一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法，包括如下步骤：S1、使用YSI水质仪现场测定湖泊的水体盐度S，每个样点重复三次，记录并计算平均值作为该点的S实测值；S2、根据以下模型计算湖泊DOC浓度：log(DOC)＝0.52×log(S)+1.11。本发明专利技术通过数据拟合分析的方法，使用实测数据，构建了湖泊实测的盐度S和DOC浓度的相关性，为后续水体DOC浓度的检测奠定了基础。本发明专利技术可以通过在野外现场依据水体盐度值后，及时、快速、准确估算地表水体DOC浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法
本专利技术涉及湖泊水环境评价领域，具体涉及一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法。
技术介绍
碳是构成生命体的重要元素之一，是整个生物圈物质和能量循环的主体。碳在自然界中以有机的、无机的、或者固态的形式存在，每年大概有0.4-0.9Pg的碳从陆地流入海洋，因此陆地水圈(如湖泊、河流等)对于地球水环境碳循环具有非常重要的作用。在湖泊水生态系统中，溶解性有机碳(DOC)是碳的主要存在形式，是异氧微生物的主要营养源，不仅与其他养分(氮、磷等)之间存在耦合关系，还通过与溶解性无机碳(DIC)之间的转化影响环境污染物质的迁移和降解。因此，开展湖泊水体中DOC浓度的相关研究对分析不同类型湖泊的碳循环过程和估算湖泊水体碳源/汇功能具有重要意义，为评价我国湖泊生态系统碳储量的时空分布格局提供了科学依据。目前，国内外普遍采用总有机碳分析仪等仪器分析水体中DOC浓度，在长期的实践和研究中发现该方法已不能完全适应新时期的快速监测等科学工作的需要。首先，由于仪器昂贵，一般实验室不具备该仪器；其次，仪器测量需要将水样采集带回实验室进行，水样的保存时间、保存温度、不同TOC仪的测量精度、测量者的水样前处理操作等，都会对DOC的测量结果造成较大影响。因此，开发一种新的、便捷的、高效的测量水体DOC浓度的方法已经成为科学研究者们的迫切需要。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法，包括如下步骤：S1、使用YSI水质仪现场测定湖泊的水体盐度S，每个样点重复三次，记录并计算平均值作为该点的S实测值；S2、根据以下模型计算湖泊DOC浓度：log(DOC)＝0.52×log(S)+1.11(R2＝0.79，n＝826，其中R2指的是这个拟合方程的拟合度，n是采样点数量。所述模型通过以下方法构建：a、对分布在全国的136个湖泊和水库进行采样，每个湖泊和水库设置6-8个采样点，共计1296个采样点，使用YSI水质仪现场测定水体盐度(S)，测量范围为0-70ppt，精度为0.01ppt，每个样点重复三次，记录并计算平均值做为该点的S实测值；b、使用采水器采集表层水体，每个样点采集2L表面水体，水体深度0.5-1m，置于车载冰箱中运送至实验室避光冷藏保存，24h内测定其溶解性有机物(DOC)浓度，测定时，将水样经0.45μm孔径的玻璃纤维滤膜过滤后低温保存，以超纯水作参考水样，测定过滤液的总溶解碳(DTC)浓度和溶解性无机碳(DIC)浓度，DOC浓度为DTC减去DIC的差值；DTC和DIC浓度测定采用680℃高温催化氧化法，在TOC分析仪上进行，该方法检测限为0.3mg/L，每个水样重复测定三次，记录并计算平均值做为该点的实测值；c、使用MicrosoftExcel2017软件对分布在全国的106个湖泊实测的盐度S和DOC浓度值进行相关性拟合分析，即得所述模型。本专利技术具有以下有益效果：1)通过数据拟合分析的方法，使用实测数据，构建了湖泊实测的盐度S和DOC浓度的相关性，为后续水体DOC浓度的检测奠定了基础。2)可以通过在野外现场依据水体盐度值后，及时、快速、准确估算地表水体DOC浓度。附图说明图1为采样湖泊分布图。图2为溶解性有机碳(DOC)浓度和湖泊实测的盐度S的相关性分析图。图3为基于本专利技术进行的湖泊溶解性有机碳(DOC)浓度估测示意图。图4为DOC实测值与依据本专利方法计算出来的DOC浓度值相关性分析。