一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法与流程

文档序号:30584264发布日期:2022-06-29 16:19来源:国知局
一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法与流程

1.本发明涉及碳汇测定领域,具体涉及一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法。


背景技术:

2.泥炭藓类植物属于泥炭藓科泥炭藓属,国内泥炭藓植物种类约50种。泥炭藓是贫 营养泥炭地的优势种之一,是泥炭地中累积泥炭的最重要的植物。泥炭藓沼泽是湿地 类型中的固碳明星,因为泥炭藓类植物死亡后分解速度缓慢,其活体的累积和残体堆 积在湿地中,为泥炭地创造出相当大的生物量,其碳汇功能突出。碳汇指的是湿地生 态系统对大气中co2起到净吸收作用,与碳储量不同,碳汇是湿地内每年新增的碳, 是一个碳增量的概念。
3.泥炭藓沼泽湿地呈酸性,且排水不良,湿地中氧气含量低,所以泥炭藓沼泽湿地 是甲烷(ch4)等温室气体排放重要来源之一,但其排放强度还存在一定的不确定性。泥 炭藓类植物没有真正的根和维管束,不能像维管植物传输甲烷那样,成为甲烷等温室 气体传输的重要途径。泥炭藓类植物能够达到降低温室气体排放的效果,保护原始状 态泥炭藓沼泽湿地,不仅可以提高碳汇,还可以减低温室气体排放强度,是一类可用 于湿地“增汇减排”的植物类群。
4.泥炭藓类植物生活在低温湿润的环境中,主要分布在寒带、北温带地区,中国主 要分布在东北长白山、大、小兴安岭地区,分布面积较大。而亚热带地区的泥炭藓主 要零星分布在海拔1000m以上的山区,如云贵高原山间洼地汇水区、湖北神农架、福 建天宝岩、浙江龙王山等。由于泥炭藓类植物分布在贫营养地区,水体富营养化威胁 泥炭藓类植物的生存。泥炭藓植物喜低温环境,而气候增温也一定程度上造成泥炭藓 的萎缩。沼泽湿地退化,维管植物入侵泥炭藓生境,泥炭藓植物逐渐与维管植物共存, 维管植物的根际激发效应促使泥炭地累积的碳物质分解。
5.泥炭藓沼泽湿地固碳和碳排放同时存在,两者之间存在相互抵消现象。此外,泥 炭藓沼泽湿地多由泥炭藓和其他维管植物(这里以草本植物为例)共存,天然纯泥炭 藓沼泽目前分布较少,而泥炭藓和草本植物的固碳、碳排放以及死亡后凋落物分解等 存在显著差异。
6.由于以上两个原因,定量化评估一块泥炭藓沼泽湿地碳汇存在较大的难度。


技术实现要素:

7.本发明针对上述问题,提出了一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法。
8.本发明采取的技术方案如下:
9.一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法,包括:
10.测量泥炭藓沼泽湿地的温室气体的排放通量b;
11.测量泥炭藓沼泽湿地的草本植物的碳汇c1以及泥炭藓植物的碳汇c2;
12.测量泥炭藓沼泽湿地的分解速率d;
13.计算得到泥炭藓沼泽湿地的碳汇x,计算公式为:x=c1+c2-b-d。
14.本技术测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法,能够抓取主要固碳和排碳的点,能 够客观的评估泥炭藓沼泽湿地的碳汇能力。
15.c1、c2、b和d都是单位面积单位时间下的值,此处的单位时间通常可以为一年。
16.于本发明其中一实施例中,所述温室气体的排放通量b的测量步骤如下:
17.在泥炭藓沼泽湿地上选择多个样方,将方形的底座埋入对应样方的泥炭藓沼泽湿 地中,所述底座的上端具有回形槽;
