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一種原位測定多年生植被碳源碳匯的同位素示蹤法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種原位測定多年生植被碳源碳匯的同位素示蹤法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行：步驟1：測定當(dāng)?shù)乜諝舛趸紳舛扔洖镃0；步驟2：收集植物覆蓋地塊的樣品，得到G1、G2、G3；步驟3：收集裝置氣體回收性能樣品，得到G4、G5；步驟4：收集當(dāng)?shù)卮髿舛趸紭悠罚玫紾6；步驟5：將步驟1至步驟4每月中旬進(jìn)行一次；步驟6：將以上步驟所得到的C0和G1、G2、G3、G4、G5、G6進(jìn)行碳源碳匯計(jì)算，得到每公頃植被年呼吸碳量(A年，噸)、每公頃植被年凈固定碳量(B年，噸)和每公頃植被年固定碳量(D年，噸)。本發(fā)明的有益效果是測定方法精度高操作簡單。
【專利說明】一種原位測定多年生植被碳源碳匯的同位素示蹤法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境科技【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種原位測定多年生植被碳源碳匯的同位素示蹤法。
【背景技術(shù)】
[0002]人類活動(dòng)已導(dǎo)致大氣二氧化碳濃度急劇增加，所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)及全球變化已引起全世界各國的高度關(guān)注。碳源碳匯的估算已經(jīng)成為適應(yīng)全球氣候變化和增匯減排機(jī)制研究中的重要內(nèi)容。國內(nèi)外學(xué)者針對碳匯碳源及其估算方法作了定量的研究。其中陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡是全球變化科學(xué)中的核心問題之一，也已經(jīng)建立了許多陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的研究方法。地面碳同位素方法是分析陸地碳平衡非常有用的方法之一，特別適用于探討陸地碳平衡的主導(dǎo)因子及其對全球變化的響應(yīng)。然而由于陸地生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，地面同位素法將小范圍的研究結(jié)果外推到區(qū)域甚至全球水平式，會(huì)引起較大的誤差。同時(shí)地面同位素法多使用微區(qū)標(biāo)記法，及設(shè)置特定面積的微區(qū)進(jìn)行標(biāo)記，并對植物、土壤進(jìn)行取樣測定后加一計(jì)算，操作難度較大，不宜于設(shè)置多微區(qū)測定，尤其不適宜不同季節(jié)測定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在提供一種原位測定多年生植被碳源碳匯的同位素示蹤法，解決了現(xiàn)有碳源碳匯測定的地面同位素方法的誤差大且操作復(fù)雜的問題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是按照以下步驟進(jìn)行:
[0005]步驟1:測定當(dāng)?shù)乜諝舛趸紳舛扔洖镃O (mg/L)；
[0006]步驟2:對植物覆蓋地塊的測定操作:
[0007]①選有代表性的植物覆蓋地塊5塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每塊地上蓋上無底有機(jī)玻璃箱，對每一個(gè)玻璃箱進(jìn)行如下相同操作:沿著箱子底部挖溝，使箱子底邊嵌入土壤5cm，再用細(xì)土沿著箱底覆蓋，壓實(shí)，打開所有進(jìn)氣口、出氣口，平衡15分鐘；②在氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶中加入99%豐度、Img的Na213CO3固體樣品1，將Na213CO3固體樣品I記為G1，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱其中一個(gè)進(jìn)氣口和氣體發(fā)生裝置連接、關(guān)閉其它三個(gè)進(jìn)氣口和所有出氣