專(zhuān)利名稱(chēng)：一種橡膠林土壤呼吸測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全球碳循環(huán)研究中的土壤呼吸問(wèn)題，具體涉及一種橡膠林土壤呼吸測(cè) 定方法。
背景技術(shù)：
碳素是地球上生命有機(jī)體的關(guān)鍵組成成分，全球碳循環(huán)是地球上最主要的生物地 球化學(xué)循環(huán)，它支配著地表系統(tǒng)中其他的物質(zhì)循環(huán)，深刻影響著人類(lèi)的生存環(huán)境，是地表系 統(tǒng)是否健康的重要標(biāo)志，所以，碳循環(huán)研究是全球生物地球化學(xué)的主要研究方向之一。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤是最大的碳庫(kù)(約含ieoopg),約是大氣中碳的兩倍，是 活植物體碳庫(kù)的三倍。但根據(jù)IPCC(政府間氣候變化委員會(huì))第三次評(píng)估報(bào)告指出，當(dāng)前 全球碳循環(huán)研究中最大的不確定性主要來(lái)自土壤生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的研究。因此如何減少這 種不確定性已經(jīng)成為全球碳循環(huán)和氣候變化研究中的關(guān)鍵所在。森林土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的重要部分。森林是陸地生物圈的主體， 在全球碳平衡中也起著巨大的作用，這是由于森林本身維持著巨大的碳庫(kù)，其碳貯量約占 全球碳庫(kù)的86%以上，同時(shí)也維持著巨大的土壤碳庫(kù)，其貯量約占全球土壤碳庫(kù)的73%。 所以，研究森林土壤呼吸，監(jiān)測(cè)二氧化碳濃度的變化，闡明其在自然界中的吸收和排放過(guò) 程，對(duì)于全面探討全球變化及其影響具有十分重要的意義。土壤呼吸在地下碳循環(huán)過(guò)程中扮演著重要角色，土壤呼吸CO2釋放量的大小是估 算土壤碳庫(kù)的重要指標(biāo)。根系呼吸是土壤呼吸的重要構(gòu)成部分，受生物、非生物因素影響， 土壤呼吸亦呈現(xiàn)出相應(yīng)的變化。根系呼吸對(duì)全球變化的響應(yīng)也反映著土壤呼吸對(duì)全球變化 的相應(yīng)程度。土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要構(gòu)成，包括三個(gè)生物學(xué)過(guò)程(土壤微 生物呼吸、植物根系呼吸和土壤動(dòng)物呼吸)和一個(gè)非生物學(xué)過(guò)程(含碳礦物質(zhì)的化學(xué)氧化 作用)。其中，生物學(xué)過(guò)程(特別是根系自養(yǎng)呼吸和微生物異養(yǎng)呼吸)是土壤釋放CO2的主 體，有研究者將土壤呼吸值作為確定植物根系和根際微生物活性的指標(biāo)。土壤呼吸量通常是通過(guò)直接或間接測(cè)定從土壤表面釋放出的二氧化碳量確定的， 既可以在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，也可以在田間進(jìn)行。目前基本上是在不破壞土壤結(jié)構(gòu)的情況 下，測(cè)量土壤表觀二氧化碳的釋放量。測(cè)定土壤呼吸量的方法和技術(shù)有許多，并且在不斷完 善。主要有以下幾種(1)室內(nèi)培養(yǎng)法。將采集到的野外樣地土壤帶回實(shí)驗(yàn)室，盡量不破壞土壤的物理和化學(xué)狀態(tài)，并模 擬野外的條件進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以人為的控制環(huán)境因子，從而測(cè)定不同 環(huán)境因子對(duì)土壤呼吸的影響。但其最大的缺點(diǎn)是讓土壤離開(kāi)了田間，不能準(zhǔn)確地反映土壤 呼吸的實(shí)際值，尤其是植物的根系部分離開(kāi)原地而導(dǎo)致準(zhǔn)確度下降。(2)靜態(tài)氣室_堿吸收法。利用靜態(tài)氣室通過(guò)堿液吸收二氧化碳，標(biāo)定一定時(shí)間間隔內(nèi)的土壤呼吸量。其原 理是將一定濃度的堿液裝入開(kāi)敞的玻璃或塑料罐瓶中，放置在測(cè)定的土壤表面上，用一個(gè)
3上端密閉的塑料圓桶罩住(下端至少嵌入2厘米)，當(dāng)二氧化碳從土壤表面釋放出來(lái)時(shí)，被 保持在圓桶內(nèi)并擴(kuò)散，以過(guò)量的堿液(Κ0Η或NaOH)吸收土壤所釋放的二氧化碳。達(dá)到測(cè)定 時(shí)間后，取走堿液，用BaCl2沉淀溶液中由二氧化碳被NaOH吸收而產(chǎn)生的NaCO3形成BaCO3 ； 再以酚酞作指示劑，用稀鹽酸(HCl)中和吸收二氧化碳后的堿液中過(guò)量的NaOH，記錄消耗 的HCl的體積V1 (ml)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，滴入鹽酸時(shí)要慢，以避免與已沉淀的BaCO3接觸而使之 重新溶解。實(shí)驗(yàn)中要用氣室把實(shí)驗(yàn)裝置和單位面積的土壤地表與大氣環(huán)境隔絕，為此還需 同時(shí)設(shè)置相同的對(duì)照以扣除堿液吸收的氣室中的二氧化碳量，記錄對(duì)照消耗的鹽酸的體積 V2(ml)。根據(jù)其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程得到土壤呼吸和凋落物分解所共同排放的二氧化碳量。