一种测定森林生态系统组分呼吸δ技术方案

本发明专利技术属于森林生态监测领域，具体地说是一种测定森林生态系统组分呼吸δ

【技术实现步骤摘要】
一种测定森林生态系统组分呼吸
δ
13
C的装置和方法


[0001]本专利技术属于森林生态监测领域，具体地说是一种测定森林生态系统组分呼吸δ
13
C的装置和方法。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，全球CO2浓度升高对全球气候变化的作用引起了人们的重视。陆地生态系统特别是森林与大气间的碳交换强烈影响全球CO2浓度变化。森林生态系统通过光合作用吸收大气中CO2并将其固定为有机碳，碳在森林生态系统中经过运输和分配，最终通过叶片、树干和土壤的呼吸作用以CO2的形式排放到大气中，完成与大气的碳交换。有研究表明，森林生态系统与大气间的碳交换量巨大，对环境变化的响应十分敏感。因此，深入理解森林生态系统与大气的碳交换过程，对估算碳交换量并进而预测全球变化有重要意义。
[0003]物质中
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C的相对含量称为物质的碳同位素组成，用δ
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C表示。生态系统碳周转过程中的同位素分馏效应会使生态系统各组分间表现出截然不同的碳同位素组成。例如，生态系统有机碳相对大气CO2通常
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C贫化，即有机碳相对大气CO2δ
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C值较低；而生态系统组分呼吸释放的CO2相对各自呼吸底物通常
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C富集，即各组分呼吸释放的CO2相对各自呼吸底物δ
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C值较高。研究表明，环境变化对生态系统碳周转过程的影响会通过同位素分馏效应表现在生态系统各组分δ
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C的动态变化上。因此，生态系统δ
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C成为指示环境变化对生态系统碳周转过程的影响的独特信号。我们需要对生态系统碳周转各过程的δ
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C进行精确观测，以便深入解析环境变化对生态系统碳周转过程的影响。
[0004]然而，目前对森林生态系统碳周转过程中各呼吸组分如叶片、树干和土壤呼吸释放CO2的δ
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C进行观测仍存在许多困难。常用的方法基本以用气袋收集气室内的气体后转移至实验室进行δ
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C测定为主。这类方法通常需要事先过滤气室内本底CO2再对呼吸释放的CO2进行采集，容易造成气体样品污染；且使用气袋集气的人力物力成本高，效率低，难以实现连续观测。因此，对森林生态系统叶片、树干和土壤呼吸释放CO2的δ
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C集成观测则更加困难。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种测定森林生态系统组分呼吸δ
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C的装置和方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]一种测定森林生态系统组分呼吸δ
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C的装置，包括枝叶气室、树干气室、土壤气室、流路切换阀A、碳同位素分析仪、气泵、流路切换阀B、若干条输气管路、操作面板与控制模块，所述控制模块分别通过电导体与所述流路切换阀A、所述流路切换阀B和所述操作面板连接；
