一种原位测定多年生植被碳源碳汇的同位素示踪法

摘要

本发明公开了一种原位测定多年生植被碳源碳汇的同位素示踪法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：测定当地空气二氧化碳浓度记为C0；步骤2：收集植物覆盖地块的样品，得到G1、G2、G3；步骤3：收集装置气体回收性能样品，得到G4、G5；步骤4：收集当地大气二氧化碳样品，得到G6；步骤5：将步骤1至步骤4每月中旬进行一次；步骤6：将以上步骤所得到的C0和G1、G2、G3、G4、G5、G6进行碳源碳汇计算，得到每公顷植被年呼吸碳量(A年，吨)、每公顷植被年净固定碳量(B年，吨)和每公顷植被年固定碳量(D年，吨)。本发明的有益效果是测定方法精度高操作简单。

主权项

一种原位测定多年生植被碳源碳汇的同位素示踪法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：测定当地空气二氧化碳浓度记为C0(mg/L)；步骤2：对植物覆盖地块的测定操作：①选有代表性的植物覆盖地块5块进行实验，每块地上盖上无底有机玻璃箱，对每一个玻璃箱进行如下相同操作：沿着箱子底部挖沟，使箱子底边嵌入土壤5cm，再用细土沿着箱底覆盖，压实，打开所有进气口、出气口，平衡15分钟；②在气体发生装置中的气体反应瓶(4)中加入99％丰度、1mg的Na213CO3固体样品1，将Na213CO3固体样品1记为G1，用乳胶管将无底有机玻璃箱其中一个进气口和气体发生装置连接、关闭其它三个进气口和所有出气口，用注射器向气体发生装置中的气体反应瓶(4)注入0.1N盐酸溶液5ml，几分钟后，通过气体发生装置中外接的漏斗使气体反应瓶(4)注满水，将空气全部排出，关闭连接气体发生装置的进气口开关，撤走气体发生装置，倒空气体发生装置中的气体反应瓶(4)的水，整个装置静置2h，使无底有机玻璃箱中的植被进行光合作用；③在四个气体吸收装置中的气体接收瓶(1)中各加入100g乙醇胺，用乳胶管将无底有机玻璃箱四个出气口和四个气体吸收装置连接，用胶管将四个真空泵(3)与四个气体吸收装置连接；④启动真空泵(3)，打开所有出气口开关，进行气体回收，1分钟后，打开所有进气口开关，大约15分钟后，关闭所有进气口、出气口开关，关闭真空泵(3)，停止回收； ⑤每天上午重复上述②和④各两次，时间分别为6:00‑8:00和8:30‑10:30，下午重复②和④各两次，时间分别为13:00‑15:00和15:30‑17:30，在当天下午18:00至第二天早上6:00期间打开真空泵(3)，并打开无底有机玻璃箱所有进气口、出气口，继续接收气体，早上6:00之后撤走气体吸收装置，此时所有气体接收瓶(1)中液体混合样品记为G2；⑥所有气体吸收装置换上新的接收瓶和接收液，用乳胶管将无底有机玻璃箱四个出气口和四个气体吸收装置连接，开动真空泵(3)，打开所有进气口、出气口，直到第三天早上6:00，撤走所有气体吸收装置，所有气体接收瓶(1)中液体混合样品记为G3，撤走所有装置；步骤3：装置气体回收性能鉴定：1)在一块无植物平地上进行，盖上无底有机玻璃箱，用细土沿着底边铺盖压实，进气口用胶管连接气体发生装置，出气口连接气体接收瓶(1)，打开所有进气、出气入口，平衡15分钟；2)在气体发生装置中的气体反应瓶(4)中加入99％丰度，1mg的Na213CO3固体样品2，此时的Na213CO3固体样品2记为G4，用乳胶管将无底有机玻璃箱其中一个进气口和气体发生装置连接，关闭其它三个进气口开关和所有出气口开关，用注射器向气体发生装置中的气体反应瓶(4)注入0.1N盐酸溶液5ml，几分钟后，通过气体发生装置中外接的漏斗使气体反应瓶(4)注满水，将空气全部排出，关闭连接气体发生装置的进气口，撤走气体发生装置，倒空气体发生装置中的气体反应瓶(4)的水，整个装置静置2h；3)在四个气体吸收装置中的气体 