口，用注射器向氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶注入0.1N鹽酸溶液5ml，幾分鐘后，通過氣體發(fā)生裝置中外接的漏斗使氣體反應(yīng)瓶注滿水，將空氣全部排出，關(guān)閉連接氣體發(fā)生裝置的進(jìn)氣口開關(guān)，撤走氣體發(fā)生裝置，倒空氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶的水，整個(gè)裝置靜置2h，使無底有機(jī)玻璃箱中的植被進(jìn)行光合作用在四個(gè)氣體吸收裝置中的氣體接收瓶中各加入IOOg乙醇胺，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，用膠管將四個(gè)真空泵與四個(gè)氣體吸收裝置連接；④啟動(dòng)真空泵，打開所有出氣口開關(guān)，進(jìn)行氣體回收，I分鐘后，打開所有進(jìn)氣口開關(guān)，大約15分鐘后，關(guān)閉所有進(jìn)氣口、出氣口開關(guān)，關(guān)閉真空泵，停止回收；⑤每天上午重復(fù)上述②和④各兩次，時(shí)間分別為6:00-8:00和8:30-10:30，下午重復(fù)②和④各兩次，時(shí)間分別為13:00-15:00和15:30-17:30，在當(dāng)天下午18:00至第二天早上6:00期間打開真空泵，并打開無底有機(jī)玻璃箱所有進(jìn)氣口、出氣口，繼續(xù)接收氣體,早上6:00之后撤走氣體吸收裝置，此時(shí)所有氣體接收瓶中液體混合樣品記為G2 ;⑥所有氣體吸收裝置換上新的接收瓶和接收液，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，開動(dòng)真空泵，打開所有進(jìn)氣口、出氣口，直到第三天早上6:00，撤走所有氣體吸收裝置，所有氣體接收瓶中液體混合樣品記為G3，撤走所有裝置；
[0008]步驟3:裝置氣體回收性能鑒定:
[0009]I)在一塊無植物平地上進(jìn)行，蓋上無底有機(jī)玻璃箱，用細(xì)土沿著底邊鋪蓋壓實(shí)，進(jìn)氣口用膠管連接氣體發(fā)生裝置，出氣口連接氣體接收瓶，打開所有進(jìn)氣、出氣入口，平衡15分鐘；2)在氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶中加入99%豐度，Img的Na213CO3固體樣品2，此時(shí)的Na213CO3固體樣品2記為G4，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱其中一個(gè)進(jìn)氣口和氣體發(fā)生裝置連接，關(guān)閉其它三個(gè)進(jìn)氣口開關(guān)和所有出氣口開關(guān)，用注射器向氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶注入0.1N鹽酸溶液5ml，幾分鐘后，通過氣體發(fā)生裝置中外接的漏斗使氣體反應(yīng)瓶注滿水，將空氣全部排出，關(guān)閉連接氣體發(fā)生裝置的進(jìn)氣口，撤走氣體發(fā)生裝置，倒空氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶的水，整個(gè)裝置靜置2h ；3)在四個(gè)氣體吸收裝置中的氣體接收瓶中各加入IOOg乙醇胺，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，用膠管將四個(gè)真空泵與四個(gè)氣體吸收裝置連接；4)啟動(dòng)真空泵，打開所有出氣口，進(jìn)行氣體回收，I分鐘后，打開所有進(jìn)氣口，大約15分鐘后，關(guān)閉所有進(jìn)氣口、出氣口，關(guān)閉真空泵，停止回收；5)每天上午重復(fù)上述2)和4)各2次，時(shí)間分別為6:00-8:00和8:30-10:30，下午重復(fù)2)和4)各兩次，時(shí)間分別為13:00-15:00和15:30-17:30 ;在當(dāng)天下午18:00-第二天早上6:00期間打開真空泵，并打開無底有機(jī)玻璃箱所有進(jìn)氣口、出氣口，繼續(xù)接收氣體，早上6:00之后撤走氣體吸收裝置，此時(shí)所有氣體接收瓶中液體混合樣品記為G5 ；
[0010]步驟4:當(dāng)?shù)卮髿舛趸际占?