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术通过数据拟合分析的方法，使用实测数据，构建了湖泊实测的盐度S和DOC浓度的相关性，具体的：步骤一、对分布在全国的136个湖泊和水库进行采样，分布图如图1所示，每个湖泊和水库设置6-8个采样点，共计1296个采样点，使用YSI水质仪现场测定水体盐度(S)，测量范围为0-70ppt，精度为0.01ppt，每个样点重复三次，记录并计算平均值做为该点的S实测值；步骤二、使用采水器采集表层水体，每个样点采集2L表面水体，水体深度0.5-1m，置于车载冰箱中运送至实验室避光冷藏保存，24h内测定其溶解性有机物(DOC)浓度，测定时，将水样经0.45μm孔径的玻璃纤维滤膜(中国半岛工业有限公司)过滤后低温保存，以超纯水作参考水样，测定过滤液的总溶解碳(DTC)浓度和溶解性无机碳(DIC)浓度，DOC浓度为DTC减去DIC的差值；DTC和DIC浓度测定采用高温催化氧化法(680℃)，在TOC分析仪(TOC-VCPN，日本岛津公司)上进行，该方法检测限为0.3mg/L，每个水样重复测定三次，记录并计算平均值做为该点的实测值；步骤三、使用MicrosoftExcel2017软件对分布在全国的106个湖泊实测的盐度S和DOC浓度值(共826个样点)进行相关性拟合分析，得到以下模型：log(DOC)＝0.52×log(S)+1.11(R2＝0.79，n＝826，其中R2指的是这个拟合方程的拟合度，n是采样点数量)。基于上述模型，本专利技术实施例提供了一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法，包括如下步骤：S1、使用YSI水质仪现场测定湖泊的水体盐度S，每个样点重复三次，记录并计算平均值作为该点的S实测值；S2、根据所述模型计算湖泊DOC浓度：专利技术人使用该方法对分布在全国的80个湖泊进行DOC浓度估测，共计470个采样点，结果如图3，40.17％的采样点DOC浓度值为1-5mg/L，32.01％的采样点DOC浓度值处于0-1mg/L，16.53％的采样点SDD值处于处于5-10mg/L，6.90％的采样点SDD值处于处于10-20mg/L，剩余4.40％的采样点DOC浓度值为20-70mg/L。为了验证该估算结果的准确性，本研究同时使用TOC分析仪测定了这80湖泊的DOC浓度值，将这些DOC实测值与依据本专利方法计算出来的DOC浓度值进行拟合分析，实现模型精度验证(图4)，结果表明平均绝对百分误差(MAPE)仅为33.60％，依据本专利方法计算出来的DOC浓度值与实测DOC浓度值与的比值为0.95，相关性精度较好，依据本专利方法计算出来的DOC具有较高的可信度。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、使用YSI水质仪现场测定湖泊的水体盐度S，每个样点重复三次，记录并计算平均值作为该点的S实测值；S2、根据以下模型计算湖泊DOC浓度：log(DOC浓度)＝0.52×log(S)+1.11。

【技术特征摘要】
1.一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、使用YSI水质仪现场测定湖泊的水体盐度S，每个样点重复三次，记录并计算平均值作为该点的S实测值；S2、根据以下模型计算湖泊DOC浓度：log(DOC浓度)＝0.52×log(S)+1.11。2.如权利要求1所述的一种估算湖泊溶解性有机碳浓度的方法，其特征在于：所述模型通过以下方法构建：a、对分布在全国的136个湖泊和水库进行采样，每个湖泊和水库设置6-8个采样点，共计1296个采样点，使用YSI水质仪现场测定水体盐度S，测量范围为0-70ppt，精度为0.01ppt，每个样点重复三次，记录并计算平均值做为该点的S实测值；b、使用采水器采...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志丹，宋开山，刘阁，杜嘉，
申请(专利权)人：中国科学院东北地理与农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22