[0008]所述流路切换阀A具有若干个互不相通的输入端和一个输出端，所述流路切换阀B
具有一个输入端和若干个互不相通的输出端，所述流路切换阀A的输出端与所述碳同位素分析仪的输入端通过一条输气管路连通，所述碳同位素分析仪的输出端与所述气泵的输入端通过另一条输气管路连通，所述气泵的输出端与所述流路切换阀B的输入端通过又一条输气管路连通；
[0009]所述枝叶气室包括可拆卸连接的枝叶气室气室盖和枝叶气室气室体，目标树木枝叶可穿过所述枝叶气室气室盖，所述枝叶气室气室盖上被目标树木枝叶穿过的位置保持气密性，所述枝叶气室气室体上设有一个枝叶气室进气口和枝叶气室出气口，所述枝叶气室出气口与所述流路切换阀A的一个输入端通过一条输气管路连通，所述枝叶气室进气口与所述流路切换阀B的一个输出端通过另一条输气管路连通；
[0010]所述树干气室包括可拆卸连接的树干气室气室盖和树干气室气室体，所述树干气室气室体通过硅酮密封胶A与目标树木的树干粘连并保持气密性，所述树干气室气室盖上设有一个树干气室进气口和树干气室出气口，所述树干气室出气口与所述流路切换阀A的一个输入端通过一条输气管路连通，所述树干气室进气口与所述流路切换阀B的一个输出端通过另一条输气管路连通；
[0011]所述土壤气室包括可拆卸连接的土壤气室气室盖和土壤气室气室体，所述土壤气室气室体的下端具有开口，且所述土壤气室气室体的下端开口固定连接有土环，所述土壤气室气室盖上设有一个土壤气室进气口和土壤气室出气口，所述土壤气室出气口与所述流路切换阀A的一个输入端通过一条输气管路连通，所述土壤气室进气口与所述流路切换阀B的一个输出端通过另一条输气管路连通；
[0012]所述枝叶气室出气口、所述树干气室出气口、所述土壤气室出气口分别与所述流路切换阀A不同的输入端相连通，所述枝叶气室进气口、所述树干气室进气口、所述土壤气室进气口分别与所述流路切换阀B不同的输出端相连通。
[0013]优选的，还包括至少两个同位素标准气瓶，所述枝叶气室出气口、所述树干气室出气口、所述土壤气室出气口、及各个所述同位素标准气瓶分别与所述流路切换阀A不同的输入端相连通。
[0014]优选的，所述枝叶气室气室盖和所述枝叶气室气室体之间采用螺纹连接，所述树干气室气室盖和所述树干气室气室体之间采用螺纹连接，所述土壤气室气室盖和所述土壤气室气室体之间采用螺纹连接。
[0015]优选的，所述枝叶气室气室盖的内侧设有硅胶密封垫A，所述树干气室气室盖的内侧设有硅胶密封垫B，所述土壤气室气室盖的内侧设有硅胶密封垫C。
[0016]优选的，所述枝叶气室出气口设置于所述枝叶气室气室体的侧面上，所述枝叶气室进气口设置于所述枝叶气室气室体的底面上，所述树干气室进气口和所述树干气室出气口均设置于所述树干气室气室盖的顶面上，所述土壤气室进气口和所述土壤气室出气口均设置于所述土壤气室气室盖的顶面上。
[0017]优选的，所述枝叶气室气室盖、所述枝叶气室气室体、所述树干气室气室盖、所述树干气室气室体、所述土壤气室气室盖、所述土壤气室气室体的外表面均覆盖有铝箔纸。
[0018]优选的，所述枝叶气室气室盖的顶面上设有供目标树木枝叶穿过的孔洞，所述孔洞与目标树木枝叶之间的空隙填充有硅酮密封胶B；所述土壤气室气室体的下端开口与所述土环的上端通过热熔胶粘连，所述土壤气室气室体与所述土环之间露出的空隙还通过硅
酮密封胶C密封。
[0019]一种使用本专利技术提出的测定森林生态系统组分呼吸δ
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C的装置的测定森林生态系统组分呼吸δ
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C的方法，包括以下步骤：
[0020]1)将所述枝叶气室气室盖固定在目标树木枝叶上，将所述树干气室气室体固定在目标树木的树干上，将所述土环插入待测土壤中，将所述土壤气室气室体固定在已经插入待测土壤的所述土环上；
[0021]2)将所述流路切换阀A的输出端与所述碳同位素分析仪的输入端通过一条输气管路连通，所述碳同位素分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测定森林生态系统组分呼吸δ
13