氣室 頂部加上重物，以保持氣室的密封性。靜態(tài)氣室-堿吸收法雖然已被普遍采用，被沿用至今 已有70余年，但其最大的缺陷是不能進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)定；而且測(cè)定的準(zhǔn)確性不高，因 此有其局限性。(3)靜態(tài)箱-氣相色譜法利用密閉的靜態(tài)箱收集土壤表面產(chǎn)生的氣體，通過(guò)氣相色譜技術(shù)分析測(cè)定氣體中 的溫室氣體濃度，利用靜態(tài)箱內(nèi)溫室氣體濃度隨時(shí)間的變化，便可以計(jì)算出土壤的溫室氣 體排放速率(或吸收率)，這是目前國(guó)際國(guó)內(nèi)廣泛使用的比較經(jīng)濟(jì)可靠的通量測(cè)量方法。這 一技術(shù)的不足之處在于它的使用會(huì)明顯地改變被測(cè)地表的物理狀態(tài)；在采樣時(shí)會(huì)因箱室的 擠壓和抽氣時(shí)的負(fù)壓引起偏差。應(yīng)用閉合箱時(shí)，箱內(nèi)大量二氧化碳還可能限制土壤中碳溢 出或可導(dǎo)致氣體在箱四周流動(dòng)。但作為一種近似簡(jiǎn)便的方法，在大氣化學(xué)的研究中仍得到 了廣泛的應(yīng)用。(4)動(dòng)態(tài)氣室_紅外二氧化碳分析儀法動(dòng)態(tài)氣室-紅外二氧化碳分析儀法，是利用一個(gè)氣體交換式的氣體采樣箱與遠(yuǎn)紅 外氣體分析儀(IRGA)相聯(lián)接，對(duì)密閉氣室中產(chǎn)生的二氧化碳直接進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定。這種方 法簡(jiǎn)便、快速，且測(cè)定的結(jié)果較為準(zhǔn)確，但其所需設(shè)備昂貴，不適于進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)測(cè)定，限制 了較大尺度水平的土壤呼吸測(cè)定。(5)相關(guān)分析計(jì)算法(非直接測(cè)量法)非直接測(cè)量方法是通過(guò)某些環(huán)境參數(shù)估算或模擬計(jì)算土壤二氧化碳釋放量，應(yīng)用 較為廣泛的Qltl模型或者連乘模型等。非直接測(cè)量方法是通過(guò)某些環(huán)境參數(shù)估算或模擬計(jì) 算土壤二氧化碳釋放量。此種方法是模型模擬的方法，存在著較大的不確定性，一般在較大 區(qū)域的估算時(shí)使用。尤為重要的是，上述測(cè)定方法沒(méi)有辦法分開(kāi)土壤呼吸中各個(gè)分量的值，在全球碳 循環(huán)研究中，土壤呼吸各分量的值是必須要知道的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種橡膠林土壤呼吸測(cè)定方法，通過(guò)對(duì)測(cè)定樣地進(jìn)行分區(qū) 處理，在不破壞原有土壤與生物的情況下定點(diǎn)原位測(cè)量，可分離土壤呼吸組分各分量值，有 利于提高測(cè)定的準(zhǔn)確性。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案一種橡膠林土壤呼吸測(cè)定方法，包括測(cè)定樣地布設(shè)處理小區(qū)過(guò)程、土壤呼吸測(cè)定 及數(shù)據(jù)處理過(guò)程，其步驟如下
1、測(cè)定樣地布設(shè)處理小區(qū)過(guò)程在橡膠林內(nèi)選取不同年齡段的5 8塊樣地，每個(gè)年齡段樣地各設(shè)5塊重復(fù)樣地， 每塊重復(fù)樣地布設(shè)4種處理小區(qū)非根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)、根系排除土 壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)、非根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)、根系排除土壤 環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)。所述非根系排除土壤環(huán)是在每塊固定樣地內(nèi)隨機(jī)安置內(nèi)徑為10. 2cm,高為6cm的 PVC 土壤環(huán)(LI-6400光合呼吸測(cè)定儀配備)，留出地面1 2cm。所述根系排除土壤環(huán)是在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)安置內(nèi)徑為25cm、高為50cm的帶小孔 的圓柱形大鐵皮土壤環(huán)(鐵皮厚5mm)，其嵌入土壤深度達(dá)43 47cm(以防止植物根系侵 入，但水分又可自由流動(dòng))，并將大鐵皮環(huán)內(nèi)所有活體植物除去，然后在每個(gè)大鐵皮環(huán)內(nèi)安 置一個(gè)內(nèi)徑為10. 2cm，高為6cm的PVC 土壤環(huán)，留出地面1 2cm。所述大鐵皮土壤環(huán)上的小孔的孔直徑為1cm。根系排除土壤環(huán)采用內(nèi)徑為25cm、高為50cm的帶小孔的大鐵皮土壤環(huán)。鐵皮環(huán)呈 圓柱形，鐵皮厚約5mm，能打入橡膠林土壤中為佳。橡膠林土壤可能較硬，因此選擇厚鐵皮， 而不是前人使用的PVC管(PVC管雖成本較低，但不容易打入橡膠林土壤中，因而只能是挖 開(kāi)土壤放入，破壞原有土壤結(jié)構(gòu))。