專利名稱：森林土壤呼吸間接測定方法
森林土壤呼吸間接測定方法
技術領域：
本發明涉及一種測定森林土壤呼吸量的方法，尤其是一種通過測定森林土壤水溶 性碳的含量來間接測定土壤呼吸量的方法。
背景技術：
大氣二氧化碳濃度升高會直接導致大氣吸收太陽的長波輻射的增加，引起全球性 的氣溫上升，使氣候激烈波動。有關研究機構預計，大氣二氧化碳濃度上升1倍使全球增溫 2 4°C，極地增溫尤盛。極地永凍冰層的快速融化，使海平面在100 200年的時間里上 升5m，大大減少陸地面積，威脅著人類與陸地生物的居住安全。因此，全球氣候變暖是目前 全球環境變化研究中的一個熱點問題。森林是陸地生態系統的主體，是地球生物圈的重要組成部分。森林地上部分植被 碳庫儲存了全球80%的地上碳儲量，森林土壤碳庫儲存了全球土壤碳儲量的40%左右。因 此，森林在調節全球氣候、維持全球碳平衡中具有十分重要的作用。土壤呼吸是陸地生態系統碳素循環的主要環節，已成為向大氣釋放CO2最大的源， 土壤貯存的碳高達ι. 394X 1018g，流通量每年達68士4X 1015g，它的很小變化都會引起大氣 CO2濃度的很大改變。森林土壤碳是全球碳庫的重要組成部分，也是人類活動影響大氣CO2 濃度升高的關鍵生態過程。從上個世紀初開始，人們就一直關注著土壤呼吸，隨之而來的是尋找某種合適的 方法來測定土壤呼吸的速率。現有技術的土壤呼吸測定分為直接法和間接法。直接法通常是通過測定土壤表面釋放出來的CO2量，測定土壤呼吸量。具體有靜 態氣室法，是指用觀測箱蓋住一定面積的被測表面并密封，使觀測箱內部空氣與外界沒有 任何交換，然后對箱內氣體的濃度進行分析。這種方法的優點是便于對較大空間變異性的 氣體通量的測量，該方法的缺點是密閉箱體會對被測表面的自然狀態產生干擾，而且測量 面積也相對較小；動態氣室法，部分解決了密閉氣室法應用過程中存在的問題，將箱體在兩 端開口后，通過測量入口處和出口處氣體濃度的變化，計算被測表面的氣體通量。但此方法 對箱體內外的氣壓和被測氣體的濃度要求很高，因此限制了其應用；微氣象法，是通過測量 近地層的湍流狀況和微量氣體的濃度變化來推算土壤CO2氣體的排放通量。與直接測定的 箱式方法相比，微氣象法可測定較大范圍內的氣體通量，避免了密閉系統帶來的誤差，對土 壤系統幾乎不造成干擾。同時，可獲得較長時間內的氣體變化規律，在下墊面均勻且尺度較 大的區域獲得的數據具有較好的代表性。但是微氣象法對土壤表面的異質性和地形條件要 求相對苛刻，對儀器靈敏度要求較高，目前造價又非常昂貴。間接法是通過測定其他相關指標來推算土壤呼吸速率，例如，土壤總的新陳代謝， 可以從凈初級生產量中扣除地上食草動物所消耗的能量進行估算。也有研究者用土壤中的 三磷酸腺苷(ATP)含量估算土壤呼吸，認為土壤呼吸與ATP濃度有較明顯的線性關系。而 這種關系一般只適于特定的生態系統，有較大的時空局限性，測定結果也難以和其它方法 直接比較。
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土壤水溶性碳(DOC)是指通過0.45μπι濾孔，且能溶解于水的、具有不同分子量大 小的碳化合物。土壤水溶性碳是陸地生態系統中最活躍的碳組分，他們可以被土壤微生物 分解，可以在土壤中迅速轉化成其它組分。在森林土壤中，水溶性碳是土壤有機碳庫礦化的 中間態，它們含量的高低可以很大程度上影響礦化的最終產物和數量。CO2從土壤中排放 的數量在很大程度上依賴于土壤有機碳的礦化速率和土壤中各類碳化合物的轉化強度。因 此，土壤水溶性碳含量的多少可以反映出森林土壤呼吸量的大小。