[0011]在一塊無植物平地上進(jìn)行，蓋上無底有機(jī)玻璃箱，用細(xì)土沿著底邊鋪蓋壓實(shí)，進(jìn)氣口用膠管連接氣體發(fā)生裝置，出氣口連接氣體接收瓶，打開所有進(jìn)氣、出氣入口，平衡15分鐘，在氣體吸收裝置中氣體接收瓶中加入IOOml乙醇胺，用乳膠管連接出氣口和氣體吸收裝置，用膠管將真空泵與氣體吸收裝置連接，打開出氣口開關(guān)，啟動(dòng)真空泵，進(jìn)行氣體回收，大約15分鐘后，停止回收，氣體接收瓶中液體樣品記為G6 ；
[0012]步驟5:步驟I至步驟4每月中旬進(jìn)行一次，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行I年；
[0013]步驟6:進(jìn)行碳源碳匯計(jì)算:
[0014]樣品Gl、G2、G3、G4、G5和G6分別測定碳濃度，測定方法用現(xiàn)有技術(shù)和規(guī)范，計(jì)算總碳量，分別記為Cl、C2、C3、C4、C5和C6，單位為mg ；
[0015]樣品Gl、G2、G3、G4、G5和G6分別在同位素比例質(zhì)譜儀上測定13C豐度，分別記為α 1、α 2、α 3、α 4、α 5 和 α 6 ;
[0016]碳源碳匯計(jì)算方法:
[0017]裝置氣體回收率計(jì)算:
[0018]β (% ) = C5 ( α 5- α 6) /C4 ( α 4- α 6) XlOO
[0019]一次試驗(yàn)中示蹤13C量:
[0020]X I (mg) = Cl ( α 1- α 6)，
[0021]一次每m2植被第一天回收示蹤13C量:
[0022]X 2 (mg) = C2 ( α 2_ α 6) / β，[0023]實(shí)驗(yàn)第二天沒有13C標(biāo)記，收集的13C全部為呼吸產(chǎn)生，則一天每m2植被呼吸產(chǎn)生不蹤13C量:
[0024]X 3 (mg) = C3 ( α 3_ α 6) / β，
[0025]假定12C和13C在光合固定和呼吸中沒有選擇性，則每mg示蹤13C代表的總碳量為:
[0026]φ (mg) = 1000C0/ x I,
[0027]其中1000為有機(jī)玻璃箱的體積L，CO為大氣碳濃度mg/L，
[0028]實(shí)驗(yàn)第二天沒有13C標(biāo)記，收集的13C全部為呼吸產(chǎn)生，則一天每m2植被呼吸碳量為:
[0029]A= Φ X X 3,
[0030]實(shí)驗(yàn)第一天植物光合作用固定了 13C,同時(shí)植物呼吸又釋放出13C,每次試驗(yàn)中示蹤13C量X I與每次每m2植被第一天回收示蹤13C量X 2的差值，就是一天每m2植被凈固定的13C量，則一天每Hl2植被凈固定的碳量:
[0031]B= Φ X (X 1-X 2),
[0032]一天每m2植被光合作用固定的碳量為一天每m2植被凈固定的碳量一天每m2植被呼吸碳量之和:
[0033]D = ΦΧ(χ1_χ2) + ΦΧχ3
[0034]每月進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，一年12個(gè)月進(jìn)行12次，則平均每天每m2植被呼吸碳量(Α〒 mg)、平均每天每m2植被凈固定的碳`量和平均每天每m2植被光合作用固定的
碳量(D〒tt,mg)分別為:
[0035]A平均=(Σ A)/12/5，
[0036]B平均=(Σ B)/12/5，
[0037]D平均=(Σ D)/12/5，
[0038]每年365天，每公頃為10000m2，則每公頃植被年呼吸碳量(A￥，噸)、每公頃植被年凈固定碳量(B￥，噸)和每公頃植被年固定碳量(d￥，噸)分別為:
[0039]A年=365 X KT9A平均(噸/公頃)，
[0040]B 年=365 X KT9B 平均(噸/公頃)，
[0041]D年=365 X KT9B平均(噸 / 公頃)。