鐵皮環(huán)上有孔直徑1cm的小孔，可以使土壤中水分或者 部分微生物自由流動(dòng)或移動(dòng)，而不會(huì)因根系排除環(huán)直壁密封原因改變土壤結(jié)構(gòu)，影響測(cè)定 的準(zhǔn)確性。土壤呼吸根系排除土壤環(huán)安裝半年之后才開(kāi)始進(jìn)行測(cè)定試驗(yàn)，原因有二 一是等 原有植物根系腐爛后再開(kāi)始測(cè)定，以排除此干擾；二是等土壤結(jié)構(gòu)恢復(fù)原有狀況進(jìn)行測(cè)定 (雖然此試驗(yàn)改變土壤結(jié)構(gòu)很少，但仍有擾動(dòng))。所述保留凋落物層是在除去PVC環(huán)內(nèi)所有活體植物后保留的土壤表層凋落物不 去除。用來(lái)測(cè)定土壤呼吸速率，每次測(cè)量前將測(cè)點(diǎn)范圍lmXlm內(nèi)的草本緊貼地表剪除。所述去除凋落物層是在除去PVC環(huán)內(nèi)所有活體植物后將土壤表層的凋落物全部 去除，僅保留礦質(zhì)土壤層。用來(lái)測(cè)定凋落物呼吸速率，每次測(cè)量前將測(cè)點(diǎn)范圍lmXlm內(nèi)的 草本緊貼地表剪除。2、土壤呼吸測(cè)定及數(shù)據(jù)處理過(guò)程利用土壤呼吸測(cè)定儀器配備的土壤呼吸室測(cè)定系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)各樣地處理小區(qū)的土 壤呼吸各參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，在測(cè)定土壤呼吸速率的同時(shí)，測(cè)定環(huán)境因子，如近地表空氣溫度、 5cm 土壤溫度和0 10cm 土壤濕度等。其中土壤總呼吸速率等于非根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸 速率；土壤異養(yǎng)呼吸速率等于根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率；根 呼吸速率等于非根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率與根系排除土壤 環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率之差；礦質(zhì)土壤呼吸速率等于根系排除土壤環(huán)+ 去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率；凋落物呼吸速率等于根系排除土壤環(huán)+保留凋落物 層處理小區(qū)土壤呼吸速率與根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率之差。本發(fā)明通過(guò)對(duì)測(cè)定樣地進(jìn)行分區(qū)處理，在不破壞原有土壤與生物的情況下定點(diǎn)原 位進(jìn)行測(cè)定，有效地分離土壤呼吸組分各分量值，有利于提高測(cè)定的準(zhǔn)確性，解決了因科研 條件而造成的制約，所得測(cè)量值可完全滿(mǎn)足科學(xué)研究要求。


圖1是每塊觀測(cè)樣地處理小區(qū)設(shè)置示意圖。圖中1、土壤2、根系排除土壤環(huán)；3、非根系排除土壤環(huán)；A1為根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)；A2為非根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)；A3為根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)；A4為非根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)。
具體實(shí)施例方式下面采用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。在橡膠林內(nèi)，分別在1 5年、6 10年、11 15年、16 20年、21年以上等各 年齡段的區(qū)域內(nèi)各設(shè)5塊重復(fù)樣地，每塊樣地布設(shè)4種處理小區(qū)非根系排除土壤環(huán)+保留 凋落物層處理小區(qū)、根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)、非根系排除土壤環(huán)+去除凋 落物層處理小區(qū)、根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)。采用LI-6400便攜式光合作用測(cè)定儀為土壤呼吸測(cè)定儀器，利用其配備的土壤呼 吸室(09葉室)測(cè)定系統(tǒng)，測(cè)定實(shí)時(shí)的各處理小區(qū)的土壤呼吸各參數(shù)(詳細(xì)測(cè)定步驟可參 見(jiàn)其說(shuō)明書(shū))。在測(cè)定土壤呼吸速率的同時(shí)，可利用該儀器測(cè)定環(huán)境因子，如近地表空氣溫 度、5cm 土壤溫度和0 IOcm 土壤濕度等。橡膠林土壤呼吸月變化測(cè)定，選定每月中下旬晴好天氣9:00 11:00測(cè)定，每個(gè) 處理進(jìn)行3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)測(cè)量五次，取平均值。
所得結(jié)果列表如表1、表2。
表1 5個(gè)不同林齡的橡膠林土壤呼吸測(cè)定值(2010年1月19日) 單位μ mol/(m2 · s)
