一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法技术

本发明专利技术涉及一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法，其以岩溶地下河流域水体惰性有机碳为研究对象，通过室内培养模拟实验，测试水体RDOC的浓度及所占比例，真实有效的还原自然状态下野外数据，并与碳酸盐岩风化所产生的环境数据相结合。主要解决了我国西南岩溶地区，地下河流域内是否存在惰性溶解有机碳，以及岩溶地质作用过程中DIC转变为DOC之后能否在自然环境中长期储存形成净碳汇的科学问题。

A method for the cultivation and detection of inert organic carbon in a Karst Underground River Basin

The present invention relates to an inert organic carbon in Karst Underground River culture and detection method, the karst underground river basin water inert organic carbon as the research object, culture through indoor simulation experiment, the concentration of RDOC in water test and the proportion of field data to restore the natural state of real and effective, combined with environmental data generated and with the carbonate rock weathering phase. It has solved the problem of whether there exists inert dissolved organic carbon in the underground river basin in Southwest China's karst area, and whether it can be stored in the natural environment for long term to form a net carbon sink after the transformation of DIC into DOC in the process of karst geology.

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法
本专利技术涉及岩溶碳汇稳定性研究领域，具体涉及一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法。
技术介绍
碳是生态系统中最重要的生命元素之一。其中，有机碳在生物地球化学循环和其他微量元素的生物地球化学循环中扮演着重要地角色(MeybeckM；etal,1999)，研究河流中的有机碳对陆地生态系统具有十分重要的意义。河流有机碳既包括腐殖质、脂类、多糖、多肽和胶体物质等相对比较稳定的有机质，又包括氨基酸和碳水化合物等不稳定的易被细菌微生物利用的有机质(又被称为“活性物质”)(SchlesingerWH；etal,1981)。通常，以粒径小于0.45μm的有机碳为溶解有机碳(dissolvedorganiccarbon,DOC)，粒径大于0.45μm有机碳为颗粒有机碳(particleorganiccarbon,POC)(ShenY；etal,2015)。水体溶解有机碳(DOC)是世界上最大的有机碳库之一，其总量大致相当于全球大气中CO2的含碳量，每年由陆地生态系统通过河流向海洋排放的有机碳约0.4Pg，其中约60％为DOC，40％是POC，通过河流陆地生态系统向海洋排放的有机碳大致相当于全球陆地生态系统净初级生产力的1％～2％(SpitzyA；etal,1991)。DOC的组成十分复杂，目前只有10％～20％的水体有机物能够确定为某种特定的组分，因此一般笼统的用有机碳的含量来表示水体有机物的浓度(DawsonR；etal.1981)。