一种测定乔木挥发性碳含量的方法

1.本发明属于森林碳储量技术领域，更具体的说是涉及一种测定乔木挥发性碳含量的方法。


背景技术：

2.精确测定树木含碳率对于准确评估森林碳储量是非常重要的，以往在估算碳储量时广泛采用含碳率0.5或0.45作为转换系数，近年通过实验发现不同树种含碳率差异明显，各树种的含碳率变化范围为47％～59％，并且随着森林的老化，碳储存会发生变化，这可能是由于木材中包含很多小分子有机物如醇类、醛类、酮类、酚类、呋喃、萜类、类异戊二烯等，这些小分子物质在高温下会挥发，因此高温烘干样本的过程中会造成一定的碳损失。
3.上世纪90年代中期，国内外学者开始对植被含碳率进行深入研究并取得了一定成果。目前，植物有机碳含量的测定多采用干烧法。lamlom等人在2003年对北美的41个树种进行了含碳率测定，并对样本分别采用了自然干燥和烘干两种处理方式，发现两种处理方式下测得的含碳率存在显著差异，烘干所得的含碳率低于自然干燥。martin等人也发现在冰冻干燥和烘干干燥处理下测得的含碳率存在显著差异，这意味着挥发性碳的存在。thomas等人将实验材料分别进行冷冻干燥和烘干干燥，以冷冻干燥和烘干干燥样品的平均碳值之差计算出挥发性碳含量与非挥发性碳含量。
4.目前，很多研究中采用含碳率0.5作为转化系数评估森林碳储量，缺少对挥发性碳的考虑，和对树种、立地、年龄等内外界因素的考虑。不同树种或相同树种之间的含碳率不尽相同，忽略其差异会对森林生态系统碳储量的估算造成较大的误差。
5.因此，研发一种减少乔木挥发性碳的损失，精确测定碳含量，提高森林碳储量的预测准确率的测定红松碳含量的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种测定乔木挥发性碳含量的方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种测定乔木挥发性碳含量的方法，包括以下步骤：
9.(1)样品采集：夏季，对胸径≥5cm的乔木进行取样，取得样芯；
10.(2)样品预处理：将样芯打磨直至年轮界限清晰，测量样芯年轮，然后利用cofecha软件对样芯序列进行检验，确定样芯所属年份，将样芯前五年轮进行剥离；
11.(3)样品干燥：将剥离下来的样品进行真空冷冻干燥，然后用密封材料密封，待其冷却至室温后从密封材料中取出样品，再放入烘箱进行烘干干燥；
12.(4)样品研磨：将烘干后的样品进行研磨；
13.(5)挥发性碳含量测定：取2
‑
3mg研磨后的样品置于纯度为99.99％高纯氧环境下燃烧，检测燃烧过程中释放的co2量，计算挥发性碳含量。
14.进一步，上述步骤(3)中，步骤(3)中，冷冻干燥温度为
‑
60℃，冷冻干燥时间为41h，
冷冻干燥压力为6.0
‑
7.0pa。
15.进一步，上述步骤(3)中，烘干温度为85℃，烘干时间为28小时。
16.进一步，上述步骤(3)中，密封材料为封口膜。
17.进一步，上述步骤(4)中，研磨至研磨至150
‑
250目。
18.采用上述进一步技术方案的有益效果：减少乔木中挥发性碳的损失，精确测定其含碳率，为评估森林碳储量提供依据。
19.进一步，上述乔木树种为红松、胡桃楸、水曲柳、紫椴、白桦、白牛槭、色木槭、蒙古栎、春榆、裂叶榆和山槐中的任一种。
20.本发明还提供上述测定乔木挥发性碳含量的方法在评估森林碳储量中的应用。
21.本发明的有益效果：本发明用于乔木含碳率的测定，与传统的烘干干燥和自然干燥相比，本发明先冷冻后烘干的干燥步骤可以减少红松内挥发性碳的损失，为精确测定含碳率提供依据，易于操作，精确测定含碳率，从而提高森林碳储量的预测准确率。
附图说明
22.图1为第一份样品烘干处理质量变化图；
23.图2为第二份样品冷冻干燥处理质量变化图；
24.图3为第三份样品先冷冻干燥后烘干处理质量变化图；
25.图4为第四份样品先烘干后冷冻干燥处理质量变化图。
具体实施方式
26.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
27.实施例1
28.测定红松挥发性碳含量的方法，包括以下步骤：
29.(1)样品采集：夏季，对胸径≥5cm的乔木进行取样，取得样芯；
30.(2)样品预处理：将样芯打磨直至年轮界限清晰，测量样芯年轮，然后利用cofecha软件对样芯序列进行检验，确定样芯所属年份，将样芯前五年轮进行剥离；
31.(3)样品干燥：将剥离下来的样品进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度为
‑
60℃，冷冻干燥时间为41h，冷冻干燥压力为6.0pa，然后用封口膜密封，待其冷却至室温后从密封材料中取出样品，再放入烘箱进行烘干干燥，烘干温度为85℃，烘干时间为28小时；
32.(4)样品研磨：将烘干后的样品进行研磨至150目；
33.(5)挥发性碳含量测定：取2
‑
3mg研磨后的样品置于纯度为99.99％高纯氧环境下燃烧，检测燃烧过程中释放的co2量，计算挥发性碳含量。
34.实施例2
35.测定沙松挥发性碳含量的方法，包括以下步骤：
36.(1)样品采集：夏季，对胸径≥5cm的乔木进行取样，取得样芯；
37.(2)样品预处理：将样芯打磨直至年轮界限清晰，测量样芯年轮，然后利用cofecha
软件对样芯序列进行检验，确定样芯所属年份，将样芯前五年轮进行剥离；