18.在底座的回形槽中注入水,将下端开口的取样箱的下部嵌入回形槽中,实现取样 箱和底座的密封;
19.每隔第一设定时间收集一次取样箱内的气样,并使用气相色谱测定气样中ch4的 浓度,通过多次取样,得到ch4浓度的变化速率δc/δt,计算得到ch4的排放通量 b1,b1=ρ*δc/δt*273.15/(273.15+t)*h,其中,ρ为ch4的密度,t为取样箱内的气 温,h为取样箱内部高度;
20.利用li8100co2分析仪连续监测取样箱内co2浓度3分钟或者箱内co2浓度超过 500ppm,两个标准以先达到为准,自动计算出co2排放通量b2;
21.所述温室气体的排放通量b=b1+b2。
22.通过底座和取样箱的配合,能够较为准确的测量到温室气体的排放通量。
23.每隔第一设定时间收集一次取样箱内的气样,主要目的是考虑温室气体排放的时 间变化特征。
24.于本发明其中一实施例中,所述底座为不锈钢底座;提前0.5~1.5个月将所述不锈 钢底座埋入泥炭藓沼泽湿地中。
25.于本发明其中一实施例中,所述取样箱的上部设置取样口,取样箱的内部相对两 侧面配置有风扇。
26.于本发明其中一实施例中,草本植物的碳汇c1的测定步骤:
27.9至10月时,在泥炭藓沼泽湿地选定多个样方,收割样方内的草本植物,将收割 的草本植物置于烘箱内,以90~110℃烘烤干,称重后计算得到单位面积的干燥的草本 植物的生物量g,所述草本植物的碳汇c1=a*g,其中,a为转化系数,a为0.475。
28.于本发明其中一实施例中,泥炭藓植物的碳汇c2的测定步骤:
29.测定泥炭藓净初级生产力npp:选定样方,测量泥炭藓单位时间生长的高度h, 测得单位面积的泥炭藓株数z,选取多株泥炭藓,用收割法收获位于地上的绿色部分, 将绿色部分剪成多个片段后烘干,称量并计算得到泥炭藓单位长度的质量m, npp=h*m*z;
30.摘取泥炭藓顶端新生长的部分,烘干粉碎后,使用总碳分析仪分析其中的碳含量 c%;
31.计算得到泥炭藓植物的碳汇c2,c2=npp*c%*a,所述a为泥炭藓沼泽湿地单位 面积。
32.于本发明其中一实施例中,摘取泥炭藓顶端新生长的部分,具体为摘取泥炭藓顶 端1~2cm的部分。
33.于本发明其中一实施例中,测量泥炭藓单位时间生长的高度h的步骤为:将多根 竹签的上端加工出凹槽,通过铁丝缠绕在凹槽中将多根竹签平行且间隔连接,使相邻 两根
竹签的位置在4~8cm之间,将竹签插入泥炭藓沼泽湿地,使泥炭藓顶端位置和铁 丝缠绕位置在同一水平面上,将此位置记为0点,泥炭藓顶端距离0点的距离为生长 高度,生长高度除以生长时间得到所述泥炭藓单位时间生长的高度h。
34.于本发明其中一实施例中,分解速率d的测定步骤:
35.在泥炭藓沼泽湿地采集鲜活泥炭藓,去掉泥炭藓下端枯死部分,保留绿色部分;
36.将绿色部分烘干至恒质量,然后剪成片段混匀,称取设定质量装入尼龙网袋,同 时称取设定质量用粉碎机粉碎,过50目筛后,用元素分析仪测定得到初始碳含量oc;
37.将尼龙网袋埋入泥炭藓沼泽湿地中,隔第二设定时间(1年)取出尼龙网袋;
38.清除尼龙网袋上的泥土和植物根系,将尼龙网袋内的残余物置于100目筛中,用 蒸馏水冲洗,冲洗干净后烘干至恒质量,将残余物用粉碎机粉碎,过50目筛后,用元 素分析仪测定得到剩余碳含量lc;
39.计算得到分解速率d,d=lc/oc*100%。
40.于本发明其中一实施例中,所述设定质量为3.0g,所述尼龙网袋的大小为10cm
×ꢀ
15cm,尼龙网袋的一侧为粗面,另一侧为细面,粗面的孔径为18目,细面的孔径为 80目,埋入尼龙网袋时,细面朝下,粗面朝上。