[0042]本發(fā)明的有益效果是測定方法精度高操作簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置無底有機(jī)玻璃箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置氣體吸收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖3是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置氣體發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0047]一、實(shí)驗(yàn)裝置:
[0048]如圖1所示無底有機(jī)玻璃箱(ImX ImX lm，即長寬高都為Im)，頂部四角離頂邊10cm、底部四角離底邊IOcm處分別設(shè)有4個(gè)入氣口和4個(gè)出氣口，入氣口和出氣口均帶開關(guān)并可用膠管與外界連接。
[0049]氣體吸收裝置，如圖2所示，內(nèi)有I個(gè)氣體接收瓶I和盛有氫氧化鈉固體的干燥塔2，氣體接收瓶I瓶口伸出連根管子，一根連接干燥塔2，另一根用來接無底有機(jī)玻璃箱出氣□。
[0050]氣體發(fā)生裝置，如圖3所示，帶軟塞的氣體反應(yīng)瓶4，軟塞中央穿過兩根小玻璃管，一根連接漏斗，一根用來接無底有機(jī)玻璃箱進(jìn)氣口。
[0051]真空泵3，如圖2所示，與氣體吸收裝置的干燥塔連接。
[0052]所用試劑:
[0053]Na213CO3
[0054]鹽酸溶液(0.1N)
[0055]乙醇胺，分析純
[0056]蒸餾水
[0057]二、試驗(yàn)方法:
[0058]步驟1:當(dāng)?shù)乜諝舛趸紳舛?C02)測定:
[0059]利用常規(guī)大氣二氧化碳檢測儀測定均可。折算為碳濃度，記為CO (mg/L)。
[0060]步驟2:對植物覆蓋地塊的測定操作:
[0061]①選有代表性的植物覆蓋地塊5塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每塊地上蓋上無底有機(jī)玻璃箱，對每一個(gè)玻璃箱進(jìn)行如下相同操作:沿著箱子底部挖溝，使箱子底邊嵌入土壤5cm，再用細(xì)土沿著箱底覆蓋，壓實(shí)，打開所有進(jìn)氣口、出氣口，平衡15分鐘；②在氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶4中加入99%豐度、Img的Na213CO3固體樣品1，將Na213CO3固體樣品I記為Gl，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱其中一個(gè)進(jìn)氣口和氣體發(fā)生裝置連接、關(guān)閉其它三個(gè)進(jìn)氣口和所有出氣口，用注射器向氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶4注入0.1N鹽酸溶液5ml，幾分鐘后，通過氣體發(fā)生裝置中外接的漏斗使氣體反應(yīng)瓶4注滿水，將空氣全部排出，關(guān)閉連接氣體發(fā)生裝置的進(jìn)氣口開關(guān)，撤走氣體發(fā)生裝置，倒空氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶4的水，整個(gè)裝置靜置2h，使無底有機(jī)玻璃箱中的植被進(jìn)行光合作用在四個(gè)氣體吸收裝置中的氣體接收瓶I中各加入IOOg乙醇胺，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，用膠管將四個(gè)真空泵3與四個(gè)氣體吸收裝置連接；④啟動(dòng)真空泵3，打開所有出氣口開關(guān)，進(jìn)行氣體回收，I分鐘后，打開所有進(jìn)氣口開關(guān)，大約15分鐘后，關(guān)閉所有進(jìn)氣口、出氣口開關(guān)，關(guān)閉真空泵3，停止回收；?每天上午重復(fù)上述②和④各兩次，時(shí)間分別為6:00-8:00和8:30-10:30，下午重復(fù)②和④各兩次，時(shí)間分別為13:00-15:00和15:30-17:30，在當(dāng)天下午18:00至第二天早上6:00期間打開真空泵3，并打開無底有機(jī)玻璃箱所有進(jìn)氣口、出氣口，繼續(xù)接收氣體，早上6:00之后撤走氣體吸收裝置，此時(shí)所有氣體接收瓶I中液體混合樣品記為G2 ;⑥所有氣體吸收裝置換上新的接收瓶和接收液，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，開動(dòng)真空泵3，打開所有進(jìn)氣口、出氣口，直到第三天早上6:00，撤走所有氣體吸收裝置，所有氣體接收瓶I中液體混合樣品記為G3，撤走所有裝置；