發明內容針對現有技術中土壤呼吸測定方法存在的上述不足，本發明要解決的技術問題是 提供一種森林土壤呼吸的間接測定方法。該方法的步驟如下(1)樣點的選擇需確定土壤呼吸的森林類型及其代表性地段，選擇森林中間位 置的地段，排除路邊和溝邊的地段，在選定的地段中選樣點；(2) 土壤樣品的采集在選定的樣點周圍按“S”形5點采樣法采集土層深度為 0-20cm的土壤樣品l_2kg，混勻，帶回實驗室進行分析；(3) 土壤水溶性碳即DOC的含量測定稱出土壤樣品20. OOg,加蒸餾水40ml浸提， 在25°C下振蕩0. 5h后，置于高速離心機中以8000r · mirT1轉速離心lOmin，用0. 45 μ m濾 膜進行抽濾，采用TOC儀測定濾液中的碳含量；(4)線性關系的建立根據最近兩年內每月中旬用靜態箱法分別測定至少兩種森 林植被的土壤呼吸量，同時按步驟(3)測定土壤水溶性碳含量，然后在EXCEL軟件中建立土 壤呼吸量與DOC含量的線性關系，得到函數關系式為Y = 0. 003Χ+0. 1266 ；(5)森林土壤呼吸量的實測將擬測的森林土壤，按步驟(1)進行樣點的選擇、按 步驟⑵進行樣品采集、按步驟⑶測定DOC含量，單位mg.kg—1，將DOC含量代入步驟(4) 所述的函數關系式，作該式中X的量，求出Y值，即為土壤呼吸釋放出的二氧化碳量，單位
-2 ι -1
g · m · h ο本方法的有益效果是減少野外工作量，降低了測定成本，且可進行批量分析，提高 測定的工作效率，所得數值誤差范圍小，可靠性較好。
具體實施方式本發明下面結合實施例予以進一步詳述本方法所說的五個步驟，概言之，步驟 (1)至(4)為間接測定前的基礎工作，其目的是建立函數關系式，步驟(5)為實測工作，兩者 密不可分。一旦函數關系式確立，以后只需進行實測工作即可。下面將本方法的全過程作 一介紹現以毛竹林和木荷青R常綠闊葉林為例，對其進行森林土壤呼吸間接測定，按以 下五個步驟進行(1)是樣點的選擇。選擇需測定土壤呼吸的毛竹林和木荷青R常綠闊葉林，然后在 該兩種森林植被的中間位置作為測定土壤呼吸的代表性地段。不選擇路邊地段是因為該地 段受人為干擾的因素大，不選擇溝邊地段是因為易受水的侵蝕，均缺乏代表性。(2)是土壤樣品的采集在選定的毛竹林和木荷青岡常綠闊葉林樣點周圍按“S” 形5點采樣法采集土層深度為0-20cm的土壤樣品l_2kg，混勻，帶回實驗室進行分析。
(3)是土壤水溶性碳即DOC的含量測定將土壤樣品過2m篩，混勻后稱重量為 20. OOg的土，加蒸餾水40ml浸提，在25°C下振蕩0. 5h后，置于高速離心機中以8000r -min"1 轉速離lOmin，用0. 45 μ m濾膜進行抽濾，采用TOC儀測定濾液中的碳含量。(4)是線性關系的建立根據毛竹林和木荷青R常綠闊葉林中用靜態箱法測定的 土壤呼吸量和按步驟(3)測定土壤水溶性碳含量，然后在EXCEL軟件中建立土壤呼吸量與 DOC含量的線性關系，函數關系式為Y = 0. 003Χ+0. 1266。該函數所代表的土壤呼吸量與 DOC含量的相關性達極顯著水平(R2 = 0. 4369 ；P < 0. 01)。