浮游细菌既是水生生态系统营养物质的分解者和转化者，又有着物质能量的流通和储存功能(MadoniP,etal；2007)。它们可以将相当数量的DOC吸收利用，而后经原生动物的摄食并进入经典食物链(AzamF；etal.2007)。微型生物通过光合作用、异养代谢，病毒裂解作用和原生动物摄食等，可以带来DOC组分重新分配，把溶解有机碳从活性向惰性转化(JiaoNZ；atel.2011)，从而源源不断地产生难以被再次利用的惰性溶解有机碳(Recalcitrantdissolvedorganiccarbon,RDOC)，使水体有机碳在长时间尺度(千年尺度)存储成为现实(JiangY；etal.2013)。有机碳的固定，又会加速无机碳向有机碳转化的过程，进而使岩溶地质作用部分碳汇以RDOC的形式长期保存在水体中(JiangY；etal.2013)，其稳定性大大增强。在海洋中，不能被生物利用的惰性有机碳占DOC的95％之强(焦念志；等，2011)，由此可见，在浮游细菌作用下产生的RDOC是水体碳循环的重要组成部分。研究水体惰性有机碳的性质和通量以及地球化学过程对明确碳元素分布特征及岩溶碳汇稳定性具有至关重要的作用。而目前尚未有学者明确岩溶水体惰性有机碳的测试方法。
技术实现思路
到目前为止，人们逐渐意识到岩溶地质作用并非纯无机地质过程，生物作用广泛参与其中。其中，浮游细菌以其独特的生物代谢方式将水体DOC转变为RDOC，从而长期储存在水体中，形成长时间尺度的稳定碳汇。现如今，对RDOC的研究主要集中在“海洋微生物碳泵”这一科研领域，且主要关注于RDOC的产生过程与机制。然而在约占我国1/3土地面积的岩溶地区，水体惰性有机碳却没有着重探究。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法，其以岩溶地下河流域水体惰性有机碳为研究对象，通过室内培养模拟实验，测试水体RDOC的浓度及所占比例，真实有效的还原自然状态下野外数据，并与碳酸盐岩风化所产生的环境数据相结合。主要解决了在我国西南岩溶地区，地下河流域内是否存在惰性溶解有机碳，以及岩溶地质作用过程中DIC转变为DOC之后能否在自然环境中长期储存形成净碳汇的科学问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法，包括如下的步骤：步骤S1，准备如下器具：金属镊子、金属剪钳、棕色玻璃瓶若干、螺旋蓝盖玻璃瓶若干、砂芯过滤装置若干、硅珠若干、量筒若干、锡箔纸若干、虑孔分别为3μm、0.45μm和0.22μm的聚醚砜亲水系微孔滤膜若干、聚四氟乙烯样品瓶若干和记号笔；步骤S2，对金属镊子、金属剪钳、棕色玻璃瓶、螺旋蓝盖玻璃瓶、砂芯过滤装置、硅珠和量筒进行清洗；步骤S3，对棕色玻璃瓶、螺旋蓝盖玻璃瓶、砂芯过滤装置、硅珠和聚醚砜亲水系微孔滤膜进行灭菌处理，备用；步骤S4，研究区内选择地下河出口处作为地下河水样取样点，将0.45μm的聚醚砜亲水系微孔滤膜装配于砂芯过滤装置上，在真空抽滤泵的作用下通过聚醚砜亲水系微孔滤膜过滤水样到砂芯过滤装置内，通过量筒量取250ml过滤液倒入螺旋蓝盖玻璃瓶中，拧紧盖子后并用锡箔纸包裹螺旋蓝盖玻璃瓶的瓶身，再记录样品号，并在同一取样点获取500ml水样，装于聚四氟乙烯样品瓶中；研究区内其余取样点均遵循上述取样工作，直至野外取样完成，共取得T个样品；步骤S5，将各个取样点所取的水样混合在一个容器中混合均匀，再通过装配有3μm聚醚砜亲水系微孔滤膜的抽滤装置预过滤混合水样，去除混合水样中的大颗粒杂质及大粒径浮游生物，得到一次过滤混合水样；再通过装配有0.22μm聚醚砜亲水系微孔滤膜的抽滤装置过滤一次过滤水样，得到二次过滤混合水样，用金属镊子夹取该0.22μm聚醚砜亲水系微孔滤膜，再用剪钳将其剪碎，放置于棕色玻璃瓶中，同时将硅珠倒入棕色玻璃瓶中覆盖于碎膜上，并将T×5ml的二次过滤水样加入到棕色玻璃瓶中，将瓶盖封好并放入CHA-S气浴恒温振荡器中震荡2小时；待震荡结束后，静置棕色玻璃瓶30分钟，取上层液体作为接种液保留；步骤S6，取一个的螺旋蓝盖玻璃瓶，向其内部加入250mL的经0.45μm聚醚砜亲水系微孔滤膜过滤的2mmol/L碳酸氢钙溶液，使用最大量程为1000μL的移液器加灭菌吸头，向该螺