[发明专利]一种原位测定多年生植被碳源碳汇的同位素示踪法

权利要求书

1.一种原位测定多年生植被碳源碳汇的同位素示踪法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：测定当地空气二氧化碳浓度记为C0(mg/L)；

步骤2：对植物覆盖地块的测定操作：

①选有代表性的植物覆盖地块5块进行实验，每块地上盖上无底有机玻璃箱，对每一个玻璃箱进行如下相同操作：沿着箱子底部挖沟，使箱子底边嵌入土壤5cm，再用细土沿着箱底覆盖，压实，打开所有进气口、出气口，平衡15分钟；②在气体发生装置中的气体反应瓶(4)中加入99％丰度、1mg的Na₂¹³CO₃固体样品1，将Na₂¹³CO₃固体样品1记为G1，用乳胶管将无底有机玻璃箱其中一个进气口和气体发生装置连接、关闭其它三个进气口和所有出气口，用注射器向气体发生装置中的气体反应瓶(4)注入0.1N盐酸溶液5ml，几分钟后，通过气体发生装置中外接的漏斗使气体反应瓶(4)注满水，将空气全部排出，关闭连接气体发生装置的进气口开关，撤走气体发生装置，倒空气体发生装置中的气体反应瓶(4)的水，整个装置静置2h，使无底有机玻璃箱中的植被进行光合作用；③在四个气体吸收装置中的气体接收瓶(1)中各加入100g乙醇胺，用乳胶管将无底有机玻璃箱四个出气口和四个气体吸收装置连接，用胶管将四个真空泵(3)与四个气体吸收装置连接；④启动真空泵(3)，打开所有出气口开关，进行气体回收，1分钟后，打开所有进气口开关，大约15分钟后，关闭所有进气口、出气口开关，关闭真空泵(3)，停止回收；⑤每天上午重复上述②和④各两次，时间分别为6:00-8:00和8:30-10:30，下午重复②和④各两次，时间分别为13:00-15:00和15:30-17:30，在当天下午18:00至第二天早上6:00期间打开真空泵(3)，并打开无底有机玻璃箱所有进气口、出气口，继续接收气体，早上6:00之后撤走气体吸收装置，此时所有气体接收瓶(1)中液体混合样品记为G2；⑥所有气体吸收装置换上新的接收瓶和接收液，用乳胶管将无底有机玻璃箱四个出气口和四个气体吸收装置连接，开动真空泵(3)，打开所有进气口、出气口，直到第三天早上6:00，撤走所有气体吸收装置，所有气体接收瓶(1)中液体混合样品记为G3，撤走所有装置；

步骤3：装置气体回收性能鉴定：

1)在一块无植物平地上进行，盖上无底有机玻璃箱，用细土沿着底边铺盖压实，进气口用胶管连接气体发生装置，出气口连接气体接收瓶(1)，打开所有进气、出气入口，平衡15分钟；2)在气体发生装置中的气体反应瓶(4)中加入99％丰度，1mg的Na₂¹³CO₃固体样品2，此时的Na₂¹³CO₃固体样品2记为G4，用乳胶管将无底有机玻璃箱其中一个进气口和气体发生装置连接，关闭其它三个进气口开关和所有出气口开关，用注射器向气体发生装置中的气体反应瓶(4)注入0.1N盐酸溶液5ml，几分钟后，通过气体发生装置中外接的漏斗使气体反应瓶(4)注满水，将空气全部排出，关闭连接气体发生装置的进气口，撤走气体发生装置，倒空气体发生装置中的气体反应瓶(4)的水，整个装置静置2h；3)在四个气体吸收装置中的气体接收瓶(1)中各加入100g乙醇胺，用乳胶管将无底有机玻璃箱四个出气口和四个气体吸收装置连接，用胶管将四个真空泵(3)与四个气体吸收装置连接；4)启动真空泵(3)，打开所有出气口，进行气体回收，1分钟后，打开所有进气口，大约15分钟后，关闭所有进气口、出气口，关闭真空泵(3)，停止回收；5)每天上午重复上述2)和4)各2次，时间分别为6:00-8:00和8:30-10:30，下午重复2)和4)各两次，时间分别为13:00-15:00和15:30-17:30；在当天下午18:00-第二天早上6:00期间打开真空泵(3)，并打开无底有机玻璃箱所有进气口、出气口，继续接收气体，早上6:00之后撤走气体吸收装置，此时所有气体接收瓶(1)中液体混合样品记为G5；