[0062]步驟3:裝置氣體回收性能鑒定:
[0063]I)在一塊無植物平地上進(jìn)行，蓋上無底有機(jī)玻璃箱，用細(xì)土沿著底邊鋪蓋壓實(shí)，進(jìn)氣口用膠管連接氣體發(fā)生裝置，出氣口連接氣體接收瓶1，打開所有進(jìn)氣、出氣入口，平衡15分鐘；2)在氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶4中加入99%豐度，Img的Na213CO3固體樣品2，此時(shí)的Na213CO3固體樣品2記為G4，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱其中一個(gè)進(jìn)氣口和氣體發(fā)生裝置連接，關(guān)閉其它三個(gè)進(jìn)氣口開關(guān)和所有出氣口開關(guān)，用注射器向氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶4注入0.1N鹽酸溶液5ml，幾分鐘后，通過氣體發(fā)生裝置中外接的漏斗使氣體反應(yīng)瓶4注滿水，將空氣全部排出，關(guān)閉連接氣體發(fā)生裝置的進(jìn)氣口，撤走氣體發(fā)生裝置，倒空氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶4的水，整個(gè)裝置靜置2h ；3)在四個(gè)氣體吸收裝置中的氣體接收瓶I中各加入IOOg乙醇胺，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，用膠管將四個(gè)真空泵3與四個(gè)氣體吸收裝置連接；4)啟動(dòng)真空泵3，打開所有出氣口，進(jìn)行氣體回收，I分鐘后，打開所有進(jìn)氣口，大約15分鐘后，關(guān)閉所有進(jìn)氣口、出氣口，關(guān)閉真空泵3，停止回收；5)每天上午重復(fù)上述2)和4)各2次，時(shí)間分別為6:00-8:00和8:30-10:30，下午重復(fù)2)和4)各兩次，時(shí)間分別為13:00-15:00和15:30-17:30 ;在當(dāng)天下午18:00-第二天早上6:00期間打開真空泵3，并打開無底有機(jī)玻璃箱所有進(jìn)氣口、出氣口，繼續(xù)接收氣體，早上6:00之后撤走氣體吸收裝置，此時(shí)所有氣體接收瓶I中液體混合樣品記為G5 ；
[0064]步驟4:當(dāng)?shù)卮髿舛趸际占?
[0065]在一塊無植物平地上進(jìn)行，蓋上無底有機(jī)玻璃箱，用細(xì)土沿著底邊鋪蓋壓實(shí)，進(jìn)氣口用膠管連接氣體發(fā)生裝置，出氣口連接氣體接收瓶1，打開所有進(jìn)氣、出氣入口，平衡15分鐘，在氣體吸收裝置中氣體接收瓶I中加入IOOml乙醇胺，用乳膠管連接出氣口和氣體吸收裝置，用膠管將真空泵3與氣體吸收裝置連接，打開出氣口開關(guān)，啟動(dòng)真空泵3，進(jìn)行氣體回收,大約15分鐘后，停止回收，氣體接收瓶I中液體樣品記為G6 ；
[0066]步驟5:步驟I至步驟4每月中旬進(jìn)行一次，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行I年；
[0067]步驟6:進(jìn)行碳源碳匯計(jì)算:
[0068]樣品Gl、G2、G3、G4、G5和G6分別測定碳濃度，測定方法用現(xiàn)有技術(shù)和規(guī)范，計(jì)算總碳量，分別記為Cl、C2、C3、C4、C5和C6，單位為mg ；
[0069]樣品Gl、G2、G3、G4、G5和G6分別在同位素比例質(zhì)譜儀上測定13C豐度，分別記為α 1、α 2、α 3、α 4、α 5和α 6,單位為mg ;碳源碳匯計(jì)算方法:
