一种估算土壤总呼吸释放碳量的方法技术

本发明专利技术公开了一种估算土壤总呼吸释放碳量的方法。本发明专利技术所提供的方法包括如下步骤：(a)建立估算模型：选定试验区，在参考时间段内的不同时间点分别测定所述试验区中土壤呼吸速率，并计算各时间点对应的时间段内的土壤总呼吸释放碳量；将各时间点对应的时间段和土壤呼吸速率进行拟合，获得拟合曲线方程1；将土壤呼吸速率和土壤总呼吸释放碳量进行拟合，获得拟合曲线方程2；所得两方程即为估算模型；(b)利用所述估算模型，计算与模型构建时相同条件下土壤总呼吸释放碳量。本发明专利技术所提供的快速估算土壤总呼吸释放碳量的方法操作方便，为计算碳平衡及估算地区碳排放提供借鉴作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陆地生态领域，涉及。
技术介绍
碳是最重要的生命元素之一。随着温室气体和温室效应等各种气候与环境问题的 日益突出，进一步增加对大尺度陆地生态系统与大气之间碳通量的认识，具有重要的科学 价值。陆地生态系统碳循环是地球系统碳循环的重要组成部分，土壤呼吸则是陆地生态系 统碳循环研究的核心之一，是土壤与大气之间碳交换的主要输出途径，是土壤中有机碳的 主要排放过程，是影响土壤碳库和大气碳库动态变化的重要因素，每年因土壤呼吸而排放 的碳为50-75P g，其轻微的变动将会导致空气中C02浓度的明显改变。干旱、半干旱区的生 态系统占全球陆地面积的1/3，其土壤无机碳库是仅次于海洋和土壤有机碳库的第三大碳 库，在全球碳循环过程中的作用不容忽视。土壤呼吸严格意义上来讲是指未受扰动土壤中 产生C0 2的所有代谢作用，它包括3个生物学过程（即土壤有机质的分解和土壤微生物的呼 吸、植物的根系呼吸、及土壤无脊椎动物的呼吸)和一个非生物学过程，即含碳矿物质的化 学氧化作用等。土壤呼吸是表征土壤质量和土壤肥力的重要生物学指标，土壤呼吸是反应 生态系统对环境胁迫相应指标之一，研究陆地生态系统土壤呼吸对植物群落的根系呼吸、 土壤微生物呼吸和土壤动物活性状况，土壤中碳素的周转速度，以及全球气候变化等都有 极其重要的意义。影响土壤呼吸的主要因素分别有温度、湿度、植被类型、土壤理化性质和 人类活动等。 目前，尽管这方面研究取得了一些进展，但在估计大尺度陆地生态系统-大气的碳 交换通量方面并未取得实质性进展。因此，对陆地生态系统中的碳排放进行定期测量，为矿 区等地的生态修复效果评价具有重大的现实意义。本领域测定土壤呼吸研究较多，但是从 定量上测算土壤总释放的碳量研究却很少。
技术实现思路
针对以上现状，本专利技术提供了一种土壤总呼吸释放碳量的方法。 本专利技术所提供的估算目的植物土壤总呼吸释放碳量的方法，具体可包括如下步 骤： (a)按照包括如下(al)_(a4)的步骤建立估算模型： (al)选取试验区，确定参考时间段，在所述参考时间段内设定若干测试时间点，在 所设定的各测试时间点分别测定所述试验区中土壤呼吸速率(ymolC0 2 · πΓ2 · ?Γ1); (a2)引入参数t，t表示自所述参考时间段的起始时间开始至所述测试时间点终止 所形成的时间长度，对应于每个所述测试时间点均有一个t;根据步骤(al)在各测试时间点 测得的所述土壤呼吸速率(ymolC0 2 · πΓ2 · ?Γ1)计算各t所表示的时间段内的土壤总呼吸释 放碳量(mg · nf2)，即在单位土壤面积上的土壤总呼吸释放碳量； (a3)根据所述测试时间点与所述t的对应关系，以及所述测试时间点与所述土壤 呼吸速率(ymolC〇2 · nf2 · s<)的对应关系，将各测试时间点对应的所述t和所述土壤呼吸速 率(ymolC02 · πΓ2 · ?Γ1)进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程1; (a4)根据所述测试时间点与所述土壤呼吸速率(μπιο?⑶2 · πΓ2 · 一）的对应关系、 所述测试时间点与所述t的对应关系，以及所述t与所述土壤总呼吸释放碳量(mg · nf2)的对 应关系，将各测试时间点对应的所述土壤呼吸速率(ymolC〇2 · nf2 · s^1)和各t对应的所述土 壤总呼吸释放碳量(mg · πΓ2)进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程2; 所述方程1和所述方程2即为所述估算模型； (b)利用步骤(a)建立的所述估算模型计算待测区域待测时间段内土壤总呼吸释 放碳量(mg · πΓ2);所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与步骤(a)中所述试验区 在所述参考时间段内的气候条件无显著差异;所述待测区域的土质与步骤(a)中所述试验 区的土质相同（即土质条件无显著差异）。步骤(a)中所述估算模型的构建方法也属于本专利技术的保护范围。 