基于降水的土壤CO2汇通量测定方法

本发明属于环境地理学碳循环，具体涉及一种基于降水的土壤co2汇通量测定方法。

背景技术：

1、据测算全球因大气降水造成矿物岩石溶蚀风化每年消耗土壤或大气co2约0.15~1.6 gt c（nartin, 2017），形成了巨大的土壤co2汇。水体中溶解无机碳（下称dic）包含h2co3、hco3−、co32−和co2，自然条件下水体ph一般处于6.5~10，此时水中dic主要以hco3−的形式存在，可用hco3−指代dic含量。现有降水条件下矿物溶蚀风化产生co2汇观测评价方法主要有石灰岩溶蚀试片法、水化学径流法。石灰岩溶蚀试片法是在石灰岩试片上开展溶蚀速率的观测，通过实验前后溶蚀试片的质量差、碳酸溶蚀碳酸盐矿物的化学计量关系计算碳汇通量。该方法可用于监测大气、土气界面、土壤和岩土界面的碳酸盐岩溶蚀产生的co2汇，但在自然条件下火成岩、碎屑岩等类岩石矿物也会发生溶蚀风化消耗co2，因此该方法适用范围有限，另外，因为干旱、半干旱地区土壤次生碳酸盐矿物含量较高，次生碳酸盐矿物溶蚀也会消耗co2，对溶蚀试片消耗co2通量产生影响，因此该方法在干旱半干旱地区或土壤无机碳含量高的地区也不适用。

2、水化学径流法为根据水中hco3−浓度、水体径流量和co2溶于水侵蚀岩石矿物的化学计量关系计算co2汇通量。该方法适用于地表河流和地下径流水体，对地下径流水体co2汇的监测一般是在地下径流水体出露至地表时对水体进行检测分析，然而，该方法监测的co2汇不能区分co2是来源于大气、土壤还是地球深部逸出的co2气体，同时，使用该方法时还需要排除外源酸（硫酸、硝酸等）对岩石矿物侵蚀的影响，因为外源酸侵蚀碳酸盐矿物时也会产生hco3−，导致该方法实施起来很复杂。由于土壤co2溶于水解离产生的h+可能优先参与交换土壤中交换性盐基离子，并不完全参与岩石矿物溶蚀风化（赵光帅等, 2022），因此石灰岩溶蚀试片法和水化学径流法计算的碳汇通量通常小于实际碳汇通量，均不能准确反映土壤真实的碳汇通量。

3、全球变暖正在扩大降雨事件发生的强度、频率、范围和持续时间，强降水显著改变了土壤有机碳矿化和无机碳释放的速率和强度。据测算，全球因大气降水形成的河流每年运输的碳通量为0.8~1.2 gt c/yr，其中dic通量为0.30~0.46 gt c/yr（suchet  et al.,2003），而50~74%的dic源自土壤co2（zhao  et al., 2023）。提供一种基于降水的土壤co2汇通量测定方法，实属必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种检测效率高且准确反映土壤实际碳汇通量的基于降水的土壤co2汇通量测定方法。

2、实现上述目的的技术方案包括如下内容。

3、一种基于降水的土壤co2汇通量测定方法，包括如下步骤：

4、步骤一，通过土壤重力水定深采样装置获取土壤水样,所述采样装置的接水面积为s；

5、步骤二，通过测定获得土壤水样中hco3-物质的量；

6、步骤三，通过测定分别获得土壤水样hco3-的13c丰度值a、土壤co2的13c丰度值a1和土壤碳酸盐矿物的13c丰度值a2；

7、步骤四，计算土壤co2汇通量f，f=[n(a-a2)/(a1-a2)]/s        （4）。

8、进一步，所述步骤四，计算土壤co2汇通量f的具体过程为，

9、假定土壤co2溶解于水的物质的量为 k1，参与水解反应的土壤碳酸盐矿物物质的量为 k2，则存在，

10、n= k1 +  k2                                                                        （1）

11、a=(a1. k1+a2. k2)/n                                       （2）

12、 k1=n(a-a2)/(a1-a2)                                        (3)

13、f=土壤co2参与水反应的物质的量/接水面积，即

14、f=[n(a-a2)/(a1-a2)]/s                                      (4)。

15、进一步，所述步骤二中，采用滴定法测定获得土壤水样中hco3-物质的量的浓度c，测定土壤水样的体积v，则hco3-物质的量n=cv。

16、进一步，所述步骤三中，采用气体稳定同位素质谱仪测定13c的丰度值a。

17、当水体中co2分压较高（＞0.4×10-3 atm）时，大气co2很难进入到水体中。降水在土壤渗流过程中，由于土壤co2压力远大于大气co2分压，因此可以认为，土壤水中的hco3−主要来源于土壤呼吸产生co2和土壤中原生或次生碳酸盐矿物水解，此为上述式（1）成立的依据。

18、本发明的方法可以实时监测不同降水强度下土壤co2汇的大小，提高监测效率和不同降水强度的适用场景，精准监测不同降水强度下土壤co2汇的通量。本发明所述的土壤重力水定深采样装置，可以参考中国专利2022221992026一种土壤重力水定深采样装置。

技术特征：

1.一种基于降水的土壤co2汇通量测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于降水的土壤co2汇通量测定方法，其特征在于，所述步骤四，计算土壤co2汇通量f的具体过程为，

3.根据权利要求1所述的基于降水的土壤co2汇通量测定方法，其特征在于，所述步骤二中，先采用滴定法测定获得土壤水样中hco3-物质的浓度，再计算获得土壤水样中hco3-物质的量n。

4.根据权利要求1所述的基于降水的土壤co2汇通量测定方法，其特征在于，所述步骤三中，采用气体稳定同位素质谱仪测定13c的丰度值a。

技术总结
本发明属于环境地理学碳循环技术领域，具体涉及一种基于降水的土壤CO<subgt;2</subgt;汇通量测定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，通过土壤重力水定深采样装置获取土壤水样,所述采样装置的接水面积为S；步骤二，通过测定获得土壤水样中HCO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;物质的量n；步骤三，通过测定分别获得土壤水样HCO<subgt;3</subgt;<supgt;‑</supgt;的<supgt;13</supgt;C丰度值A、土壤CO<subgt;2</subgt;的<supgt;13</supgt;C丰度值A<subgt;1</subgt;和土壤碳酸盐矿物的<supgt;13</supgt;C丰度值A<subgt;2</subgt;；步骤四，计算土壤CO<subgt;2</subgt;汇通量F，F=[n(A‑A<subgt;2</subgt;)/(A<subgt;1</subgt;‑A<subgt;2</subgt;)]/S。本发明的方法简单快捷，可以实时监测不同降水强度下土壤CO<subgt;2</subgt;汇的大小，提高监测效率和不同降水强度的适用场景，精准监测不同降水强度下土壤CO<subgt;2</subgt;汇的通量。

技术研发人员：赵光帅,徐艺玲,普政功,黄奇波,李腾芳
受保护的技术使用者：中国地质科学院岩溶地质研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19