CN101915827A - 森林土壤呼吸间接测定方法 - Google Patents

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吴家森
姜培坤
刘娟
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Abstract

一种森林土壤呼吸间接测定方法，经过如下五个步骤：一是样点的选择，二是土壤样品的采集，三是土壤水溶性碳即DOC的含量测定，四是线性关系的建立，土壤呼吸与DOC的线性关系函数式为：Y＝0.003X+0.1266，五是森林土壤呼吸量的实测，根据拟测森林土壤中DOC的含量(单位mg·kg-1)，代入步骤(四)所述的函数关系式，作该式中X的量，求出Y值，即为土壤呼吸释放出的二氧化碳量，单位g·m-2·h-1。本发明通过测定土壤水溶性碳来计算森林土壤呼吸量，与静态箱法相比，减少野外工作量，降低了测定成本，且可进行批量分析，提高测定的工作效率，所得数值误差范围小，可靠性较好。

Description

森林土壤呼吸间接测定方法
【技术领域】
本发明涉及一种测定森林土壤呼吸量的方法，尤其是一种通过测定森林土壤水溶性碳的含量来间接测定土壤呼吸量的方法。
【背景技术】
大气二氧化碳浓度升高会直接导致大气吸收太阳的长波辐射的增加，引起全球性的气温上升，使气候激烈波动。有关研究机构预计，大气二氧化碳浓度上升1倍使全球增温2～4℃，极地增温尤盛。极地永冻冰层的快速融化，使海平面在100～200年的时间里上升5m，大大减少陆地面积，威胁着人类与陆地生物的居住安全。因此，全球气候变暖是目前全球环境变化研究中的一个热点问题。
森林是陆地生态系统的主体，是地球生物圈的重要组成部分。森林地上部分植被碳库储存了全球80％的地上碳储量，森林土壤碳库储存了全球土壤碳储量的40％左右。因此，森林在调节全球气候、维持全球碳平衡中具有十分重要的作用。
土壤呼吸是陆地生态系统碳素循环的主要环节，已成为向大气释放CO2最大的源，土壤贮存的碳高达1.394×1018g，流通量每年达68±4×1015g，它的很小变化都会引起大气CO2浓度的很大改变。森林土壤碳是全球碳库的重要组成部分，也是人类活动影响大气CO2浓度升高的关键生态过程。
从上个世纪初开始，人们就一直关注着土壤呼吸，随之而来的是寻找某种合适的方法来测定土壤呼吸的速率。现有技术的土壤呼吸测定分为直接法和间接法。
直接法通常是通过测定土壤表面释放出来的CO2量，测定土壤呼吸量。具体有静态气室法，是指用观测箱盖住一定面积的被测表面并密封，使观测箱内部空气与外界没有任何交换，然后对箱内气体的浓度进行分析。这种方法的优点是便于对较大空间变异性的气体通量的测量，该方法的缺点是密闭箱体会对被测表面的自然状态产生干扰，而且测量面积也相对较小；动态气室法，部分解决了密闭气室法应用过程中存在的问题，将箱体在两端开口后，通过测量入口处和出口处气体浓度的变化，计算被测表面的气体通量。但此方法对箱体内外的气压和被测气体的浓度要求很高，因此限制了其应用；微气象法，是通过测量近地层的湍流状况和微量气体的浓度变化来推算土壤CO2气体的排放通量。与直接测定的箱式方法相比，微气象法可测定较大范围内的气体通量，避免了密闭系统带来的误差，对土壤系统几乎不造成干扰。同时，可获得较长时间内的气体变化规律，在下垫面均匀且尺度较大的区域获得的数据具有较好的代表性。但是微气象法对土壤表面的异质性和地形条件要求相对苛刻，对仪器灵敏度要求较高，目前造价又非常昂贵。
间接法是通过测定其他相关指标来推算土壤呼吸速率，例如，土壤总的新陈代谢，可以从净初级生产量中扣除地上食草动物所消耗的能量进行估算。也有研究者用土壤中的三磷酸腺苷(ATP)含量估算土壤呼吸，认为土壤呼吸与ATP浓度有较明显的线性关系。而这种关系一般只适于特定的生态系统，有较大的时空局限性，测定结果也难以和其它方法直接比较。
土壤水溶性碳(DOC)是指通过0.45μm滤孔，且能溶解于水的、具有不同分子量大小的碳化合物。土壤水溶性碳是陆地生态系统中最活跃的碳组分，他们可以被土壤微生物分解，可以在土壤中迅速转化成其它组分。在森林土壤中，水溶性碳是土壤有机碳库矿化的中间态，它们含量的高低可以很大程度上影响矿化的最终产物和数量。CO2从土壤中排放的数量在很大程度上依赖于土壤有机碳的矿化速率和土壤中各类碳化合物的转化强度。因此，土壤水溶性碳含量的多少可以反映出森林土壤呼吸量的大小。
【发明内容】
针对现有技术中土壤呼吸测定方法存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种森林土壤呼吸的间接测定方法。该方法的步骤如下：
(1)样点的选择：需确定土壤呼吸的森林类型及其代表性地段，选择森林中间位置的地段，排除路边和沟边的地段，在选定的地段中选样点；
(2)土壤样品的采集：在选定的样点周围按“S”形5点采样法采集土层深度为0-20cm的土壤样品1-2kg，混匀，带回实验室进行分析；
(3)土壤水溶性碳即DOC的含量测定：称出土壤样品20.00g，加蒸馏水40ml浸提，在25℃下振荡0.5h后，置于高速离心机中以8000r·min-1转速离心10min，用0.45μm滤膜进行抽滤，采用TOC仪测定滤液中的碳含量；
(4)线性关系的建立：根据最近两年内每月中旬用静态箱法分别测定至少两种森林植被的土壤呼吸量，同时按步骤(3)测定土壤水溶性碳含量，然后在EXCEL软件中建立土壤呼吸量与DOC含量的线性关系，得到函数关系式为：Y＝0.003X+0.1266；
(5)森林土壤呼吸量的实测：将拟测的森林土壤，按步骤(1)进行样点的选择、按步骤(2)进行样品采集、按步骤(3)测定DOC含量，单位mg·kg-1，将DOC含量代入步骤(4)所述的函数关系式，作该式中X的量，求出Y值，即为土壤呼吸释放出的二氧化碳量，单位g·m-2·h-1。
本方法的有益效果是减少野外工作量，降低了测定成本，且可进行批量分析，提高测定的工作效率，所得数值误差范围小，可靠性较好。
【具体实施方式】
本发明下面结合实施例予以进一步详述：本方法所说的五个步骤，概言之，步骤(1)至(4)为间接测定前的基础工作，其目的是建立函数关系式，步骤(5)为实测工作，两者密不可分。一旦函数关系式确立，以后只需进行实测工作即可。下面将本方法的全过程作一介绍：
现以毛竹林和木荷青冈常绿阔叶林为例，对其进行森林土壤呼吸间接测定，按以下五个步骤进行：
(1)是样点的选择。选择需测定土壤呼吸的毛竹林和木荷青冈常绿阔叶林，然后在该两种森林植被的中间位置作为测定土壤呼吸的代表性地段。不选择路边地段是因为该地段受人为干扰的因素大，不选择沟边地段是因为易受水的侵蚀，均缺乏代表性。
(2)是土壤样品的采集：在选定的毛竹林和木荷青冈常绿阔叶林样点周围按“S”形5点采样法采集土层深度为0-20cm的土壤样品1-2kg，混匀，带回实验室进行分析。
(3)是土壤水溶性碳即DOC的含量测定：将土壤样品过2m筛，混匀后称重量为20.00g的土，加蒸馏水40ml浸提，在25℃下振荡0.5h后，置于高速离心机中以8000r·min-1转速离10min，用0.45μm滤膜进行抽滤，采用TOC仪测定滤液中的碳含量。
(4)是线性关系的建立：根据毛竹林和木荷青冈常绿阔叶林中用静态箱法测定的土壤呼吸量和按步骤(3)测定土壤水溶性碳含量，然后在EXCEL软件中建立土壤呼吸量与DOC含量的线性关系，函数关系式为：Y＝0.003X+0.1266。该函数所代表的土壤呼吸量与DOC含量的相关性达极显著水平(R2＝0.4369；P＜0.01)。
(5)是森林土壤呼吸量的实测：将拟测的毛竹林和木荷青冈常绿阔叶林土壤，按步骤(1)进行样点的选择、按步骤(2)进行样品采集、按步骤(3)测定DOC含量，单位mg·kg-1，将DOC含量代入步骤(4)所述的函数关系式，作该式中X的量，求出Y值，即为土壤呼吸释放出的二氧化碳量，单位g·m-2·h-1。
本申请人曾于2008-2009年的每月中旬测定毛竹林和木荷青冈常绿阔叶林土壤呼吸，并按上述方法，计算土壤呼吸量。将计算结果与用静态箱法测定相同林地土壤呼吸量的情况进行比较，列于下表，从表中的统计结果可知，在12次的土壤呼吸量测定中，间接法与静态箱法测定的土壤呼吸量之间的变异系数小，为1.91-7.64％，稳定可靠，说明本方法可以替代静态箱法对森林土壤呼吸量进行测定。
另外，本申请人用相同的步骤，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定土壤水溶性氮即DON含量，建立土壤呼吸量与DON含量的线性关系，函数关系式为：Y＝0.0656X+0.0325。该函数所代表的土壤呼吸量与DON含量的相关性也达到极显著水平(R2＝0.423；P＜0.01))。
间接法与静态箱法测定的土壤呼吸量比较
Figure BSA00000198288500061

