CN100386626C - 一种测定树干呼吸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及树木代谢活动的研究，具体地说是一种测定树干呼吸的方法。取一连接环，一端安置于树干表面，另一端与便携式光合系统分析仪的土壤呼吸气室水平密封连接。土壤呼吸气室与连接环之间通过密封海绵胶垫连接，树干和连接环采用硅酮防水密封胶连接。本发明方法简便、精确，测定时间周期短，不需要专门测定树干呼吸的装置，使用灵活，适应野外环境的要求。

Description

一种测定树干呼吸的方法
技术领域
本发明涉及树木代谢活动的研究，具体地说是一种测定树干呼吸的方法。
背景技术
树木代谢活动的研究传统上都重点研究树木叶片，将其作为树木整体代谢的指标。然而呼吸活动持续发生在一株树木的所有活组织，其中树干呼吸测定是生态系统碳循环的研究中非常重要的内容。碳循环影响生态系统碳和能量平衡，CO2排放关系到未来的气候变化，是当前全球变化研究的一个核心内容。据估算在成林中，树干呼吸占总林地上碳量从13％上升到42％。一株成年树木从木质部组织排放的CO2量超过叶呼吸的量。国外有报道，杨树林年树干和枝条总呼吸超过叶呼吸的2.5倍。在光合过程中，总的植物呼吸能丢失碳同化的30-70％。尽管树干呼吸具有很重要意义，但很少有人进行该领域的研究，其主要原因就是因为树干呼吸测定技术较难解决。测定树干呼吸存在许多问题，如测定仪器附件多，购买难，携带不便，仪器野外安装困难，测定样地面积小等限制因素。因此，迫切需要有一种枝条和树干呼吸测定的简便技术方法。
目前树干呼吸的方法一般使用一个带小风扇的开放气室，气室上具有一个进气管和一个出气管，通过红外线气体分析仪测定进气和出气管的CO2的通量变化，得到树干呼吸速率。不足之处在于：测定时间周期长，需要专门测定树干呼吸的装置，测定装置不灵活，不适应野外环境的要求。
发明内容
通过多年土壤呼吸的测定经验积累，在应用LI6400便携式光合系统分析仪测定土壤呼吸的研究中，应树干呼吸测定的迫切需要，本发明的目的是提供一种简便易行的测定树干呼吸的方法，它测定时间周期短，不需要专门测定树干呼吸的装置，使用灵活，适应野外环境的要求；还引进一个广泛应用的市场上可购买的一种便携式光合系统分析测定仪进行野外树干呼吸测定的技术路线。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：取一连接环，一端安置于树干表面，另一端与便携式光合系统分析仪的土壤呼吸气室水平密封连接；本发明使便携式光合系统分析仪技术功能得到扩展，从土壤呼吸研究领域的应用扩展到树木生理生态研究领域测定树干呼吸，进行森林生态碳循环研究。
土壤呼吸气室与连接环之间通过海棉胶垫密封连接，树干和连接环是采用硅酮防水密封胶连接；所述连接环与树干连接的一端，其截面可以为弧形，与树干表面弯曲面相适应，另一端为光滑平切面；所述连接环管壁厚度为2～3mm为佳；所述连接环内径为10～11.8cm；所述便携式光合系统分析仪采用LI6400型。
本发明树干呼吸测定技术与其他现有技术测定方法相比，具有如下优点：
1.本发明测定时间周期短，不需要专门测定树干呼吸的装置，使用灵活，适应野外环境的要求。
2.简便易行。为了获得树干呼吸的空间变化特征，本发明的测定树干呼吸的连接环部件采用PVC材料管材，制作工艺非常简单，与土壤呼吸气室的连接也很方便。另外，需用的仪器配件少，便于携带，可用于大样品测定研究，测定过程省时，简便，结果可信。
3.本发明测定树干呼吸方法具有广泛的应用价值。目前少数测定树干呼吸的技术使用的辅助器械，如泵，流量表，放大器，一个红外线气体分析仪，采用以往的测定方法，仪器必须放在中央位置，所选的树木必须要在仪器附近，仪器一经固定位置，不便移动，另外附件无法配套购买，研究人员必须通过不同的生产厂家组合该系统。采用本发明可在任何地点和环境下测定树干呼吸。LI6400-09土壤呼吸测定系统现可购买，无须任何调整既可测定树干呼吸，并不需要特别的附材。
4.扩展了便携式土壤呼吸气室商业上的使用功能，本发明采用的LI-6400便携式光合系统是一种多功能测定仪，已经被全世界的生态学家用于测定光合作用和土壤呼吸，所以该仪器的功能和性能已经在野外研究工作中验证。然而采用本发明方法，现有技术中LI6400仪器的用户可以有效利用现有资源，来测定树干呼吸，并且不需要任何辅助设备和特殊软件，即可进行树干呼吸和树干温度的测定，扩展了便携式土壤呼吸气室商业上的使用功能的同时又节约了开支。其使用功能的扩展上还表现在本发明还实现了在测定树干呼吸的同时测定边材温度。
附图说明
图1为本发明一个实施例连接环安装示意图。
图2为本发明一个实施例测定方法示意图。
图3为本发明一个实施例测定操作图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