C的装置，其特征在于：包括枝叶气室(1)、树干气室(2)、土壤气室(3)、流路切换阀A(4)、碳同位素分析仪(5)、气泵(6)、流路切换阀B(7)、若干条输气管路(8)、操作面板与控制模块，所述控制模块分别通过电导体与所述流路切换阀A(4)、所述流路切换阀B(7)和所述操作面板连接；所述流路切换阀A(4)具有若干个互不相通的输入端和一个输出端，所述流路切换阀B(7)具有一个输入端和若干个互不相通的输出端，所述流路切换阀A(4)的输出端与所述碳同位素分析仪(5)的输入端通过一条输气管路(8)连通，所述碳同位素分析仪(5)的输出端与所述气泵(6)的输入端通过另一条输气管路(8)连通，所述气泵(6)的输出端与所述流路切换阀B(7)的输入端通过又一条输气管路(8)连通；所述枝叶气室(1)包括可拆卸连接的枝叶气室气室盖(11)和枝叶气室气室体(12)，目标树木枝叶可穿过所述枝叶气室气室盖(11)，所述枝叶气室气室盖(11)上被目标树木枝叶穿过的位置保持气密性，所述枝叶气室气室体(12)上设有一个枝叶气室进气口(13)和枝叶气室出气口(14)，所述枝叶气室出气口(14)与所述流路切换阀A(4)的一个输入端通过一条输气管路(8)连通，所述枝叶气室进气口(13)与所述流路切换阀B(7)的一个输出端通过另一条输气管路(8)连通；所述树干气室(2)包括可拆卸连接的树干气室气室盖(18)和树干气室气室体(19)，所述树干气室气室体(19)通过硅酮密封胶A(20)与目标树木的树干粘连并保持气密性，所述树干气室气室盖(18)上设有一个树干气室进气口(21)和树干气室出气口(22)，所述树干气室出气口(22)与所述流路切换阀A(4)的一个输入端通过一条输气管路(8)连通，所述树干气室进气口(21)与所述流路切换阀B(7)的一个输出端通过另一条输气管路(8)连通；所述土壤气室(3)包括可拆卸连接的土壤气室气室盖(24)和土壤气室气室体(25)，所述土壤气室气室体(25)的下端具有开口，且所述土壤气室气室体(25)的下端开口固定连接有土环(26)，所述土壤气室气室盖(24)上设有一个土壤气室进气口(27)和土壤气室出气口(28)，所述土壤气室出气口(28)与所述流路切换阀A(4)的一个输入端通过一条输气管路(8)连通，所述土壤气室进气口(27)与所述流路切换阀B(7)的一个输出端通过另一条输气管路(8)连通；所述枝叶气室出气口(14)、所述树干气室出气口(22)、所述土壤气室出气口(28)分别与所述流路切换阀A(4)不同的输入端相连通，所述枝叶气室进气口(13)、所述树干气室进气口(21)、所述土壤气室进气口(27)分别与所述流路切换阀B(7)不同的输出端相连通。2.根据权利要求1所述的测定森林生态系统组分呼吸δ
13
C的装置，其特征在于：还包括至少两个同位素标准气瓶(9)，所述枝叶气室出气口(14)、所述树干气室出气口(22)、所述土壤气室出气口(28)、及各个所述同位素标准气瓶(9)分别与所述流路切换阀A(4)不同的输入端相连通。3.根据权利要求1所述的测定森林生态系统组分呼吸δ
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C的装置，其特征在于：所述枝叶气室气室盖(11)和所述枝叶气室气室体(12)之间采用螺纹连接，所述树干气室气室盖(18)和所述树干气室气室体(19)之间采用螺纹连接，所述土壤气室气室盖(24)和所述土壤气室气室体(25)之间采用螺纹连接。4.根据权利要求1所述的测定森林生态系统组分呼吸δ
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C的装置，其特征在于：所述枝叶气室气室盖(11)的内侧设有硅胶密封垫A(16)，所述树干气室气室盖(18)的内侧设有硅
胶密封垫B(23)，所述土壤气室气室盖(24)的内侧设有硅胶密封垫C(29)。5.根据权利要求1所述的测定森林生态系统组分呼吸δ
13
C的装置，其特征在于：所述枝叶气室出气口(14)设置于所述枝叶气室气室体(12)的侧面上，所述枝叶气室进气口(13)设置于所述枝叶气室气室体(12)的底面上，所述树干气室进气口(21)和所述树干气室出气口(22)均设置于所述树干气室气室盖(18)的顶面上，所述土壤气室进气口(27)和所述土壤气室出气口(28)均设置于所述土壤气室气室盖(24)的顶面上。6.根据权利要求1所述的测定森林生态系统组分呼吸δ
13
C的装置，其特征在于：所述枝叶气室气室盖(11)、所述枝叶气室气室体(12)、所述树干气室气室盖(18)、所述树干气室气室体(19)、所述土壤气室气室盖(24)、所述土壤气室...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁浩宇，王安志，吴家兵，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：