(5)是森林土壤呼吸量的實測將擬測的毛竹林和木荷青R常綠闊葉林土壤， 按步驟(1)進行樣點的選擇、按步驟(2)進行樣品采集、按步驟(3)測定DOC含量，單位 mg · kg—1，將DOC含量代入步驟⑷所述的函數關系式，作該式中X的量，求出Y值，即為土 壤呼吸釋放出的二氧化碳量，單位g · πΓ2 · h—1。本申請人曾于2008-2009年的每月中旬測定毛竹林和木荷青同常綠闊葉林土壤 呼吸，并按上述方法，計算土壤呼吸量。將計算結果與用靜態箱法測定相同林地土壤呼吸量 的情況進行比較，列于下表，從表中的統計結果可知，在12次的土壤呼吸量測定中，間接法 與靜態箱法測定的土壤呼吸量之間的變異系數小，為1.91-7. 64%，穩定可靠，說明本方法 可以替代靜態箱法對森林土壤呼吸量進行測定。另外，本申請人用相同的步驟，采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定土 壤水溶性氮即DON含量，建立土壤呼吸量與DON含量的線性關系，函數關系式為Y = 0. 0656Χ+0. 0325。該函數所代表的土壤呼吸量與DON含量的相關性也達到極顯著水平(R2 =0. 423 ；P < 0. 01))。間接法與靜態箱法測定的土壤呼吸量比較
權利要求
一種森林土壤呼吸間接測定方法，其特征是按如下步驟進行(1)樣點的選擇需確定土壤呼吸的森林類型及其代表性地段，選擇森林中間位置的地段，排除路邊和溝邊的地段，在選定的地段中選樣點；(2)土壤樣品的采集在選定的樣點周圍按“S”形5點采樣法采集土層深度為0 20cm的土壤樣品1 2kg，混勻，帶回實驗室進行分析；(3)土壤水溶性碳即DOC的含量測定稱出土壤樣品20.00g，加蒸餾水40ml浸提，在25℃下振蕩0.5h后，置于高速離心機中以8000r·min 1轉速離心10min，用0.45μm濾膜進行抽濾，采用TOC儀測定濾液中碳含量；(4)線性關系的建立根據最近兩年內每月中旬用靜態箱法分別測定至少兩種森林植被的土壤呼吸量，同時按步驟(3)測定土壤水溶性氮含量，然后在EXCEL軟件中建立土壤呼吸量與DOC含量的線性關系，得到函數關系式為Y＝0.003X+0.1266；(5)森林土壤呼吸量的實測將擬測的森林土壤，按步驟(1)進行樣點的選擇、按步驟(2)進行樣品采集、按步驟(3)測定DOC含量，單位mg·kg 1，將DOC含量代入步驟(4)所述的函數關系式，作該式中X的量，求出Y值，即為土壤呼吸釋放出的二氧化碳量，單位g·m 2·h 1。
全文摘要
一種森林土壤呼吸間接測定方法，經過如下五個步驟一是樣點的選擇，二是土壤樣品的采集，三是土壤水溶性碳即DOC的含量測定，四是線性關系的建立，土壤呼吸與DOC的線性關系函數式為Y＝0.003X+0.1266，五是森林土壤呼吸量的實測，根據擬測森林土壤中DOC的含量(單位mg·kg-1)，代入步驟(四)所述的函數關系式，作該式中X的量，求出Y值，即為土壤呼吸釋放出的二氧化碳量，單位g·m-2·h-1。本發明通過測定土壤水溶性碳來計算森林土壤呼吸量，與靜態箱法相比，減少野外工作量，降低了測定成本，且可進行批量分析，提高測定的工作效率，所得數值誤差范圍小，可靠性較好。
文檔編號G01N33/24GK101915827SQ20101023164
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者劉娟, 吳家森, 姜培坤 申請人:浙江農林大學