一种高寒草地生态系统淋溶性土壤有机碳的监测方法与流程

[0001]
本发明涉及高寒草地生态生态系统碳流失度量技术领域，具体涉及一种高寒草地生态系统淋溶性土壤有机碳的监测方法。


背景技术：

[0002]
青藏高原生态系统对全球气候变化敏感，系统的行为能更早地预兆全球变化，进而影响到邻近地区乃至全球气候。高寒草地生态系统是青藏高原生态系统极为重要的组成部分和碳汇。水溶性土壤有机碳(下称水溶性有机碳)是土壤有机碳的组成部分，尽管不同生态类型水溶性有机碳在土壤有机碳中的占比有所差异(1～5％)，但其含量及其发挥的生态作用不容忽视，是土壤有机碳研究的重要内容。水溶性土壤有机碳的水溶性特性一方面提示了其具有不稳定的特点，另一方面揭示了具有随土壤水分向下迁移淋溶最终可能移出土体(生态系统碳泄露途径之一)进入水系统聚集的特点。
[0003]
为满足林业碳汇计量和监测，国家林业局发布实施了《全国林业碳汇监测技术指南(试行)》。做为目前我国较为权威的行业碳汇监测指南。
[0004]
高寒草地生态系统与林业生态系统相比具有土壤有机碳在整个系统里占据碳储存量更大比重的特点，或者说高寒草地生态系统的碳存量主要是土壤有机碳的存储量。因此《全国林业碳汇监测技术指南(试行)》给出的大而化之的土壤有机碳监测估算方法不完全适用。有鉴于此，我们总结高寒草地生态系统土壤研究的已有成果和文献，依据水溶性土壤有机碳的特性，综合我们自己的研究，提出“高寒草地生态系统淋溶性土壤有机碳(下称淋溶性有机碳)”这个概念。淋溶性有机碳的概念小于水溶性有机碳，是水溶性有机碳的一个类别，其稳定性较一般意义上的水溶性有机碳高，具有随水向下迁移的特性，在生态系统碳汇监测计量中，是碳汇泄露的一个重要方面。


