稳 杜恩在 张 颖 沈健林 骆晓声 王 伟 潘月鹏 刘 磊
第9章 土壤N₂O排放通量测定方法——静态箱-气相色谱法
王书伟 颜晓元
第10章 同位素异位体法在土壤N₂O溯源中的应用
马舒坦 温 腾 颜晓元
第11章 土壤HONO气体排放测定
吴电明 刘 敏 侯立军 王梦迪 邓玲玲
第12章 农田系统生物固氮测定方法
卑其成 谢祖彬
第13章 土壤环境中不同形态氮稳定同位素测定方法
遆超普 王 曦 颜晓元
第14章 基于稳定同位素技术的水体硝酸盐来源辨别方法
夏永秋 李跃飞 颜晓元
第15章 氮转化过程功能微生物表征方法
王保战 秦 玮 路 璐 宋玉翔
本书作者们长期从事土壤氮循环相关的研究工作，在实验方法方面积累了大量的成果和丰富的经验，在技术方法特别是新技术、新方法的应用和推广上取得了突出的成绩和进展，这些成果可为我们深入揭示土壤氮循环的过程、机制和机理奠定基础。在本书的撰写过程中，尽管我们力求方法详尽、数据准确、分析透彻，但限于多方面因素影响，当前科学定量土壤中氮的来源去向通量，揭示土壤氮生物地球化学循环过程的机理与机制，仍存在一定的困难，因此本书难免也有不妥之处，恳请读者不吝指正。我们相信随着时代的进步，未来会有更多新技术和新方法应用于土壤氮循环过程的研究中，从而进一步加深我们对氮循环的理解。
本书是国家重点研发计划项目“肥料氮素迁移转化过程与损失阻控机制”的成果之一，也获得了国家杰出青年科学基金项目“氮素循环”的大力支持，在此一并致以衷心的感谢。
从20 世纪30 年代起，我国土壤氮素研究经过几代人近百年的努力，先后在氮肥的农学效应、生物固氮、土壤氮迁移转化、田块/区域氮来源和去向的解析、土壤氮损失机制与影响因素、氮损失对环境的影响，以及农田生态系统氮循环的评估等方面取得了一系列重要进展。近年来，随着相关学科发展和研究技术的进步，一些氮循环的新途径和新过程逐步被发现和确定，极大地提升和拓展了业界对土壤氮循环的认知。我们高兴地看到，一大批具有较高研究水平的土壤氮循环青年科技工作者也随之不断涌现，迅速成长。
《土壤氮循环实验研究方法》一书由来自全国不同科研院所和高校的中青年学者执笔，比较完整地介绍了现阶段土壤氮循环过程的主要研究方法和技术手段，详细叙述了各类方法与技术的使用步骤、应用实例及发展前景，也从一个侧面展示了相关工作的开展情况和业已取得的成果。研究方法的创新，往往会带来学科上的重大进展和突破。相信该书的付梓出版，将会对该领域的研究人员和学生有所裨益，从而进一步推动我国土壤氮素循环的研究。
2020 年元月于金陵
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本书全面归纳并详细描述了当前土壤氮循环研究过程中使用的主要方法与技术。全书完整地介绍了主要研究方法与技术的原理、具体操作流程和注意事项等，并提供了相关研究方法与技术涉及的应用实例和最新研究进展，同时客观地指出了这些方法与技术存在的问题以及今后的发展方向。本书旨在提供研究方法与技术，可供土壤学、环境科学、大气科学、生态学、地球科学等相关专业领域的科技工作者及学生作为教材或者专业参考书使用。
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