旋蓝盖玻璃瓶加入2.5ml接种液后用锡箔纸包裹遮光，作为下面每一次测试接种样品水体溶解有机碳浓度时的阴性对照值；按照上述同样的方式加入2.5ml接种液，依次吸取2.5mL接种液并转移到盛有过滤液的各个螺旋蓝盖玻璃瓶中，将各个样品与接种液混合均匀后，再取螺旋蓝盖玻璃瓶中接种样品25ml，通过MultiN/C3100分析仪测试其水体溶解有机碳初始浓度，后将螺旋蓝盖玻璃瓶加盖封闭并用锡箔纸包裹，放入18℃恒温培养箱中进行性培养；步骤S7，培养过程中每隔15天采用相同的方法测试一次螺旋蓝盖玻璃瓶中接种样品的水体溶解有机碳浓度，测试完成后将螺旋蓝盖玻璃瓶中置于原处，使用相同条件继续培养，直至水体溶解有机碳浓度不在发生变化为止，而此水体溶解有机碳浓度最接近惰性溶解有机碳浓度，因此将不再变化的溶解有机碳浓度定义为水体惰性有机碳浓度。本专利技术的有益效果是：首次将惰性溶解有机碳的培养与测试引入到岩溶地下河水体中，完善了岩溶碳循环过程中碳的存在形式；将水样在高度还原自然环境条件下进行培养，最大限度的获取了岩溶水体实际RDOC浓度，可以直接解决岩溶地下河流域是否存在RDOC以及RDOC含量是多少的科学问题，从而证明岩溶地质作用具有净碳汇效应。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步，步骤S2中按照下述方式清洗金属镊子、金属剪钳、棕色玻璃瓶、螺旋蓝盖玻璃瓶、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法，其特征在于，包括如下的步骤：步骤S1，准备如下器具：金属镊子、金属剪钳、棕色玻璃瓶若干、螺旋蓝盖玻璃瓶若干、砂芯过滤装置若干、硅珠若干、量筒若干、锡箔纸若干、虑孔分别为3μm、0.45μm和0.22μm的聚醚砜亲水系微孔滤膜若干、聚四氟乙烯样品瓶若干和记号笔；步骤S2，对金属镊子、金属剪钳、棕色玻璃瓶、螺旋蓝盖玻璃瓶、砂芯过滤装置、硅珠和量筒进行清洗；步骤S3，对棕色玻璃瓶、螺旋蓝盖玻璃瓶、砂芯过滤装置、硅珠和聚醚砜亲水系微孔滤膜进行灭菌处理，备用；步骤S4，研究区内选择地下河出口处作为地下河水样取样点，将0.45μm的聚醚砜亲水系微孔滤膜装配于砂芯过滤装置上，在真空抽滤泵的作用下通过聚醚砜亲水系微孔滤膜过滤水样到砂芯过滤装置内，通过量筒量取250ml过滤液倒入螺旋蓝盖玻璃瓶中，拧紧盖子后并用锡箔纸包裹螺旋蓝盖玻璃瓶的瓶身，再记录样品号，并在同一取样点获取500ml水样，装于聚四氟乙烯样品瓶中；研究区内其余取样点均遵循上述取样工作，直至野外取样完成，共取得T个样品；步骤S5，将各个取样点所取的水样混合在一个容器中混合均匀，再通过装配有3μm聚醚砜亲水系微孔滤膜的抽滤装置预过滤混合水样，去除混合水样中的大颗粒杂质及大粒径浮游生物，得到一次过滤混合水样；再通过装配有0.22μm聚醚砜亲水系微孔滤膜的抽滤装置过滤一次过滤水样，得到二次过滤混合水样，用金属镊子夹取该0.22μm聚醚砜亲水系微孔滤膜，再用剪钳将其剪碎，放置于棕色玻璃瓶中，同时将硅珠倒入棕色玻璃瓶中覆盖于碎膜上，并将T×5ml的二次过滤水样加入到棕色玻璃瓶中，将瓶盖封好并放入CHA‑S气浴恒温振荡器中震荡2小时；待震荡结束后，静置棕色玻璃瓶30分钟，取上层液体作为接种液保留；步骤S6，取一个的螺旋蓝盖玻璃瓶，向其内部加入250mL的经0.45μm聚醚砜亲水系微孔滤膜过滤的2mmol/L碳酸氢钙溶液。使用最大量程为1000μL的移液器加灭菌吸头，向该螺旋蓝盖玻璃瓶加入2.5ml接种液后用锡箔纸包裹遮光，作为下面每一次测试接种样品水体溶解有机碳浓度时的阴性对照值；按照上述同样的方式，依次吸取2.5mL接种液并转移到盛有过滤液的各个螺旋蓝盖玻璃瓶中，将各个样品与接种液混合均匀后，再取螺旋蓝盖玻璃瓶中接种样品25ml，通过Multi N/C 3100分析仪测试其水体溶解有机碳初始浓度，后将螺旋蓝盖玻璃瓶加盖封闭并用锡箔纸包裹，放入19℃恒温培养箱中进行培养；步骤S7，培养过程中每隔15天采用相同的方法测试一次螺旋蓝盖玻璃瓶中接种样品的水体溶解有机碳浓度，测试完成后将螺旋蓝盖玻璃瓶中置于原处，使用相同条件继续培养，直至水体溶解有机碳浓度不在发生变化为止，而此水体溶解有机碳浓度最接近惰性溶解有机碳浓度，因此将不再变化的溶解有机碳浓度定义为水体惰性溶解有机碳浓度。...

