[发明专利]多通道双循环土壤碳排放δ13C观测系统

说明书

技术领域

本发明涉及生态学研究领域，具体的说是一种多通道双循环土壤碳排放δ¹³C观测系统。

技术背景

土壤碳排放是指土壤产生和向大气释放CO₂的过程，它包括土壤微生物呼吸、植物根系呼吸、土壤动物呼吸和含碳物质的化学氧化作用等几个生物学和非生物学部分。全球每年因土壤呼吸排放到大气中的CO₂量约为68PgC，远高于因燃料燃烧而释放到大气中的碳量。因此，土壤碳排放对大气CO₂浓度变化有着重要影响。土壤碳排放发生的任何变化都将进一步影响到全球的碳循环，是决定陆地生态系统碳平衡的主要因子。了解土壤碳排放与影响因子之间的关系，对于估计和预测陆地生态系统碳循环变化有着非常重要的意义。

稳定性碳同位素在自然界主要有两种类型，即¹²C和¹³C，其中绝大部分是¹²C(98.9％)，而¹³C仅占1.1％，一般用该同位素摩尔数相对于标准物质中的同位素摩尔数的相对比值来表示，即用δ符号表示同位素比值，单位为千分之一(‰)。由于同位素分馏效应的存在，植物根系的自养呼吸排放的和土壤微生物、动物异养呼吸排放的具有不同的δ¹³C值。利用土壤碳排放过程中的碳稳定性同位素的变化特征，可以解决过去常规方法无法解决的很多问题，已经成为研究生态系统碳交换机理的最为有效的技术手段之一。

目前，直接测定土壤碳排放的方法有静态箱法、动态箱法和微气象法，并结合碱液吸收法、红外气体分析法、气相色谱法等实现对土壤碳排放速率的测定。但上述方法只关注了土壤CO₂排放速率，而未关注土壤碳释放δ¹³C特征。由于自养呼吸和异养呼吸具有不同的δ¹³C特征，可以实现对土壤CO₂来源的分析。并且在观测仪器方面有诸多限制和不足，如不能进行连续观测、不能多点同时观测、由于管道残气影响观测准确性等等，特别是当多个观测点的距离较大时，上述限制会显得更加突出。

发明内容

为了分析土壤碳排放、自养呼吸和异养呼吸的δ¹³C特征、实现多点同时自动观测、提高观测效率和频率、提高观测的准确性，本发明提供一种多通道双循环土壤碳排放δ¹³C观测系统。

为了实现这一目的，本发明提供如下解决方案：

一种多通道双循环土壤碳排放δ¹³C观测系统，该系统由气体分析系统和电路控制系统组成。气体分析系统包括排放箱11、21和31，箱盖12、22和32，采样管13、23、33、16、26、36、17、27、37、51和52，气泵14、24、34和42，三通电磁阀15、25和35，多通道电磁阀41，δ¹³C分析仪43，单片机44组成。电路控制系统包括电源7，控制线62、63和64，开关81、82、83和84，触点91、92和93连接而成。

排放箱11上安装有箱盖12，排放箱11两侧开孔，安装采样管13形成回路，采样管13上安装气泵14，开启气泵14时，气体在排放箱11和采样管13内循环。采样管13上安装有三通电磁阀15，三通电磁阀15的一个通道与采样管16连接，采样管16连接多通道电磁阀41的一个通道，多通道电磁阀41由采样管52与δ¹³C分析仪43连接，分析仪43又由采样管51与多通道电磁阀41连接，采样管51上安装气泵42，多通道电磁阀41的一个通道又由采样管17连接在采样管13上，形成气流回路。由排放箱21、箱盖22、采样管23、气泵24、三通电磁阀25连接形成的循环回路由采样管26、27连接在多通道电磁阀41上；由排放箱31、箱盖32、采样管33、气泵34、三通电磁阀35连接形成的循环回路由采样管36、37连接在多通道电磁阀41上。并可根据实际需要增加通道数量。

δ¹³C分析仪43测定的δ¹³C数据由数据线61输送到单片机44储存，并由单片机44通过控制线62与多通道电磁阀41连接，多通道电磁阀41的通道间切换时间由单片机44通过控制线62控制。