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【技術(shù)應(yīng)用】LIBS系統(tǒng)用于土壤沙漠化中的碳氮快檢及C/N比變化規(guī)律的研究

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公司名稱北京澳作生態(tài)儀器有限公司
品牌
型號
所在地北京市
廠商性質(zhì)其他
更新時間2022/9/27 10:15:24
訪問次數(shù)238

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作為一個以“生態(tài)儀器”命名的專業(yè)儀器公司，從成立之初，澳作生態(tài)儀器有限公司就致力于引進、推廣的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和儀器設(shè)備，并根據(jù)國內(nèi)的科研需求研發(fā)、定制生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)施和儀器。時至今日，已經(jīng)走過二十年的歷程。公司具有一支由實力雄厚的科研技術(shù)人員組成的團隊，85% 以上具有本科或本科以上學歷，其中一半人員具備碩士以上學歷。公司總部位于中關(guān)村翠湖科技園云中心，在廣州，南京、成都、鄭州、泰安、新疆設(shè)立了營銷、技術(shù)服務(wù)中心，網(wǎng)絡(luò)化辦公上給予客戶周到便利的咨訊和服務(wù)。澳作公司全體同仁秉承“協(xié)作開拓共同發(fā)展”的經(jīng)營理念，積極為國內(nèi)用戶提供生態(tài)儀器技術(shù)咨詢、方案設(shè)計、客戶化系統(tǒng)集成、儀器設(shè)備調(diào)試安裝等各類優(yōu)質(zhì)服務(wù)。公司先后為“雙”學科建設(shè)、中科院修購項目、“985”工程、中科院“中國生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN）”、中國森林生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)（CFERN）、知識創(chuàng)新工程、國家“948”項目、“973”項目、“863”項目、高校“211”工程、重點學科建設(shè)、中地共建、新疆建設(shè)兵團等提供儀器設(shè)備、技術(shù)方案集成和咨詢，同時成功通過ISO9001 質(zhì)量管理體系國際認證。此外公司還協(xié)助完成了多項國內(nèi)外重大科研項目和課題。其中森林生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測方法的土壤、水文監(jiān)測等儀器技術(shù)被列為2011 年中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準。澳作公司還積極和國內(nèi)科研人員一起研發(fā)，改造了歐盟第三代蒸滲技術(shù)使之更適合國內(nèi)的科研要求，測量精度達到水平，取得了多項。公司自主研發(fā)的根系觀測系統(tǒng)、模擬降雨器等設(shè)施國外儀器的功能空白。展望未來，澳作公司將利用中關(guān)村翠湖科技園區(qū)的政策優(yōu)勢，在國家自主創(chuàng)新政策的扶持下，產(chǎn)學研相結(jié)合，深化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測設(shè)施及儀器設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、集成、數(shù)據(jù)服務(wù)等業(yè)務(wù)，為中國的生態(tài)環(huán)境改善和可持續(xù)發(fā)展貢獻一份力量。

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【技術(shù)應(yīng)用】LIBS系統(tǒng)用于土壤沙漠化中的碳氮快檢及C/N比變化規(guī)律的研究產(chǎn)品信息

土壤沙漠化破壞土地資源，使可利用土地減少、質(zhì)量下降，造成農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)減產(chǎn)甚至絕收，對生物多樣性構(gòu)成嚴重威脅?，F(xiàn)已成為危及我國廣大干旱和半干旱地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。

我國北方地區(qū)，尤其是內(nèi)蒙古自治區(qū)是沙塵暴向南運動的必經(jīng)之地。從當?shù)刂脖坏耐嘶闆r看，中度、重度退化的草地占50%以上。沙質(zhì)、石質(zhì)土壤占50%以上，潛在的沙漠化土壤面積占有相當大的比例，而且情況有越來越嚴重的趨勢。本文重點研究土壤不同沙漠化階段與沙漠化過程中的土壤碳、氮含量變化和土壤質(zhì)地有何關(guān)系以及C/N比的變化規(guī)律等。

試驗地境內(nèi)土壤為栗鈣土，也有少部分灰褐土、黑鈣土和風沙土。實驗前從0-20cm處的土壤取75個樣點混合封裝，風干后過篩處理，最后烘干。使用臺式壓片機將土壤樣品壓片，壓力20噸，保壓時間4分鐘。利用激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術(shù)快速測量碳和氮的含量。