[0070]裝置氣體回收率計(jì)算:
[0071]β (% ) = C5 ( α 5- α 6) /C4 ( α 4- α 6) XlOO
[0072]一次試驗(yàn)中示蹤13C量:
[0073]X I (mg) = Cl ( α 1- α 6)，
[0074]一次每m2植被第一天回收示蹤13C量:
[0075]X 2 (mg) = C2 ( α 2- α 6) / β，
[0076]實(shí)驗(yàn)第二天沒有13C標(biāo)記，收集的13C全部為呼吸產(chǎn)生，則一天每m2植被呼吸產(chǎn)生不蹤13C量:
[0077]X 3 (mg) = C3 ( α 3_ α 6) / β，
[0078]假定12C和13C在光合固定和呼吸中沒有選擇性，則每mg示蹤13C代表的總碳量為:
[0079]φ (mg) = 1000C0/ x I,
[0080]其中1000為有機(jī)玻璃箱的體積L，CO為大氣碳濃度mg/L，
[0081]實(shí)驗(yàn)第二天沒有13C標(biāo)記，收集的13C全部為呼吸產(chǎn)生，則一天每m2植被呼吸碳量為:
[0082]A= Φ X X 3，
[0083]實(shí)驗(yàn)第一天植物光合作用固定了 13C,同時(shí)植物呼吸又釋放出13C,每次試驗(yàn)中示蹤13C量X I與每次每m2植被第一天回收示蹤13C量X 2的差值，就是一天每m2植被凈固定的13C量，則一天每Hl2植被凈固定的碳量:
[0084]B= Φ X ( X 1- X 2),
[0085]一天每m2植被光合作用固定的碳量為一天每m2植被凈固定的碳量一天每m2植被呼吸碳量之和:
[0086]D = ΦΧ(χ1_χ2) + ΦΧχ3
[0087]每月進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，一年12個(gè)月進(jìn)行12次，則平均每天每m2植被呼吸碳量(Α〒@，mg)、平均每天每m2植被凈固定的碳量和平均每天每m2植被光合作用固定的碳量(D〒tt,mg)分別為:
[0088]A平均=(Σ A)/12/5，
[0089]B平均=(Σ B)/12/5，
[0090]D平均=(Σ D)/12/5，
[0091]每年365天，每公頃為10000m2，則每公頃植被年呼吸碳量(A￥，噸)、每公頃植被年凈固定碳量(B￥，噸)和每公頃植被年固定碳量(d￥，噸)分別為:
[0092]A年=365 X KT9A平 均(噸/公頃)，
[0093]B 年=365 X KT9B 平均(噸/公頃)，
[0094]D年=365 X KT9B平均(噸 / 公頃)。
[0095]本發(fā)明的方法采用特定的標(biāo)記裝置進(jìn)行原位標(biāo)記，不需要對植株和土壤取樣，操作簡單，可同時(shí)設(shè)置更多的微區(qū)，且根據(jù)不同的季節(jié)進(jìn)行，代表性更強(qiáng)，研究結(jié)果外推到計(jì)算整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳源碳匯更可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種原位測定多年生植被碳源碳匯的同位素示蹤法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: 步驟1:測定當(dāng)?shù)乜諝舛趸紳舛扔洖镃O(mg/L)； 步驟2:對植物覆蓋地塊的測定操作: ①選有代表性的植物覆蓋地塊5塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每塊地上蓋上無底有機(jī)玻璃箱，對每一個(gè)玻璃箱進(jìn)行如下相同操作:沿著箱子底部挖溝，使箱子底邊嵌入土壤5cm，再用細(xì)土沿著箱底覆蓋，壓實(shí)，打開所有進(jìn)氣口、出氣口，平衡15分鐘；②在氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶(4)中加入99%豐度、Img的Na213CO3固體樣品1，將Na213CO3固體樣品I記為Gl，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱其中一個(gè)進(jìn)氣口和氣體發(fā)生裝置連接、關(guān)閉其它三個(gè)進(jìn)氣口和所有出氣口，用注射器向氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶(4)注入0.1N鹽酸溶液5ml，幾分鐘后，通過氣體發(fā)生裝置中外接的漏斗使氣體反應(yīng)瓶(4)注滿水，將空氣全部排出，關(guān)閉連接氣體發(fā)生裝置的進(jìn)氣口開關(guān)，撤走氣體發(fā)生裝置，倒空氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶(4)的水，整個(gè)裝置靜置2h，使無底有機(jī)玻璃箱中的植被進(jìn)行光合作用；③在四個(gè)氣體吸收裝置中的氣體接收瓶(I)中各加入100g乙醇胺，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，用膠管將四個(gè)真空泵(3)與四個(gè)氣體吸收裝置連接；④啟動(dòng)真空泵(3)，打開所有出氣口開關(guān)，進(jìn)行氣體回收，I分鐘后，打開所有進(jìn)氣口開關(guān)，大約15分鐘后，關(guān)閉所有進(jìn)氣口、出氣口開關(guān)，關(guān)閉真空栗(3),停止回收；?每天上午重復(fù)上述②和④各兩次，時(shí)間分別為6:00-8:00和8:30-10:30，下午重復(fù)②和④各兩次，時(shí)間分別為13:00-15:00和15:30-17:30，在當(dāng)天下午18:00至第二天早上6:00期間打開真空泵(3)，并打開無底有機(jī)玻璃箱所有進(jìn)氣口、出氣口，繼續(xù)接收氣體，早上6:00之后撤走氣體吸收裝置，此時(shí)所有氣體接收瓶(I)中液體混合樣品記為G2 ;⑥所有氣體吸收裝置換上新的接收瓶和接收液，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，開動(dòng)真空泵(3)，打開所有進(jìn)氣口、出氣口，直到第三天早上6:00，撤走所有氣體吸收裝置，所有氣體接收瓶(I)中液體混合樣品記為G3，撤走所有`裝置； 步驟3:裝置氣體回收性能鑒定: I)在一塊無植物平地上進(jìn)行，蓋上無底有機(jī)玻璃箱，用細(xì)土沿著底邊鋪蓋壓實(shí)，進(jìn)氣口用膠管連接氣體發(fā)生裝置，出氣口連接氣體接收瓶(I)，打開所有進(jìn)氣、出氣入口，平衡15分鐘；2)在氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶(4)中加入99%豐度，Img的Na213CO3固體樣品`2，此時(shí)的Na213CO3固體樣品2記為G4，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱其中一個(gè)進(jìn)氣口和氣體發(fā)生裝置連接，關(guān)閉其它三個(gè)進(jìn)氣口開關(guān)和所有出氣口開關(guān)，用注射器向氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶(4)注入0.1N鹽酸溶液5ml，幾分鐘后，通過氣體發(fā)生裝置中外接的漏斗使氣體反應(yīng)瓶(4)注滿水，將空氣全部排出，關(guān)閉連接氣體發(fā)生裝置的進(jìn)氣口，撤走氣體發(fā)生裝置，倒空氣體發(fā)生裝置中的氣體反應(yīng)瓶(4)的水，整個(gè)裝置靜置2h;3)在四個(gè)氣體吸收裝置中的氣體接收瓶(I)中各加入100g乙醇胺，用乳膠管將無底有機(jī)玻璃箱四個(gè)出氣口和四個(gè)氣體吸收裝置連接，用膠管將四個(gè)真空泵(3)與四個(gè)氣體吸收裝置連接；4)啟動(dòng)真空泵(3)，打開所有出氣口，進(jìn)行氣體回收，I分鐘后，打開所有進(jìn)氣口，大約15分鐘后，關(guān)閉所有進(jìn)氣口、出氣口，關(guān)閉真空泵(3)，停止回收；5)每天上午重復(fù)上述2)和4)各2次，時(shí)間分別為6:00-8:00和8:30-10:30，下午重復(fù)2)和4)各兩次，時(shí)間分別為13:00-15:00和`15:30-17:30 ;在當(dāng)天下午18:00-第二天早上6:00期間打開真空泵(3)，并打開無底有機(jī)玻璃箱所有進(jìn)氣口、出氣口，繼續(xù)接收氣體，早上6: OO之后撤走氣體吸收裝置，此時(shí)所有氣體接收瓶(I)中液體混合樣品記為G5 ； 步驟4:當(dāng)?shù)卮髿舛趸际占? 