干湿循环调节对活性和惰性碳库分解影响的评价方法技术

干湿循环调节对活性和惰性碳库分解影响的评价方法，1)将不同类型土壤样品风干后过筛，分别装入透明瓶；2)土壤中加水，设置三种恒湿处理和两种干湿循环处理；3)将样品、盛有碱液的小瓶敞口一起放于非透明螺口密封瓶内；4)对两种干湿循环处理的样品，在密封瓶处悬挂变色硅胶干燥剂；5)密封瓶置于恒温箱内避光培养，最终计算土壤呼吸CO

The evaluation method of the effect of dry and wet cycle regulation on the decomposition of active and inert carbon pools

【技术实现步骤摘要】
干湿循环调节对活性和惰性碳库分解影响的评价方法
本专利技术属于土壤环境治理
，具体涉及一种干湿循环调节对活性和惰性碳库分解影响的评价方法。
技术介绍
土壤是陆地生态系统中最大的碳库，是大气碳库的2倍，植物碳库的3倍，其微小变化可对大气二氧化碳(CO2)浓度产生显著影响(Kirschbaum,2000)。然而，土壤碳库绝大部分为有机碳，其很难通过矿化作用转变为无机碳进入大气(Moinetetal.,2018)，而且土壤有机碳的矿化受很多因素的影响(Coppensetal.,2006)，其中水分含量对其影响较大(Lopez-Sangiletal.,2018)。全球气候变暖，加剧了陆地水体的蒸发量，增加了大气水份含量，导致干旱与强降雨频繁交替发生(Dai,2013；Donatetal.,2016)。降雨发生后，干旱土壤中的水分含量迅速增加，导致土壤呼吸急剧增加从而释放大量CO2(Birch效应，Birch,1958)，可能机制为干旱土壤重新加湿后水和底物的可利用性增加、微生物活性恢复并快速利用干旱条件下死亡微生物量和累积的胞内渗透物质、土壤团聚体破裂使有机质失去物理保护等。干旱土壤重新加湿后对土壤碳损的激发作用已经得到了国内外学者的广泛认可，但是其对累积碳损失的影响扔存在争议，可能原因为我们对不同周转速率的土壤碳库分解不甚了解。因此，研究和深入理解不同土壤碳库周转对土壤干湿循环过程的响应有利于探清不同碳库分解的敏感性，完善Birch激发效应机制，为精确改善全球碳循环模型提供重要依据。土壤有机碳由各种不同组成的碳库构成，其具有不同的稳定性和周转速率(Karhuetal.,2010)。根据其活性不同，可分为活性碳库(labilecarbonpool)和惰性碳库(stablecarbonpool)，分别占总土壤碳库的0～5％、95～100％(Davidson&Janssens,2006)。活性碳库主要由土壤微生物量和易分解有机物组成，库存小、周转时间短(0.1～5年)，其变化对全球碳循环影响不大；惰性碳库更稳定，周转时间可达上千年，是土壤碳库的主体，对全球变化的响应会大幅度地改变全球碳循环(Dungaitetal.,2012；Linetal.,2015)。因此，研究和深入理解不同土壤碳库分解对土壤干湿循环过程的响应至关重要。目前对不同周转周期碳库的研究主要有4种方法：第一种方法是在不同温度下进行长期土壤培养试验，试验周期为几个月甚至几年，培养过程中监测CO2的释放，随着培养时间延长，活性碳库逐渐消耗，呼吸速率下降(Conantetal.,2008)；假设实验后期释放的CO2均来自惰性碳库，将其对干湿循环的响应视为惰性碳库分解的敏感性。而在这个过程中，只有一小部分的活性碳被分解，而在观测后期绝大部分的CO2仍来自活性碳库(Lietal.,2013)。因此，使用这种方法检测的不同碳库的分解是不可靠的。第二种方法是通过物理分级区分不同品质的土壤碳组分并分别测定其温度敏感性(LeifeldandFuhrer,2005；Schnecker,2016)，这些样品在一定条件下可代表稳定性不同的土壤碳组分，但是此方法经过化学处理，土壤微生物存在的真实环境已改变。因此，以上两种方法都不能明确区分CO2的来源。