Claims (1)

1.一种森林土壤呼吸间接测定方法，其特征是按如下步骤进行：
(1)样点的选择：需确定土壤呼吸的森林类型及其代表性地段，选择森林中间位置的地段，排除路边和沟边的地段，在选定的地段中选样点；
(2)土壤样品的采集：在选定的样点周围按“S”形5点采样法采集土层深度为0-20cm的土壤样品1-2kg，混匀，带回实验室进行分析；
(3)土壤水溶性碳即DOC的含量测定：称出土壤样品20.00g，加蒸馏水40ml浸提，在25℃下振荡0.5h后，置于高速离心机中以8000r·min-1转速离心10min，用0.45μm滤膜进行抽滤，采用TOC仪测定滤液中碳含量；
(4)线性关系的建立：根据最近两年内每月中旬用静态箱法分别测定至少两种森林植被的土壤呼吸量，同时按步骤(3)测定土壤水溶性氮含量，然后在EXCEL软件中建立土壤呼吸量与DOC含量的线性关系，得到函数关系式为：Y＝0.003X+0.1266；
(5)森林土壤呼吸量的实测：将拟测的森林土壤，按步骤(1)进行样点的选择、按步骤(2)进行样品采集、按步骤(3)测定DOC含量，单位mg·kg-1，将DOC含量代入步骤(4)所述的函数关系式，作该式中X的量，求出Y值，即为土壤呼吸释放出的二氧化碳量，单位g·m-2·h-1。
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