计量单位

15N示踪材料的测量单位旨在用不同的符号表示15N相对于14n的相对丰度。有两个主要的测量单位;一种方法通常用于富含15N的材料，而另一种方法在使用15N丰度的自然变化来追踪N时更有用。

5.2.2 15n富集示踪剂

该单位表示同位素丰度为15N的百分比

总N

(1995年-):

也可以将15N丰度表示为相对于N2的变化天然丰度，称为原子% 15N过剩。大气中N2的15N/(15N + N)比值由Junk和Svec(1958)确定为0.003663，即每272个14N原子中有1个15N原子。

5.2.3 15n -自然丰度

该单位表示15N丰度相对于空气中N2表示的标准丰度的变化(Bedard-Haughn et al. 2003;Shearer和Kohl 1993)。由于15N丰度的自然变化较低，通常为大气N2的1-2% (Bedard-Haughn et al. 2003;Shearer和Kohl 1993)，用来表示N自然丰度的单位是d15N(每mil 15N过剩，即每mil与标准的变化):

d15N = R(样品)-R(标准)x 1;000;

R(标准)R也可以定义为:

R = 15N + 14N或R = 14N。

第一个定义在源识别研究中更有用，而第二个定义则用于同位素鉴别。后者是最常用的(Bedard-Haughn et al. 2003;Mariotti et al. 1982)。在自然丰度的水平上，两种定义实际上是相同的，因为使用两种定义的d15N的差异远远小于测量误差(Barraclough 1995;Hauck et al. 1994;Shearer和Kohl 1993)。

5.3示踪材料

为了研究不同自然或农业生态系统中的N源或汇强度、流速或命运，可以使用两种替代方法:15N丰度的自然差异或人工改变15N含量的N源，以产生示踪剂与周围环境之间的显著差异(bedar - haughn et al. 2003;Knowles和Blackburn 1993)。

在许多研究中使用了15N丰度的自然变化(Kerley和Jarvis 1997)，尽管它受到以下事实的限制，即需要识别具有相当不同同位素组成的定义良好的自然n池(Gerzabek et al. 2001)。beard - haughn et al.(2003)指出，平均而言，不同来源之间的最小差异约为5.9%。土壤中的同位素鉴别(第5.4.1节)N周期通过使用自然丰度方法，使氮周转和动态的量化复杂化(Wagner 1991)。

含有非自然高浓度或低浓度15N的材料通常用于以下情况:自然差异太低，无法用于追踪N;自然可变性高到足以覆盖源和汇之间的任何差异;或者需要长时间监测过程。在后一种情况下，尽管由于氮流而逐步重新平衡，但需要长期保持高梯度。虽然富集材料能够监测许多过程，否则无法量化或检测，但自然丰度方法(NAMs)能够在没有任何干扰的情况下监测系统。然而，在氮肥普遍施用的农业生态系统中，氮循环干扰通常不是问题(Bedard-Haughn et al. 2003)。

当使用人工示踪剂时，可以使用富含15n或减少15n的示踪剂。耗尽的能源更便宜，也不会污染实验室设备。不幸的是，它们的示踪值相当于只含有0.7原子% 15N的材料，因此，氮只能在施用年份追踪到植物中，只有在有机氮含量低于1.5 g N kg的土壤中才能追踪到土壤硝酸盐和有机池中(Hauck et al. 1994)。

两种主要的15n标记技术通常用于研究土壤中氮的转化植物系统(1) 15N示踪技术和(2)15N同位素稀释技术。第一种技术基于底物池的15N标记，随后监测同位素在系统中随时间的移动。后一种技术用15N标记土壤氮池，并监测池中N含量变化的速率，池中15N原子%的富集量被14N流入稀释(Hart和Myrold 1996年)。

在开始一项新的实验之前，有必要确定用于追踪N的源和汇之间所需的原子%的差异，从而确定标记材料中的15N丰度。这可以通过估计所监测过程中示踪剂稀释的可能程度来实现。例如，对于许多农田作物，植物中来源于氮的肥料被来自土壤的未标记氮稀释了两到四倍(Powlson和Barraclough 1993)。计算方法的例子可以在Hauck et al.(1994)和Powlson and Barraclough(1993)中找到。

5.3.1样品采集与处理

在进行有标记氮素的实地研究时，收集代表性土壤和植物样本的需求比无标记氮素更大，因为少量污染会对结果产生严重的混杂影响(Hauck et al. 1994;Powlson和Barraclough 1993;Shearer和Kohl 1993)。

随着氮同位素在农业研究中的应用，通常对植物材料和土壤进行取样。植物取样通常需要收集作物的总生物量，然后将其划分为组成植物的部分。建议将植物分成N含量相对均匀的组分，因为不同组分的15N丰度不同(见第5.3.5.1节的同位素鉴别)。如果植物部分没有完全混合，那么在样品材料的原子% 15N的测定中可能会有误差。整株植物的原子% 15N可以计算为其各部分的原子% 15N对各部分N量(kg N ha-1)的加权平均值。如果不可能将植物分成均匀的组织，那么只有在干燥和彻底研磨到颗粒尺寸低于100目后才对不均匀的混合物进行取样是很重要的(Hauck et al. 1994;Powlson和Barraclough 1993;Shearer和Kohl 1993)。

在多季研究中，应特别注意确保取样或收获操作不会造成地块之间的交叉污染。当大量物质(例如玉米秸秆)在农田中运输时，其15N浓度相对较高(Hauck et al. 1994;Powlson和Barraclough 1993)。

对于土壤取样，需要混合足够数量的岩心，以便以给定的精度准确估计小区平均值。戈麦斯和戈麦斯(1984)和Hauck等人(1994)提供了核心估计数量的例子。在探索不同的土壤层位时，通常会发现不同的15N富集。靠近地表的土壤通常比深层土壤具有更高的15N富集(Powlson和Barraclough 1993)。

取样和材料处理也需要非常小心地执行，并使用合适的设备，以避免交叉污染。在准备样品进行分析时要遵循的最重要的规则是(a)避免在所有步骤中进行定量转换同位素分馏在不完全转换或N损失时;(b)避免任何污染，特别是用浓缩物质污染自然丰度样品;(c)具有代表性的均质子样品;(d)复制样本;(e)实验室间比较。当需要研磨植物或土壤样品时，圆盘或球磨机在后续样品之间更容易清洗，通常比锤磨或刀磨能实现更细的研磨(Powlson和Barraclough 1993)。

继续阅读:分析方法

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