接收瓶(1)中各加入100g乙醇胺，用乳胶管将无底有机玻璃箱四个出气口和四个气体吸收装置连接，用胶管将四个真空泵(3)与四个气体吸收装置连接；4)启动真空泵(3)，打开所有出气口，进行气体回收，1分钟后，打开所有进气口，大约15分钟后，关闭所有进气口、出气口，关闭真空泵(3)，停止回收；5)每天上午重复上述2)和4)各2次，时间分别为6:00‑8:00和8:30‑10:30，下午重复2)和4)各两次，时间分别为13:00‑15:00和15:30‑17:30；在当天下午18:00‑第二天早上6:00期间打开真空泵(3)，并打开无底有机玻璃箱所有进气口、出气口，继续接收气体，早上6:00之后撤走气体吸收装置，此时所有气体接收瓶(1)中液体混合样品记为G5；步骤4：当地大气二氧化碳收集：在一块无植物平地上进行，盖上无底有机玻璃箱，用细土沿着底边铺盖压实，进气口用胶管连接气体发生装置，出气口连接气体接收瓶(1)，打开所有进气、出气入口，平衡15分钟，在气体吸收装置中气体接收瓶(1)中加入100ml乙醇胺，用乳胶管连接出气口和气体吸收装置，用胶管将真空泵(3)与气体吸收装置连接，打开出气口开关，启动真空泵(3)，进行气体回收，大约15分钟后，停止回收，气体接收瓶(1)中液体样品记为G6；步骤5：步骤1至步骤4每月中旬进行一次，实验进行1年；步骤6：进行碳源碳汇计算：样品G1、G2、G3、G4、G5和G6分别测定碳浓度，测定方法用现有技术和规范，计算总碳量，分别记为C1、C2、C3、C4、C5 和C6，单位为mg；样品G1、G2、G3、G4、G5和G6分别在同位素比例质谱仪上测定13C丰度，分别记为α1、α2、α3、α4、α5和α6；碳源碳汇计算方法：装置气体回收率计算：β(％)＝C5(α5‑α6)/C4(α4‑α6)×100一次试验中示踪13C量：χ1(mg)＝C1(α1‑α6)，一次每m2植被第一天回收示踪13C量：χ2(mg)＝C2(α2‑α6)/β，实验第二天没有13C标记，收集的13C全部为呼吸产生，则一天每m2植被呼吸产生示踪13C量：χ3(mg)＝C3(α3‑α6)/β，假定12C和13C在光合固定和呼吸中没有选择性，则每mg示踪13C代表的总碳量为：φ(mg)＝1000C0/χ1，其中1000为有机玻璃箱的体积L，C0为大气碳浓度mg/L，实验第二天没有13C标记，收集的13C全部为呼吸产生，则一天每m2植被呼吸碳量为：A＝φ×χ3，实验第一天植物光合作用固定了13C，同时植物呼吸又释放出13C，每次试验中示踪13C量χ1与每次每m2植被第一天回收示踪13C 量χ2的差值，就是一天每m2植被净固定的13C量，则一天每m2植被净固定的碳量：B＝φ×(χ1‑χ2)，一天每m2植被光合作用固定的碳量为一天每m2植被净固定的碳量一天每m2植被呼吸碳量之和：D＝φ×(χ1‑χ2)+φ×χ3则平均每天每m2植被呼吸碳量(A平均，mg)、平均每天每m2植被净固定的碳量(B平均，mg)和平均每天每m2植被光合作用固定的碳量(D平均，mg)分别为：A平均＝(∑A)/12/5，B平均＝(∑B)/12/5，D平均＝(∑D)/12/5，每年365天，每公顷为10000m2，则每公顷植被年呼吸碳量(A年，吨)、每公顷植被年净固定碳量(B年，吨)和每公顷植被年固定碳量(D年，吨)分别为：A年＝365×10‑9A平均(吨/公顷)，B年＝365×10‑9B平均(吨/公顷)，D年＝365×10‑9B平均(吨/公顷)。