实验地点设在中国科学院长白山森林生态系统研究站1号标准地内，地理位置128°28′E，42°24′N，海拔736m，年均温0.9～3.9℃，最冷月(1月)月均温-16.7～-18.6℃，最热月(7月)月均温17.4～20.7℃。该地区属温带大陆性湿润性季风气候区，是阔叶红松林天然分布区。土壤为暗棕色森林土，气候属受季风影响的温带大陆性气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，冬季干燥寒冷，年降雨量726.3mm，主要集中在6～8月，无霜期109d左右。本研究选取长白山阔叶红松林优势树种红松、蒙古栎做为供试材料。
本发明树干呼吸的测定：如图1所示，将一个PVC材料制作的连接环安放在树干表面，再通过连接环将LI-6400-09土壤呼吸气室(HOSC)水平安放在树干部位，测定树干呼吸每单位面积在土壤呼吸气室CO2排放通量。9.9cm直径土壤呼吸气室和10.1cm内径的连接环之间通过胶密封连接；并保证树干和土壤呼吸气室密封连接(在土壤呼吸测定过程中，连接环被部分插入土壤中，在土壤上表面留有2.5cm长度以便环套在土壤呼吸气室上)。
连接环的制作：是垂直切割一段内径为10.1cm的PVC管作为连接环，其一端切割弧度尽量与树干表面弯曲面相接近，另一端平切，所有的切口打磨光滑，要固定连接环则必须要有一个光滑的表面。因此，要除掉树干表面松散的树皮使PVC管弯曲的一段能固定在树干上。用硅酮防水密封胶将连接环固定在树干表面上，在测定前至少固定24小时，为减少边缘对测定值的影响，要尽量少用硅酮防水密封胶和少清除树皮，且使用薄的PVC管(管壁厚度为2～3mm为佳，本实施例为3mm)，使土壤呼吸气室水平密封连接在连接环的另一端。本实施土壤呼吸气室与连接环之间通过密封海棉垫连接，树干和连接环采用硅酮防水密封胶连接。
本发明采用便携式光合系统分析仪(LI6400-09由LI-COR公司生产)用于测定树干呼吸方法：在采样时为保证土壤呼吸气室与周围环境大气间的动态平衡打开气室，由采样泵调节气室的气体流量，根据气室内不同时间CO2积累曲线计算CO2呼吸速率。
LI-6400-09土壤呼吸气室土壤呼吸速率计算，需要测定土壤呼吸气室最前端与土壤表面的距离和被测土壤表面积。本发明根据连接环的土壤呼吸气室前端处到树干固定连接环处的体积来计算土壤呼吸气室有效插入深度，以树干在环内的表面积为土壤呼吸表面积，树干在连接环内的面积用硬纸板弯曲成树干形状，并标记出来剪下，用美国LI-COR inC公司生产的LI-3000叶面积仪测定，本发明测定环的体积的方法为：用塑料薄膜密封环的横切口，在环的上部打个孔，用量筒向环内加满水，测得PVC环的体积，该孔在测定完体积实验后密封。土壤呼吸气室距树干有效距离(测定土壤呼吸时土壤呼吸气室底边到土壤表面的距离，单位是厘米)。
H＝(V-R2Лd)/R2Л
H为测定树干呼吸时输入的有效深度，V为连接环的体积，R为连接环的半径，即D/2，d为土壤呼吸气室插入连接环内的深度，如图2所示，本实施例V＝398.5cm3；R＝5.05cm；d＝2cm；H＝2.98cm。
结果表明：树干呼吸速率的日变化和季节变化与响应的树干温度变化有很好的相关性，采用HOSC技术，适合确定树干呼吸的空间变化，为树干呼吸的测定提供了科学的依据，可广泛应用于森林生态系统碳循环等研究领域。它具有随身便宜携带性，尤其是适用于目前拥有LI-COR6400便携式光合系统分析仪的人员。
实施例2
对于直径较大的树干(直径大于25cm)，本实施例不必将连接管的端做成弧形，因为树干表面是平的。
实施例3
对于树干直径小于25cm，大于10cm的树木，本实施例要将PVC管的一段做成弧面，使其弯曲的弧度接近与树干表面。
实施例4
对于树干直径小于10cm的树，本实施例用轴衬扩展的方法将连接环与土壤呼吸气室连接，具体是：使用7.5(或5.0cm)内径的PVC管固定在树干表面上，另一端再连接到10.1cm内径的连接环上，与土壤呼吸气室密封连接。
另外，本发明还采用土壤呼吸气室测定树干温度，方法是使用其温度探头，插于树皮内即可自动测温。具体是在连接环下约5cm处手钻一个小孔，小孔要穿过树皮的新生层到达树干边材，约为1cm深。将土壤呼吸温度探针插入该孔，实现测定树干呼吸呼吸的同时测定边材温度。与现有技术中使用专用温度计，手动测量相比，十分方便、易行。

Claims (5)

1.一种测定树干呼吸的方法，其特征在于：取一连接环，其一端采用硅酮防水密封胶连接安置于树干表面，另一端与便携式光合系统分析仪的土壤呼吸气室水平密封连接；
所述连接环管壁厚度为2～3mm；
所述连接环内径为10～11.8cm。
2.按权利要求1所述测定树干呼吸的方法，其特征在于：土壤呼吸气室与连接环之间通过密封海棉胶垫连接。
3.按权利要求1所述测定树干呼吸的方法，其特征在于：所述连接环与树干连接的一端，其截面可以为弧形，与树干表面弯曲面相适应，另一端为光滑平切面。
4.按权利要求1所述测定树干呼吸的方法，其特征在于：对于树干直径小于10cm的树，使用轴衬扩展的方法连接到连接环上，再与土壤呼吸气室密封连接。
5.按权利要求1所述测定树干呼吸的方法，其特征在于：所述便携式光合系统分析仪采用LI6400型。
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