步骤4：当地大气二氧化碳收集：

在一块无植物平地上进行，盖上无底有机玻璃箱，用细土沿着底边铺盖压实，进气口用胶管连接气体发生装置，出气口连接气体接收瓶(1)，打开所有进气、出气入口，平衡15分钟，在气体吸收装置中气体接收瓶(1)中加入100ml乙醇胺，用乳胶管连接出气口和气体吸收装置，用胶管将真空泵(3)与气体吸收装置连接，打开出气口开关，启动真空泵(3)，进行气体回收，大约15分钟后，停止回收，气体接收瓶(1)中液体样品记为G6；

步骤5：步骤1至步骤4每月中旬进行一次，实验进行1年；

步骤6：进行碳源碳汇计算：

样品G1、G2、G3、G4、G5和G6分别测定碳浓度，测定方法用现有技术和规范，计算总碳量，分别记为C1、C2、C3、C4、C5和C6，单位为mg；

样品G1、G2、G3、G4、G5和G6分别在同位素比例质谱仪上测定¹³C丰度，分别记为α1、α2、α3、α4、α5和α6；

碳源碳汇计算方法：

装置气体回收率计算：

β(％)＝C5(α5-α6)/C4(α4-α6)×100

一次试验中示踪¹³C量：

χ1(mg)＝C1(α1-α6)，

一次每m²植被第一天回收示踪¹³C量：

χ2(mg)＝C2(α2-α6)/β，

实验第二天没有¹³C标记，收集的¹³C全部为呼吸产生，则一天每m²植被呼吸产生示踪¹³C量：

χ3(mg)＝C3(α3-α6)/β，

假定¹²C和¹³C在光合固定和呼吸中没有选择性，则每mg示踪¹³C代表的总碳量为：

φ(mg)＝1000C0/χ1，

其中1000为有机玻璃箱的体积L，C0为大气碳浓度mg/L，

实验第二天没有¹³C标记，收集的¹³C全部为呼吸产生，则一天每m²植被呼吸碳量为：

A＝φ×χ3，

实验第一天植物光合作用固定了¹³C，同时植物呼吸又释放出¹³C，每次试验中示踪¹³C量χ1与每次每m²植被第一天回收示踪¹³C量χ2的差值，就是一天每m2植被净固定的¹³C量，则一天每m²植被净固定的碳量：

B＝φ×(χ1-χ2)，

一天每m²植被光合作用固定的碳量为一天每m²植被净固定的碳量一天每m²植被呼吸碳量之和：

D＝φ×(χ1-χ2)+φ×χ3

则平均每天每m²植被呼吸碳量(A_平均，mg)、平均每天每m²植被净固定的碳量(B_平均，mg)和平均每天每m²植被光合作用固定的碳量(D_平均，mg)分别为：

A_平均＝(∑A)/12/5，

B_平均＝(∑B)/12/5，

D_平均＝(∑D)/12/5，

每年365天，每公顷为10000m²，则每公顷植被年呼吸碳量(A_年，吨)、每公顷植被年净固定碳量(B_年，吨)和每公顷植被年固定碳量(D_年，吨)分别为：

A_年＝365×10^-9A_平均(吨/公顷)，

B_年＝365×10^-9B_平均(吨/公顷)，

D_年＝365×10^-9B_平均(吨/公顷)。