41.本发明的有益效果是:本技术测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法,能够抓取主 要固碳和排碳的点,较为客观的评估泥炭藓沼泽湿地的碳汇能力。
具体实施方式:
42.下面对本发明做详细描述。
43.一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法,包括:
44.测量泥炭藓沼泽湿地的温室气体的排放通量b;
45.测量泥炭藓沼泽湿地的草本植物的碳汇c1以及泥炭藓植物的碳汇c2;
46.测量泥炭藓沼泽湿地的分解速率d;
47.计算得到泥炭藓沼泽湿地的碳汇x,计算公式为:x=c1+c2-b-d。
48.本技术测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法,能够抓取主要固碳和排碳的点,较 为客观的评估泥炭藓沼泽湿地的碳汇能力。
49.于本实施例中,温室气体的排放通量b的测量步骤如下:
50.在泥炭藓沼泽湿地上选择多个样方,将方形的材质为不锈钢的底座埋入对应样方 的泥炭藓沼泽湿地中,底座的上端具有回形槽;
51.在底座的回形槽中注入水,将下端开口的取样箱(主体由亚克力板制成,长宽高 为40cm
×
40cm
×
50cm)的下部嵌入回形槽中,实现取样箱和底座的密封;
52.每隔10分钟收集一次取样箱内的气样,维持30分钟,使用气相色谱测定气样中 ch4的浓度,通过多次取样,得到ch4浓度的变化速率δc/δt,计算得到ch4的排 放通量b1,b1=ρ*δc/δt*273.15/(273.15+t)*h,其中,ρ为ch4的密度,t为取样箱 内的气温,h为取样箱内部高度;
53.利用li8100co2分析仪连续监测取样箱内co2浓度3分钟,或者箱内co2浓度超 过500ppm,两个标准以先达到为准,计算出co2排放通量b2;
54.温室气体的排放通量b=b1+b2。
55.通过底座和取样箱的配合,能够较为准确的测量到温室气体的排放通量。
56.实际运用时,根据目标湿地内的植被分布情况,确定样方数量和位置。若以泥炭 藓为建群种的沼泽湿地,且整片湿地较为均一,可随机选取5-9个样方;若泥炭藓与 草本植物严重混生,草本植物种类多样且季节更替性强,那么可以在泥炭藓分布集中 区域设置3-5个样方,泥炭藓与草本植物混生区域设置3-5个样方,在草本维管植物 分布集中区域(无泥炭藓)设置3-5个样方。
57.实际运用时,若泥炭藓与草本植物严重混生(比如余姚沼泽湿地情况),可以选择 星花灯芯草、野古草、龙师草、萱草、柳叶箬、畦畔莎草等维管植物形成的高山草甸 以及泥炭藓类植物为主的两大类样方。每月定期选取1天(为了提高对目标湿地温室 气体排放的准确性,5-10月的生长季可测定2次),一般选择晴朗的上午9:00-11: 00收集气样,认为这一时间段的co2和ch4排放通量可以代表整天的平均值。
58.实际运用时,取样口可以用60ml医用注射器收集,注射器顶部使用医用三通连接 7号针头,收集后对箱体不做其他任何处理,继续等待下一次收集。
59.于本实施例中,提前0.5~1.5个月将底座埋入泥炭藓沼泽湿地中。通过提前埋入土 壤中,以减少对土壤干扰。
60.实际运用时,底座底部插入土中5cm,上部的回形槽的槽深为10cm。
61.于本实施例中,取样箱的上部设置取样口,取样箱的内部相对两侧面配置有风扇。
62.由于泥炭藓沼泽湿地中木本植物少见,本技术针对一年生或多年生的草本植物, 忽略木本植物,于本实施例中,草本植物的碳汇c1的测定步骤:
63.9至10月时(生物量最大时,优选为8月),在泥炭藓沼泽湿地选定10~30样方 (根据目标湿地的面积可以调整),收割样方内的草本植物,将收割的草本植物置于 105℃烘箱内持续烤干至恒重,称重后计算得到单位面积的干燥的草本植物的生物量 g,草本植物的碳汇c1=a*g,其中,a为转化系数,本实施例中a为0.475,实际运用 时a还可以为0.45或0.5。
64.由于泥炭藓与草本植物不同,每年不凋落,所以需要先测定泥炭藓的每年净初级 生产力npp(g
·
m-2
),再测定泥炭藓植物中的含碳量,计算出泥炭藓的碳汇。于本实 施例中,泥炭藓植物的碳汇c2的测定步骤:
65.测定泥炭藓净初级生产力npp:选定样方,测量泥炭藓单位时间生长的高度h, 测得单位面积的泥炭藓株数z,选取多株泥炭藓,用收割法收获位于地上的绿色部分, 将绿色部分剪成多个片段后烘干,称量并计算得到泥炭藓单位长度的质量m, npp=h*m*z;
66.摘取泥炭藓顶端新生长的部分,烘干粉碎后,使用总碳分析仪分析其中的碳含量 c%;
67.计算得到泥炭藓植物的碳汇c2,c2=npp*c%*a,a为泥炭藓沼泽湿地单位面积。
68.于本实施例中,正常泥炭藓一年的生长长度在3cm左右,可以取顶端1-2cm,认 为是当年新生长的,摘取泥炭藓顶端新生长的部分,具体为摘取泥炭藓顶端1~2cm的 部分。
69.于本实施例中,测量泥炭藓单位时间生长的高度h的步骤为:将多根竹签(长度 30~50cm)的上端加工出凹槽,通过铁丝缠绕在凹槽中将多根竹签平行且间隔连接, 使相邻两根竹签的位置在4~8cm之间,将竹签插入泥炭藓沼泽湿地,使泥炭藓顶端位 置和铁丝缠绕位置在同一水平面上,将此位置记为0点,泥炭藓顶端距离0点的距离 为生长高度,生长
高度除以生长时间得到泥炭藓单位时间生长的高度h。
70.本实施例中,每3个月用直尺测定一次,记录生长一年后距离0点的距离。
71.于本实施例中,分解速率d的测定步骤:
72.在泥炭藓沼泽湿地采集鲜活泥炭藓,去掉泥炭藓下端枯死部分,保留绿色部分;
73.将绿色部分于75℃下烘干至恒质量,然后剪成2cm的片段混匀,称取设定质量装入尼龙网袋,同时称取设定质量用粉碎机粉碎,过50目筛后,用元素分析(elementarvarioeliii,elementar,langenselbold,germany)仪测定得到初始碳含量oc;
74.将尼龙网袋埋入泥炭藓沼泽湿地中,隔第二设定时间(1年)取出尼龙网袋;
75.清除尼龙网袋上的泥土和植物根系,将尼龙网袋内的残余物置于100目筛中,用蒸馏水冲洗,冲洗干净后烘干至恒质量,将残余物用粉碎机粉碎,过50目筛后,用元素分析仪测定得到剩余碳含量lc;
76.计算得到分解速率d,d=lc/oc*100%。
77.埋尼龙网袋时,用手将袋中的泥炭藓压平整,尽量使泥炭藓在尼龙网袋中均匀分布,做好标记后用尼龙线系于竹竿上并固定,方便后续的取出。
78.于本实施例中,设定质量为3.0g,尼龙网袋的大小为10cm
×
15cm,尼龙网袋的一侧为粗面,另一侧为细面,粗面的孔径为18目,细面的孔径为80目,埋入尼龙网袋时,细面朝下,粗面朝上。
79.实际运用时,可以每3个月取一次尼龙网袋,每次取回多个尼龙网袋。
80.实际运用时,本技术的方法可以测定普通泥炭藓沼泽湿地碳汇能力,也可以测定退化后的泥炭藓沼泽湿地碳汇能力。下面以余姚市四明山镇上水湖山塘水库上游两块相连的小型湿地(29
°
42

n,121
°
03

e)为例具体说明本发明的方法。该小型湿地为退化泥炭藓沼泽,由山间溪流汇聚至山塘水库发育而成,由东、西两块相邻的地块组成,地表常年有积水,地表水深5~10cm。目前该泥炭藓沼泽湿地已严重退化,仅西侧地块上半区域地表残留少量泥炭藓,堆积厚度约5~10cm,东侧地块地表几乎无泥炭藓,仅边缘区域有极少量存留,该样地分布大量低矮的草本植物(高度约50~60cm),如萱草、野古草(arundinellaanomala)、星花灯芯草(juncusdiastrophanthus)、畦畔莎草(cyperushaspan)、谷精草(eriocaulonbuergerianum)、柳叶箬(isachneglobosa)、龙师草(heleocharistetraquetra)等。