技术实现要素：

[0005]
为解决上述问题，本发明提供了一种高寒草地生态系统淋溶性土壤有机碳的监测方法，解决了高寒草地生态系统碳汇计量存在的某些漏洞，补充完善了现有高寒草地生态系统碳泄露监测体系，进而提高高寒草地生态系统碳汇估算的准确性和科学性。
[0006]
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0007]
一种高寒草地生态系统淋溶性土壤有机碳的监测方法，包括如下步骤：
[0008]
s1、选择便于工作的典型高寒草地生态系统区域，按照土体分布深度开挖剖面，在剖面的一侧取出尽可能保持土层原状的圆柱形土柱，安置在自制的监测装置中；具体的：
[0009]
s11、用薄膜无缝隙套住圆柱土柱，并在草生长段安装隔离圈，使之与薄膜紧密结合并保持高出土面3～5cm；
[0010]
s12、根据不同类型土壤的特别性状，在土壤淋溶液分离托盘正面底部铺垫n(1≤n≤3)层具有一定托水性的喷溶布，然后将用薄膜无缝隙包裹的圆柱土柱安装于土壤淋溶液分离托盘中，并保证薄膜紧密贴合于土壤淋溶液分离托盘的内侧壁；
[0011]
s13、按照圆柱土柱与地面保持一致的要求，即土柱植物生长面(地面)与原有地面保持在统一平面，在土层以下的母质层(取出的用于监测的土柱(即用薄膜包裹的土柱)以下的土层)中安装淋溶液收集容器，并实现冲洗-平衡压力器、采样管的安装，实现冲洗-平衡压力器、采样管和淋溶液收集容器的无缝隙链接；
[0012]
s14、将安装有土柱的土壤淋溶液分离托盘于淋溶液收集容器之上；
[0013]
s2、通过冲洗-平衡压力器用具有一定压力的纯净水冲洗淋溶液收集容器数次，冲洗水通过采样管负压吸出，收集淋溶液；
[0014]
s3、准确计量收集的淋溶液，于-22
±
1℃冷冻24h；在预冷至-50
±
2℃的条件下，将冷冻24h的淋溶液置于冻干机中，控制冻干机的真空度为20
±
5pa，冷冻干燥得到固体物质；
[0015]
s4、对得到的冷冻干燥物质采用有机碳分析仪进行有机碳定量，或者将冷冻干燥物质复溶于d2o中，通过液体核磁共振技术进行结构鉴定，或通过
13
c固体核磁共振技术进行结构鉴定，确定某高寒草地生态系统的淋溶性有机碳构成；
[0016]
s5、通过如下公式对某地域高寒草地生态系统淋溶性有机碳(leached soil organic carbon，lsoc)碳库泄露进行估算计量：
[0017]
t-lsoc＝31.85*π*r2*s
[0018]
式中：t-lsoc为某区域确定面积内的淋溶性土壤有机碳量
[0019]
r为采样装置的半径(约定与标准雨量计相同，为10cm)
[0020]
s为监测区域的面积
[0021]
31.85为换算系数
[0022]
注1：根据监测装置内土柱的实际厚度，计算结果应予以标注；
[0023]
注2：计算结果需注明是某次降水过程或某一设定周期；
[0024]
注3：根据连续监测的累计结果确定全年的土壤有机碳淋溶量。
[0025]
进一步地，安置到位的监测装置的采样管的管口至少高出该地草高度15cm，并在管口安装防尘帽。
[0026]
进一步地，安置到位的监测装置的冲洗-平衡压力器的管口要求高出该地草高度15cm，并在管口安装防尘帽。
[0027]
进一步地，冲洗干净的备用监测装置可以依据需求采取按照一次有效降雨或者规定的采样时长两种方式收集淋溶性有机碳淋溶液。
[0028]
进一步地，要求按照原有土层顺序堆放挖出土，回填时按照相反顺序回填，尽可能保持原有土层顺序。
[0029]
进一步地，所述薄膜由高强度聚丙烯制成外，弧形隔离圈、土壤淋溶液分离托盘、冲洗-平衡压力器、淋溶液收集容器、采样管均由聚四氟乙烯制作。
[0030]
进一步地，土壤淋溶液分离托盘呈直壁漏斗状，漏斗夹角3
°
＜θ＜5
°
，斗内孔呈叶脉状排列并向中心聚集，中心孔径(即θ夹角所指部位的主孔)为1
±
0.5cm，呈叶脉状排列的孔洞与水平面垂直，孔径为0.5
±
0.1cm，呈叶脉状排列的孔洞按照叶脉式走向向主孔汇集。
[0031]
进一步地，所述冲洗-平衡压力器由相互交叉120
°
布置的三根内经为0.8～1.0cm的l形管道构成，l形管道的底边倾斜向下布设，与采样装置的淋溶液收集容器的内壁呈一定角度布设，l形管道的竖边垂直向上布设。
[0032]
进一步地，所述冲洗-平衡压力器的底边管口呈15～20
°
向上斜面设置，底边端部
与淋溶液收集容器内壁之间距离为2.0～3.0cm。
[0033]
进一步地，所述淋溶液收集容器为底部为锥形的桶装结构，与采样管在底部通过一段管状结构相连通；采样管内经为0.8～1.0cm，沿装置垂直安装。
[0034]
本发明可实现对高寒草地生态系统淋溶性土壤有机碳的计量估算和结构鉴定，为正确估算高寒草地生态系统碳汇提供基础性支持，实现一种新的土壤有机碳研究方式(种类)，为科学认识高寒草地生态系统提供新视角。
附图说明
[0035]
图1为本发明实施例中监测装置的整体结构图。