在一塊無植物平地上進(jìn)行，蓋上無底有機(jī)玻璃箱，用細(xì)土沿著底邊鋪蓋壓實(shí)，進(jìn)氣口用膠管連接氣體發(fā)生裝置，出氣口連接氣體接收瓶(I)，打開所有進(jìn)氣、出氣入口，平衡15分鐘，在氣體吸收裝置中氣體接收瓶(I)中加入100ml乙醇胺，用乳膠管連接出氣口和氣體吸收裝置，用膠管將真空泵(3)與氣體吸收裝置連接，打開出氣口開關(guān)，啟動(dòng)真空泵(3)，進(jìn)行氣體回收，大約15分鐘后,停止回收,氣體接收瓶(I)中液體樣品記為G6 ； 步驟5:步驟I至步驟4每月中旬進(jìn)行一次，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行I年； 步驟6:進(jìn)行碳源碳匯計(jì)算: 樣品Gl、G2、G3、G4、G5和G6分別測定碳濃度，測定方法用現(xiàn)有技術(shù)和規(guī)范，計(jì)算總碳量，分別記為Cl、C2、C3、C4、C5和C6，單位為mg ； 樣品G1、G2、G3、G4、G5和G6分別在同位素比例質(zhì)譜儀上測定13C豐度，分別記為α 1、α 2、α 3、α 4、α 5 和 α 6 ; 碳源碳匯計(jì)算方法: 裝置氣體回收率計(jì)算: β (% ) = C5 ( α 5- α 6) /C4 ( α 4- α 6) X 100 一次試驗(yàn)中示蹤13C量:
X I (mg) = Cl ( α 1- α 6)， 一次每m2植被第一天回收示蹤13C量:
X 2 (mg) = C2 ( α 2- α 6) / β， 實(shí)驗(yàn)第二天沒有13C標(biāo)記，收集的13C全部為呼吸產(chǎn)生，則一天每m2植被呼吸產(chǎn)生示蹤13/-^ 曰-C里:
X 3 (mg) = C3 ( α 3_ α 6) / β， 假定12C和13C在光合固定和呼吸中沒有選擇性，則每mg示蹤13C代表的總碳量為:
Φ (mg) = lOOOCO/x 1， 其中1000為有機(jī)玻璃箱的體積L，CO為大氣碳濃度mg/L， 實(shí)驗(yàn)第二天沒有13C標(biāo)記，收集的13C全部為呼吸產(chǎn)生，則一天每m2植被呼吸碳量為: A= Φ X X 3, 實(shí)驗(yàn)第一天植物光合作用固定了 13C,同時(shí)植物呼吸又釋放出13C,每次試驗(yàn)中示蹤13C量X I與每次每Hi2植被第一天回收示蹤13C量X 2的差值，就是一天每m2植被凈固定的13C量，則一天每m2植被凈固定的碳量:
B= φ X ( X 1- X 2), 一天每Hl2植被光合作用固定的碳量為一天每Hl2植被凈固定的碳量一天每Hl2植被呼吸碳量之和: D = ΦΧ(χ1-χ2) + ΦΧχ3 則平均每天每m2植被呼吸碳量(ATO，mg)、平均每天每m2植被凈固定的碳量(B〒tt，mg)和平均每天每m2植被光合作用固定的碳量(D〒tt，mg)分別為:
A 平均=(Σ A) /12/5,Bw= ( Σ B)/12/5， D 平均=(Σ D)/12/5， 每年365天，每公頃為10000m2，則每公頃植被年呼吸碳量(A￥，噸)、每公頃植被年凈固定碳量(B￥，噸)和每公頃植被年固定碳量(D￥，噸)分別為: A年=365 X IO-9A平均(噸/公頃)， B年=365X10_9B平均(噸/公頃)， D年=365Χ10- 9Β平均(噸/公頃)。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK103698476SQ201310699479
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】潘家榮, 馮濤, 張弛, 梁世正 申請人:中國計(jì)量學(xué)院