權(quán)利要求
一種橡膠林土壤呼吸測(cè)定方法，其特征在于包括測(cè)定樣地布設(shè)處理小區(qū)過(guò)程、土壤呼吸測(cè)定及數(shù)據(jù)處理過(guò)程，其步驟如下1)、測(cè)定樣地布設(shè)處理小區(qū)過(guò)程在橡膠林內(nèi)選取不同年齡段的5～8塊樣地，每個(gè)年齡段樣地各設(shè)5塊重復(fù)樣地，每塊重復(fù)樣地布設(shè)4種處理小區(qū)非根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)、根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)、非根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)、根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)；所述非根系排除土壤環(huán)是在每塊固定樣地內(nèi)隨機(jī)安置內(nèi)徑為10.2cm，高為6cm的PVC土壤環(huán)，留出地面1～2cm；所述根系排除土壤環(huán)是在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)安置內(nèi)徑為25cm、高為50cm的帶小孔的圓柱形大鐵皮土壤環(huán)，其嵌入土壤深度達(dá)43～47cm，并將大鐵皮環(huán)內(nèi)所有活體植物除去，然后在每個(gè)大鐵皮環(huán)內(nèi)安置一個(gè)內(nèi)徑為10.2cm，高為6cm的PVC土壤環(huán)，留出地面1～2cm；所述保留凋落物層是在除去PVC環(huán)內(nèi)所有活體植物后保留的土壤表層凋落物不去除；所述去除凋落物層是在除去PVC環(huán)內(nèi)所有活體植物后將土壤表層的凋落物全部去除，僅保留礦質(zhì)土壤層；2)、土壤呼吸測(cè)定及數(shù)據(jù)處理過(guò)程利用土壤呼吸測(cè)定儀器配備的土壤呼吸室測(cè)定系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)各樣地處理小區(qū)的土壤呼吸各參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，在測(cè)定土壤呼吸速率的同時(shí)，測(cè)定環(huán)境因子；其中土壤總呼吸速率等于非根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率；土壤異養(yǎng)呼吸速率等于根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率；根呼吸速率等于非根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率與根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率之差；礦質(zhì)土壤呼吸速率等于根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率；凋落物呼吸速率等于根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率與根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)土壤呼吸速率之差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠林土壤呼吸測(cè)定方法，其特征在于所述大鐵皮土壤環(huán) 上的小孔的孔直徑為1cm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種橡膠林土壤呼吸測(cè)定方法，是在橡膠林內(nèi)選取不同年齡段的樣地，每塊樣地設(shè)置重復(fù)樣地，每塊重復(fù)樣地布設(shè)4種處理小區(qū)非根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)、根系排除土壤環(huán)+保留凋落物層處理小區(qū)、非根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)、根系排除土壤環(huán)+去除凋落物層處理小區(qū)；然后利用土壤呼吸測(cè)定儀器配備的土壤呼吸室測(cè)定系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)處理小區(qū)的土壤呼吸各參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定環(huán)境因子。本發(fā)明通過(guò)對(duì)測(cè)定樣地進(jìn)行分區(qū)處理，在不破壞原有土壤與生物的情況下定點(diǎn)原位進(jìn)行測(cè)定，有效地分離土壤呼吸組分各分量值，有利于提高測(cè)定的準(zhǔn)確性，解決了因科研條件而造成的制約，所得測(cè)量值可滿(mǎn)足科學(xué)研究要求。
文檔編號(hào)G01N1/28GK101949919SQ20101026502
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者吳志祥, 周兆德, 楊川, 王紀(jì)坤, 謝貴水, 陳幫乾, 陶忠良 申請(qǐng)人:中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所