[0036]
图2为本发明实施例中的隔离圈的剖面图。
[0037]
图3为本发明实施例中的隔离圈的俯视图。
[0038]
图4为本发明实施例中的土壤淋溶液分离托盘的剖面图。
[0039]
图5为本发明实施例中土壤淋溶液分离托盘的俯视图。
[0040]
图6为本发明实施例中冲洗-平衡压力器的结构示意图。
[0041]
图7为本发明实施例中淋溶液收集容器的结构示意图。
具体实施方式
[0042]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0043]
本发明实施例提供了一种高寒草地生态系统淋溶性土壤有机碳的监测方法，包括如下步骤：
[0044]
s1、选择便于工作的典型高寒草地生态系统区域，按照土体分布深度开挖剖面，在剖面的一侧取出尽可能保持土层原状的圆柱形土柱，安置在如图1所示的自制的监测装置中；具体的：
[0045]
s11、用薄膜b无缝隙套住30～50cm(高寒草地生态系统土体厚度)圆柱土柱，并在草生长段安装隔离圈a，使之与b紧密结合并保持高出土面3～5cm；
[0046]
s12、根据不同类型土壤的特别性状，在土壤淋溶液分离托盘c正面底部铺垫n(1≤n≤3)层具有一定托水性的喷溶布，然后将用薄膜b无缝隙包裹的圆柱土柱安装于土壤淋溶液分离托盘c中，并保证薄膜b紧密贴合于土壤淋溶液分离托盘c的内侧壁；
[0047]
s13、按照圆柱土柱与地面保持一致的要求，在土层以下的母质层中安装淋溶液收集容器e，并实现冲洗-平衡压力器d、采样管f的安装，实现冲洗-平衡压力器d、采样管f和淋溶液收集容器e的无缝隙链接；
[0048]
s14、将安装有土柱的土壤淋溶液分离托盘c于淋溶液收集容器e之上；
[0049]
s2、通过冲洗-平衡压力器d用具有一定压力的纯净水冲洗淋溶液收集容器e数次，冲洗水通过采样管f负压吸出，收集淋溶液；
[0050]
s3、准确计量收集的淋溶液，于-22
±
1℃冷冻24h；在预冷至-50
±
2℃的条件下，将冷冻24h的淋溶液置于冻干机中，控制冻干机的真空度为20
±
5pa，冷冻干燥得到固体物质；
[0051]
s4、对得到的冷冻干燥物质采用有机碳分析仪进行有机碳定量，或者将冷冻干燥物质复溶于d2o中，通过液体核磁共振技术进行结构鉴定，或通过
13
c固体核磁共振技术进行结构鉴定，确定某高寒草地生态系统的淋溶性有机碳构成；
[0052]
s5、通过如下公式对某地域高寒草地生态系统淋溶性有机碳(leached soil organic carbon，lsoc)碳库泄露进行估算计量：
[0053]
t-lsoc＝31.85*π*r2*s
[0054]
式中：t—lsoc为某区域确定面积内的淋溶性土壤有机碳量
[0055]
r为采样装置的半径(约定与标准雨量计相同，为10cm)
[0056]
s为监测区域的面积
[0057]
31.85为换算系数
[0058]
注1：根据监测装置内土柱的实际厚度，计算结果应予以标注；
[0059]
注2：计算结果需注明是某次降水过程或某一设定周期；
[0060]
注3：根据连续监测的累计结果确定全年的土壤有机碳淋溶量。
[0061]
本实施例中，冲洗干净的备用监测装置可以依据需求采取按照一次有效降雨或者规定的采样时长两种方式收集淋溶性有机碳淋溶液。
[0062]
本实施例中，需按照原有土层顺序堆放挖出土，回填时按照相反顺序回填，尽可能保持原有土层顺序。
[0063]
本实施例中，所述薄膜b由高强度聚丙烯制成，隔离圈a、土壤淋溶液分离托盘c、冲洗-平衡压力器d、淋溶液收集容器e、采样管f均由聚四氟乙烯制作。
[0064]
本实施例中，如图4-图5所示，土壤淋溶液分离托盘c呈直壁漏斗状，漏斗夹角3
°
＜θ＜5
°
，斗内孔呈叶脉状排列并向中心聚集，中心孔径(即θ夹角所指部位的主孔)为1
±
0.5cm，呈叶脉状排列的孔洞与水平面垂直，孔径为0.5
±
0.1cm，呈叶脉状排列的孔洞按照叶脉式走向向主孔汇集。
[0065]
本实施例中，如图6所示，所述冲洗-平衡压力器d由相互交叉120
°
布置的三根内经为0.8～1.0cm的l形管道构成，l形管道的底边倾斜向下布设，l形管道穿越淋溶液收集容器e的筒壁设置，与淋溶液收集容器e的内壁呈一定角度布设，l形管道的竖边垂直向上布设，安置到位的监测装置的冲洗-平衡压力器d的管口要求高出该地草高度15cm，并在管口安装防尘帽。所述冲洗-平衡压力器d的底边管口呈15～20
°
向上斜面设置，底边端部与淋溶液收集容器e内壁之间距离为2.0～3.0cm。
[0066]
本实施例中，如图7所示，所述淋溶液收集容器e为底部为锥形的桶装结构，与采样管f在底部通过一段管状结构相连通；采样管f内经为0.8～1.0cm，沿装置垂直安装，安置到位的监测装置的采样管的管口至少高出该地草高度15cm，并在管口安装防尘帽。
[0067]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。