【技术特征摘要】
1.一种岩溶地下河流域惰性有机碳培养与检测方法，其特征在于，包括如下的步骤：步骤S1，准备如下器具：金属镊子、金属剪钳、棕色玻璃瓶若干、螺旋蓝盖玻璃瓶若干、砂芯过滤装置若干、硅珠若干、量筒若干、锡箔纸若干、虑孔分别为3μm、0.45μm和0.22μm的聚醚砜亲水系微孔滤膜若干、聚四氟乙烯样品瓶若干和记号笔；步骤S2，对金属镊子、金属剪钳、棕色玻璃瓶、螺旋蓝盖玻璃瓶、砂芯过滤装置、硅珠和量筒进行清洗；步骤S3，对棕色玻璃瓶、螺旋蓝盖玻璃瓶、砂芯过滤装置、硅珠和聚醚砜亲水系微孔滤膜进行灭菌处理，备用；步骤S4，研究区内选择地下河出口处作为地下河水样取样点，将0.45μm的聚醚砜亲水系微孔滤膜装配于砂芯过滤装置上，在真空抽滤泵的作用下通过聚醚砜亲水系微孔滤膜过滤水样到砂芯过滤装置内，通过量筒量取250ml过滤液倒入螺旋蓝盖玻璃瓶中，拧紧盖子后并用锡箔纸包裹螺旋蓝盖玻璃瓶的瓶身，再记录样品号，并在同一取样点获取500ml水样，装于聚四氟乙烯样品瓶中；研究区内其余取样点均遵循上述取样工作，直至野外取样完成，共取得T个样品；步骤S5，将各个取样点所取的水样混合在一个容器中混合均匀，再通过装配有3μm聚醚砜亲水系微孔滤膜的抽滤装置预过滤混合水样，去除混合水样中的大颗粒杂质及大粒径浮游生物，得到一次过滤混合水样；再通过装配有0.22μm聚醚砜亲水系微孔滤膜的抽滤装置过滤一次过滤水样，得到二次过滤混合水样，用金属镊子夹取该0.22μm聚醚砜亲水系微孔滤膜，再用剪钳将其剪碎，放置于棕色玻璃瓶中，同时将硅珠倒入棕色玻璃瓶中覆盖于碎膜上，并将T×5ml的二次过滤水样加入到棕色玻璃瓶中，将瓶盖封好并放入CHA-S气浴恒温振荡器中震荡2小时；待震荡结束后，静置棕色玻璃瓶30分钟，取上层液体作为接种液保留；步骤S6，取一个的螺旋蓝盖玻璃瓶，向其内部加入250mL的经0.45μm聚醚砜亲水系微孔滤膜过滤的2mmol/L碳酸氢钙溶液。使用最大量程为1000μL的移液器加灭菌吸头，向该螺旋蓝盖玻璃瓶加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，宋昂，何若雪，
申请(专利权)人：中国地质科学院岩溶地质研究所，
类型：发明
国别省市：广西,45