第三种方法是通过长期裸地撂荒试验(Long-termbarefallowexperiments)，一方面，人工剔除地上植被，使其长期无植物生长、无碳输入，随时间延长快速周转碳库逐渐消耗，视其为惰性碳库；另一方面，长期休闲撂荒，植被自然生长，保持连续有机质输入，视其为相对活性碳库，可明确区分CO2的来源(Lefèvreetal.,2014；Barréetal.,2016)。第四种方法即采用放射性14C或天然13C同位素示踪技术，利用土壤释放的CO2同位素丰度不同来区分CO2的来源(Waldrop&Firestone,2004；Blagodatskayaetal.,2011)。放射性14C价格昂贵，且存在辐射污染风险，已停用，而13C同位素示踪技术存在理论假设，即利用不同C3-C4植被转变土壤同位素值之间的差异，用二元模型进行估算，准确性与理论假设有关。第三种方法是目前行之有效的方法，但仍存在有一部分碳属于活性碳库的问题。因此，本研究取用裸地土壤的同时，提前将部分裸地土壤调节含水量至60％最大持水量连续培养两年，从而消耗大量有机碳，使其更能代表土壤惰性碳库。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用变色硅胶干燥剂加速不同周转碳库土壤中水分的流失，而后迅速补充水分，使土壤经历干湿循环过程，产生Birch效应。同时设置恒湿土壤处理，即不加变色硅胶，使不同碳库的土壤长期处于恒定湿度状态，从而对比活性、惰性碳库分别对干湿循环的响应以及验证干湿循环对比恒湿处理是否增加了碳损。本专利技术采取的技术方案是：干湿循环调节对活性和惰性碳库分解影响的评价方法，包括以下步骤：步骤一：分别将撂荒地土壤样品(相对活性碳库)、裸地土壤样品(相对惰性碳库)、裸地培养两年的土壤样品(惰性碳库)风干后过2mm筛，用三个透明塑料瓶分别各装入一种样品，每种样品的质量相同且不少于10g，根据实际情况可自行调节，透明塑料瓶的体积根据土样的质量来确定，原则是装入瓶内的土层高度不高于3cm，避免土层过厚底部土壤处于厌氧状态及土层过厚不利于气体交换；步骤二：将装有土壤样品的透明塑料瓶放在天平上，利用注射器加蒸馏水调节含水量；土壤的最大持水量为30％(以实测为准)，并设置三种恒湿处理和两种干湿循环处理，其中，三种恒湿处理的含水量分别是最大持水量的0.2倍、0.6倍和1倍，两种干湿循环处理的含水量为变值，分别是最大持水量的1～0.2倍和0.8～0.4倍，恒湿处理即为土壤含水量在整个培养周期固定不变；步骤三：将装有调节好含水量样品的塑料瓶、以及盛有氢氧化钠溶液的小瓶都敞开口，并一起放于非透明螺口密封瓶内，其中，氢氧化钠溶液的用量以土样的最大呼吸速率及培养周期来确定，且要确保氢氧化钠溶液过量；步骤四：对两种干湿循环处理的样品，针对施加不同干湿循环强度，分别在非透明螺口密封瓶瓶盖处悬挂变色硅胶干燥剂，对于恒湿条件下的样品，则不放置变色硅胶干燥剂；所述变色硅胶干燥剂的用量根据所用土壤的持水量、所需含水量的波动率、干湿循环周期来确定；步骤五：将螺口密封瓶密封好，并置于恒温箱内避光培养，培养温度范围在4～40℃之间，同时以只含相同体积碱液的无土壤试样作为空白对照；步骤六：培养时间4～7个月，期间进行12～21次干湿循环处理，干湿循环处理的样品每十天进行一个不同水分含量的干湿循环；每次干湿循环结束后，取出恒湿处理非透明密封瓶内的碱液(氢氧化钠溶液)，并放置新碱液，用称重法补充土壤中流失的水分，碱液当即测定无机碳含量；干湿循环处理的非透明瓶中由于存在变色硅胶干燥剂，而变色硅胶会吸收碱液中水份而导致碱液体积小于初始体积(步骤三所设置的氢氧化钠溶液体积)，故碱液取出后先用蒸馏水补充至初始体积10mL，混匀，再测无机碳含量；对于干湿循环处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.