在所述方法的步骤(al)中，在各测试时间点测定所述试验区中土壤呼吸速率(μ molC〇2 · m-2 · s-4为如下（I)或(II): (I)在所述试验区随机选取若干样点，做好标记，在每个所述样点分别安装土壤 环，24小时后量出环内土壤表面到土壤环顶部的高度(off set)，根据所量出的off set高度 采用土壤碳通量自动测量系统li-8100的短期气室于所设定的若干测试时间点分别测定各 样点处的土壤呼吸速率(MiolC0 2 · πΓ2 · ?Γ1)，每个所述测试时间点的结果取均值；； (II)在所述试验区选取一个测试样点，在所述测试样点安装土壤环，24小时后量 出环内土壤表面到环顶部的垂直高度减去土壤环顶部到长期气室支架顶部的高度 (offset)，根据所量出的offset高度采用土壤碳通量自动测量系统li-8100的长期气室于 所设定的若干测试时间点分别测定所述测试样点处的土壤呼吸速率(ymolC0 2 · πΓ2 · ?Γ1)， 每个所述测试时间点的结果取均值； 在所述方法的步骤(a2)中，步骤(a2)中，根据步骤(al)在各测试时间点测得的所 述土壤呼吸速率(Miol⑶2 · πΓ2 · ?Γ1)计算各t所表示的时间段内所述土壤总呼吸释放碳量 (mg · nf2)的具体计算方法包括：1)运用等差数列计算相邻两个测试时间点之间的所述土壤 总呼吸释放碳量(mg 根据步骤1)算出的每个时间段(相邻两个测试时间点之间）的 土壤总呼吸释放碳量(mg · nf2)进行累加求和算出各t所表示的时间段内的所述土壤总呼吸 释放碳量(mg · πΓ2)。 具体公式如下：Sn=60*(tn_tn-i)*(v n+vn-i)/2+Sn-1 Sn-每个t所表示的时间段内的所述土壤总呼吸释放碳量(mg · nf2); tn-测试时间点离所述参考时间段的起始时间的分钟数； vn-每个测试时间点测得的土壤呼吸速率(ymoic〇2 · nf2 · S-1)。 η-对应测试时间点的次序(η 2 2)。 在所述方法的步骤(a3)和(a4)中，进行所述拟合时选取拟合度最高的拟合曲线方 程作为所述估算模型。在本专利技术的一个实施例中，具体是采用excel进行曲线拟合的，拟合 时选取R 2值最接近1的拟合曲线方程作为所述估算模型。 所述估算模型在如下中的应用也属于本专利技术的保护范围：估算待测区域待测时间 段内的土壤总呼吸释放碳量(mg· πΓ2)。其中，所述待测区域在所述待测时间段内的气候条 件与所述试验区在所述参考时间段内的气候条件无显著差异;所述待测区域的土质与所述 试验区的土质相同（即土质条件无显著差异）。在所述方法中，所述气候条件具体指光强、气温、空气湿度、气压、地表温度和降水 量等指标。相应的，所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与所述试验区在所述参 考时间段内的气候条件无显著差异具体是指:所述待测区域与所述试验区的光强、气温、空 气湿度、气压、地表温度和降水量等参数在所述待测时间段和所述参考时间段中无显著差 异。在所述方法中，所述土质具体是指土壤的结构和土壤质地;所述土壤结构主要指 土壤的疏松性和保水保肥能力（如沙土透气性好，但保水保肥能力差，粘土透气性差，但保 肥保水能力强等）；所述土壤质地主要指土壤的肥力等，主要体现在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种估算土壤总呼吸释放碳量的方法，包括如下步骤：(a)按照包括如下(a1)‑(a4)的步骤建立估算模型：(a1)选取试验区，确定参考时间段，在所述参考时间段内设定若干测试时间点，在所设定的各测试时间点分别测定所述试验区中土壤呼吸速率；(a2)引入参数t，t表示自所述参考时间段的起始时间开始至所述测试时间点终止所形成的时间长度，对应于每个所述测试时间点均有一个t；根据步骤(a1)在各测试时间点测得的所述土壤呼吸速率计算各t所表示的时间段内的土壤总呼吸释放碳量；(a3)将各测试时间点对应的所述t和所述土壤呼吸速率进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程1；(a4)将各测试时间点对应的所述土壤呼吸速率和各t对应的所述土壤总呼吸释放碳量进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程2；所述方程1和所述方程2即为所述估算模型；(b)利用步骤(a)建立的所述估算模型计算待测区域待测时间段内土壤总呼吸释放碳量；所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与步骤(a)中所述试验区在所述参考时间段内的气候条件无显著差异；所述待测区域的土质与步骤(a)中所述试验区的土质相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕银丽，江彬，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11