激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術(shù)是一種新興的元素檢測和分析技術(shù)。當激光作用于樣品表面時，在極短的時間內(nèi)誘導產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過對等離子體發(fā)出的光譜進行收集分析，建立光譜與元素一一對應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素，檢測限可達ppm級。通過標準物質(zhì)定標后可以進一步得到元素的含量信息。該技術(shù)測量速度快，無需前處理，無污染。

碳元素的檢測

氮元素的檢測

將全部土壤樣品分為5類，再與地上的群落類型相對應(yīng)，把這5個階段視為沙漠化潛在階段、輕度階段、中度階段、重度階段和極度階段。通過實驗可以看出，不同類型間有著明顯的差異。采用方差分析、相關(guān)分析，對所取得樣地數(shù)據(jù)、土壤碳、氮含量以及土壤顆粒組成進行分析，可以得到土壤沙漠化過程中的碳氮衰減規(guī)律。

從左下表中可以看出，三個因素間是正相關(guān)關(guān)系，而且氮元素與粘粒含量間得相關(guān)系數(shù)分別大于碳氮含量間的相關(guān)系數(shù)和碳含量與粘粒含量間的相關(guān)系數(shù)，可見三者間雖然有著同增同減性，但是氮與粘粒含量間的關(guān)系要密切于碳氮間的關(guān)系。因此，土壤中的粘粒含量的顯著減少將導致土壤氮的明顯衰減。

土壤沙漠化過程的每一個階段變化都體現(xiàn)在土壤碳氮含量和粘粒含量有規(guī)律的變化上，反映在土壤碳氮含量的減少、質(zhì)地變粗。從右上表中可以看出3個因素在5個類型間的差異極為明顯，表明土壤全碳、全氮以及粘粒含量在5個類型中差異顯著。

土壤中的C/N比是一個重要的指標，如果C/N比值很大，則在其礦化作用的最初階段，微生物的同化量會超過礦化作用所提供的有效氮含量，可能使植物缺氮的現(xiàn)象更為嚴重。如果C/N比值很小，則在其礦化作用之初就能供應(yīng)給植物所需的有效氮含量，因此C/N比對植物的生長至關(guān)重要。

土壤沙漠化不同階段的C/N比呈現(xiàn)增加的趨勢，按階段順序為：8.11 -> 13.96 -> 12.36 -> 19.96 -> 28.17，在相同的氮含量條件下，C/N比小則更能有效地為植物提供養(yǎng)分，隨著沙漠化進程，土壤碳氮含量顯著下降，而C/N比不斷上升，說明在土壤質(zhì)地變粗地過程中，氮含量的減少比碳含量的減少更顯著，也可能使植物缺氮的現(xiàn)象更為嚴重。

土壤沙漠化過程每一階段有其對應(yīng)的群落類型，階段的變化體現(xiàn)在土壤碳氮和粘粒含量的有規(guī)律變化，反映出土壤碳氮含量減少，質(zhì)地變粗。氮含量與粘粒含量間的相關(guān)系數(shù)0.901分別大于碳氮含量間的相關(guān)系數(shù)0.627和碳含量與粘粒含量間的相關(guān)系數(shù)0.642。因此，土壤中粘粒含量的顯著減少，土壤中氮元素的衰減要明顯大于碳元素。在總氮含量已很少的情況下，加重了氮含量的缺乏，加劇了土壤的貧瘠，沙漠化的不同階段的C/N比呈現(xiàn)增加的趨勢。

碳氮元素的快速檢測我們采用EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-99%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測器譜寬190-1040nm；三維全自動工作臺；樣品室可通入氦氣或氬氣。

本文研究了土壤碳氮元素的光譜特性，快檢方法，土壤不同沙漠化階段與沙漠化過程中的土壤碳氮元素含量變化以及C/N比的變化規(guī)律等。激光誘導擊穿光譜技術(shù)作為一種新興的、快速的、微損的化學分析技術(shù)，具有目前傳統(tǒng)儀器不具備的更多功能，隨著這一技術(shù)的發(fā)展，它必將在元素分析領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。