干湿循环调节对活性和惰性碳库分解影响的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：分别将撂荒地土壤样品、裸地土壤样品、裸地培养两年的土壤样品风干后过2mm筛，用三个透明塑料瓶分别各装入一种样品，每种样品的质量相同且不少于10g，透明塑料瓶的体积根据土样的质量来确定，原则是装入瓶内的土层高度不高于3cm；/n步骤二：将装有土壤样品的透明塑料瓶放在天平上，利用注射器加蒸馏水调节含水量；土壤的最大持水量为30％，并设置三种恒湿处理和两种干湿循环处理，其中，三种恒湿处理的含水量分别是最大持水量的0.2倍、0.6倍和1倍，两种干湿循环处理的含水量为变值，分别是最大持水量的1～0.2倍和0.8～0.4倍；/n步骤三：将装有调节好含水量样品的塑料瓶、以及盛有氢氧化钠溶液的小瓶都敞开口，并一起放于非透明螺口密封瓶内，其中，氢氧化钠溶液的用量以土样的最大呼吸速率及培养周期来确定，且要确保氢氧化钠溶液过量；/n步骤四：对两种干湿循环处理的样品，针对施加不同干湿循环强度，分别在非透明螺口密封瓶瓶盖处悬挂变色硅胶干燥剂，对于恒湿条件下的样品，则不放置变色硅胶干燥剂；所述变色硅胶干燥剂的用量根据所用土壤的持水量、所需含水量的波动率、干湿循环周期来确定；/n步骤五：将螺口密封瓶密封好，并置于恒温箱内避光培养，培养温度范围在4～40℃之间，同时以只含相同体积碱液的无土壤试样作为空白对照；/n步骤六：培养时间4～7个月，期间进行12～21次干湿循环处理，干湿循环处理的样品每十天进行一个不同水分含量的干湿循环；每次干湿循环结束后，取出恒湿处理非透明密封瓶内的碱液，并放置新碱液，用称重法补充土壤中流失的水分，碱液当即测定无机碳含量；干湿循环处理的非透明瓶中由于存在变色硅胶干燥剂，而变色硅胶会吸收碱液中水份而导致碱液体积小于初始体积，故碱液取出后先用蒸馏水补充至初始体积10mL，混匀，再测无机碳含量；对于干湿循环处理，取出非透明瓶内碱液并更换新碱液的同时，重新放置已经烘干的新变色硅胶干燥剂，并用注射器迅速给土壤样品加蒸馏水至初始含水量；与此同时测定空白对照的非透明瓶内碱液中无机碳含量；其中，吸水后的变色硅胶于烘干箱内105℃过夜烘干；/n步骤七：计算土壤呼吸CO...

【技术特征摘要】
1.干湿循环调节对活性和惰性碳库分解影响的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：分别将撂荒地土壤样品、裸地土壤样品、裸地培养两年的土壤样品风干后过2mm筛，用三个透明塑料瓶分别各装入一种样品，每种样品的质量相同且不少于10g，透明塑料瓶的体积根据土样的质量来确定，原则是装入瓶内的土层高度不高于3cm；
步骤二：将装有土壤样品的透明塑料瓶放在天平上，利用注射器加蒸馏水调节含水量；土壤的最大持水量为30％，并设置三种恒湿处理和两种干湿循环处理，其中，三种恒湿处理的含水量分别是最大持水量的0.2倍、0.6倍和1倍，两种干湿循环处理的含水量为变值，分别是最大持水量的1～0.2倍和0.8～0.4倍；
步骤三：将装有调节好含水量样品的塑料瓶、以及盛有氢氧化钠溶液的小瓶都敞开口，并一起放于非透明螺口密封瓶内，其中，氢氧化钠溶液的用量以土样的最大呼吸速率及培养周期来确定，且要确保氢氧化钠溶液过量；
步骤四：对两种干湿循环处理的样品，针对施加不同干湿循环强度，分别在非透明螺口密封瓶瓶盖处悬挂变色硅胶干燥剂，对于恒湿条件下的样品，则不放置变色硅胶干燥剂；所述变色硅胶干燥剂的用量根据所用土壤的持水量、所需含水量的波动率、干湿循环周期来确定；
步骤五：将螺口密封瓶密封好，并置于恒温箱内避光培养，培养温度范围在4～40℃之间，同时以只含相同体积碱液的无土壤试样作为空白对照；
步骤六：培养时间4～7个月，期间进行12～21次干湿循环处理，干湿循环处理的样品每十天进行一个不同水分含量的干湿循环；每次干湿循环结束后，取出恒湿处理非透明密封瓶内的碱液，并放置新...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊杰，张帅，刘丹，陈茜，周爽，张龙，颜畅，兰波，何立平，李廷真，
申请(专利权)人：重庆三峡学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50