38.(3)样品干燥：将剥离下来的样品进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度为
‑
60℃，冷冻干燥时间为41h，冷冻干燥压力为6.5pa，然后用封口膜密封，待其冷却至室温后从密封材料中取出样品，再放入烘箱进行烘干干燥，烘干温度为85℃，烘干时间为28小时；
39.(4)样品研磨：将烘干后的样品进行研磨至200目；
40.(5)挥发性碳含量测定：取2
‑
3mg研磨后的样品置于纯度为99.99％高纯氧环境下燃烧，检测燃烧过程中释放的co2量，计算挥发性碳含量。
41.实施例3
42.测定千金榆挥发性碳含量的方法，包括以下步骤：
43.(1)样品采集：夏季，对胸径≥5cm的乔木进行取样，取得样芯；
44.(2)样品预处理：将样芯打磨直至年轮界限清晰，测量样芯年轮，然后利用cofecha软件对样芯序列进行检验，确定样芯所属年份，将样芯前五年轮进行剥离；
45.(3)样品干燥：将剥离下来的样品进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度为
‑
60℃，冷冻干燥时间为41h，冷冻干燥压力为7.0pa，然后用封口膜密封，待其冷却至室温后从密封材料中取出样品，再放入烘箱进行烘干干燥，烘干温度为85℃，烘干时间为28小时；
46.(4)样品研磨：将烘干后的样品进行研磨至250目；
47.(5)挥发性碳含量测定：取2
‑
3mg研磨后的样品置于纯度为99.99％高纯氧环境下燃烧，检测燃烧过程中释放的co2量，计算挥发性碳含量。
48.对比实验
49.测定红松挥发性碳含量的方法包括以下步骤：
50.(1)样品采集：
51.夏季，对胸径≥5cm的红松进行取样，取得样芯；
52.(2)样品预处理：
53.将样芯用砂纸打磨，直至年轮界限清晰，利用树轮宽度测量仪器对样芯进行交叉定年，然后利用cofecha软件对样芯序列进行检验，确定样芯所属年份，将样芯前五年轮进行剥离；
54.(3)样品干燥：
55.将剥离下来的样品分为4份；
56.①
烘干：将第1份样品放入信封置于烘箱中烘干，烘干温度为85℃，烘干时间为25小时，从烘箱中取出后置于干燥箱中冷却至室温，再用万分之一天平称量信封的质量，然后继续放入烘箱中烘干，每烘干一段时间就取出样品进行称量，待质量稳定后停止烘干，累计烘干41小时；
57.②
冷冻干燥：将第2份样品置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥，冷冻干燥温度为
‑
60℃，冷冻干燥压力为6.0pa，冷冻干燥一段时间后取出用万分之一天平称量，待质量稳定后停止冷冻干燥，累计冷冻干燥41小时后，用封口膜密封样品置于干燥箱中；
58.③
先冷冻干燥后烘干：将第3份样品置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥，冷冻干燥温度为
‑
60℃，冷冻干燥压力为6.0pa，冷冻干燥一段时间后取出用万分之一天平称量，待质量稳定后停止冷冻，累计冷冻41小时，然后用封口膜密封，待其冷却至室温后置于烘箱中烘干，烘干温度为85℃，烘干时间为28小时。
59.④
先烘干后冷冻干燥：将第4份样品放入信封置于烘箱中烘干，烘干温度为85℃，烘干时间为41小时，从烘箱中取出后置于干燥箱中冷却至室温，再置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥，冷冻干燥温度为
‑
60℃，冷冻干燥压力为6.0pa，每干燥一段时间就取出样品进行称量，待质量稳定后停止冷冻干燥，累计冷冻干燥25小时。
60.(4)样品研磨：
61.将干燥后的4份样品分别置于2ml离心管中，离心管中加入2
‑
3个直径为4mm钢珠，利用研磨仪进行研磨至250目，分别装进4个信封中；
62.(5)含碳率测定：
63.从每份样品中选取2～3mg样品，以锡囊盛装，放入燃烧炉中燃烧,在纯度为99.99％高纯氧环境下，样品在1200℃的燃烧炉中充分燃烧，使用pe2400seriesⅱ分析仪分析燃烧过程中释放的co2量，计算样品中的挥发性含碳量和含碳率，每个样品的测量时间为5min，整个测量过程由电脑自动记录测量数据。
64.每个信封至少称取三次样品，如果含碳率的标准差大于0.3，复测1次。所有数据经excel处理后，采用单因素方差分析(one
‑
way anova)比较不同处理下的红松含碳率差异，以p＝0.05作为差异显著性检验的阈值。
65.表1不同干燥模式下质量损失率、含碳率、挥发性谈碳占比变化情况
66.样品质量损失率(％)含碳率(％)挥发性碳占比(％)第1份样品2.6248.173.67第2份样品3.2247.151.59第3份样品3.1746.630.49第4份样品3.2146.400.00
67.由表1和图1
‑
4所示，红松在只烘干干燥下样芯含碳率最低，说明冷冻干燥方式能够保留一定的红松挥发性碳，先烘干再冷冻的干燥处理下样芯含碳率最高，对比4种干燥模式的，可发现质量损失率与含碳率、挥发性碳占比成反比关系，质量损失率越大，挥发性碳损失就越大，但先烘干再冷冻干燥方法中冷冻过程中质量出现上升趋势，这是由于红松样芯在后期处理中吸水，会造成含碳率测定的不准确性，因此本实验的最佳干燥模式选取从冷冻干燥、烘干干燥、先冷冻再烘干3种干燥模式中选取出先冷冻再烘干为最佳的干燥模式。
68.上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。