81.测定上述小型湿地的碳汇能力的步骤:
82.草本植物的碳汇c1:分别在2020年10月、2021年8月(一般认为8月生物量最大)取7-10个1m
×
1m样方内,收割各个样方内地面以上植物,烘干后(90℃,24h)称量地上生物量;取表层30cm的土壤,清洗土壤后获得根系,烘干后(90℃,24h)称量地下生物量。
83.表1.余姚上水湖沼泽湿地草本植物地上生物量及草本植物碳汇
84.取样时间生物量(g/m2)草本植物碳汇g/(m2·
yr)2020年10月469.03
±
179.89222.792021年8月512.82
±
187.28243.59
85.由于湿地草本植物都是1年生草本植物,按照“生物量
×
0.475=碳汇”,得到草本植物碳汇。
86.泥炭藓植物的碳汇c2:根据野外测量,年平均生长长度2.8cm,对应的净生长量为
310g
·
m-2
,由于泥炭藓植物分解非常缓慢,根据文献,刘雪飞(2020)-植物生 态学报,2020,按照每年5%的分解速率计算,泥炭藓年内的净生长量为294.5g m-2
。 泥炭藓碳汇与其生物量之间的转换系数按照0.9计算,泥炭藓植物的碳汇c2为265.05 g/(m2·
yr)。
87.分解速率d:于2020年12月23日埋藏五种不同的植物,每袋3.0g,2021年10 月26日后取出,平均重量2.19g,一年平均分解速率27%。以2021年8月的草本植物 碳汇为基础,计算d为65.77g。
88.温室气体的排放通量b:在余姚样地上,选取泥炭藓(s)、草本植物(h)、泥炭 藓与草本植物混合(m)的3类样方,每类样方选择3-5个样点,由于草本植物占地 面积较大,增加2个样点,共11个样点(表2)。为了减少对湿地的人为扰动,在2020 年12月22-23日,在样地内架设建议木栈道。在2021年1月4日埋入不锈钢底座(横 截面为:“h型”)至沼泽湿地土壤中,取样时底座上灌水,确保气密性。从2021年1 月至10月每月收集并测定1次气样:使用亚克力板制作成透明箱体(规格: 40cm
×
40cm
×
50cm),采集样品时,先用黑布包裹住,每隔7分钟收集一次样品,共收 集4次样品,然后在去掉黑布,使用透明箱体每隔7分钟再收集一次,使用气相色谱 法分析测试其中的co2、ch4。
89.表2.余姚样地各样方类型及植物组成
[0090][0091]
表3.余姚上水湖沼泽湿地co2和ch4排放通量
[0092]
[0093][0094]
按照百年尺度上,ch4的全球增温潜势是co2的25倍,将ch4统一转化为co2当量。
[0095]
b=[(182.425+117.575)
×
12+(-37.445)
×
24]
×
365
×
10-3
=985.981。
[0096]
表4.沼泽湿地碳汇计算表
[0097][0098]
余姚四明山镇上下湖水库上游湿地面积约2349m2,所以这块湿地每年排放1.27t 的co2。
[0099]
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此即限制本发明的专利保护范围,凡 是运用本发明说明书内容所作的等效结构变换,直接或间接运用在其他相关的技术领 域,均同理包括在本发明的保护范围内。
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