本發明(ming)涉及土壤環(huan)境(jing)及生態檢(jian)測(ce)，更具(ju)體的說是涉及一種土壤有機碳礦化的室內培養(yang)和測(ce)定裝置以及co2釋放量(liang)的測(ce)定方法。

背景技術：

1、土(tu)(tu)(tu)(tu)壤中有(you)機(ji)碳的(de)礦化(hua)是(shi)陸地(di)生態系統co2的(de)主要(yao)來源(yuan)。因此，研(yan)究(jiu)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤有(you)機(ji)碳礦化(hua)過(guo)程中co2釋放量及其動態是(shi)生態系統固碳減排研(yan)究(jiu)的(de)重要(yao)內(nei)容。土(tu)(tu)(tu)(tu)壤有(you)機(ji)碳礦化(hua)釋放的(de)co2的(de)監測(ce)(ce)包括田間(jian)原位(wei)監測(ce)(ce)和(he)室內(nei)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤培養(yang)過(guo)程中的(de)co2排放監測(ce)(ce)兩條途(tu)徑。田間(jian)原位(wei)監測(ce)(ce)能真實(shi)反映土(tu)(tu)(tu)(tu)壤co2排放量，但(dan)受環境干擾(rao)大(da)，而(er)且實(shi)驗(yan)條件(jian)難于控(kong)制(zhi)(zhi)。室內(nei)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤培養(yang)實(shi)驗(yan)具有(you)實(shi)驗(yan)條件(jian)易于控(kong)制(zhi)(zhi)，不(bu)受外界環境變化(hua)干擾(rao)的(de)優點。因此，開展(zhan)一些室內(nei)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤培養(yang)的(de)控(kong)制(zhi)(zhi)實(shi)驗(yan)(例如，升溫、施(shi)肥、水分調節、污(wu)染物添加等)，監測(ce)(ce)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤培養(yang)過(guo)程中有(you)機(ji)碳礦化(hua)的(de)co2排放動態，是(shi)研(yan)究(jiu)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤碳排放調控(kong)機(ji)制(zhi)(zhi)的(de)有(you)效手段。

2、土壤有機(ji)碳(tan)礦化的培養(yang)實(shi)驗要(yao)求在(zai)恒(heng)溫(wen)條件下(xia)，使土壤保持在(zai)恒(heng)定(ding)的田間(jian)持水(shui)量(liang)(liang)下(xia)，進行短期(qi)(幾十天)或(huo)較長期(qi)(1-2年)的通氣(qi)好氧培養(yang)，以維(wei)持最佳的土壤微(wei)生物活性。然后在(zai)培養(yang)過程中，定(ding)期(qi)(間(jian)隔(ge)幾天或(huo)幾周)采集(ji)co2氣(qi)體(ti)(ti)并檢測(ce)其濃度(du)，計算土壤co2排放量(liang)(liang)。測(ce)定(ding)co2排放量(liang)(liang)前需要(yao)將(jiang)培養(yang)裝置密(mi)閉24h，再抽(chou)取(qu)其中氣(qi)體(ti)(ti)，利用氣(qi)相色譜或(huo)者(zhe)其他儀(yi)器測(ce)定(ding)溫(wen)室氣(qi)體(ti)(ti)含量(liang)(liang)。

3、目前有(you)機碳(tan)礦(kuang)化的(de)(de)土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)和(he)co2采(cai)集普遍(bian)采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)是(shi)利用(yong)(yong)單個靜(jing)態培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)瓶(ping)(ping)進(jin)行(xing)土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)和(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)采(cai)集。由于co2密度(du)比(bi)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)大(da)，在土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)過程中(zhong)容易在培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)瓶(ping)(ping)下層積聚(ju)，抑(yi)制土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)中(zhong)微(wei)生物活性(xing)和(he)有(you)機碳(tan)礦(kuang)化。而且(qie)(qie)，土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)需(xu)要使土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)保(bao)持在恒定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)田間(jian)持水量下(通(tong)(tong)常60％)，以維持穩定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)微(wei)生物活性(xing)。因(yin)此，需(xu)要每隔2天(tian)根(gen)據水分損失量對(dui)培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)進(jin)行(xing)補(bu)水，保(bao)證土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)含水量的(de)(de)穩定(ding)(ding)(ding)。而且(qie)(qie)在采(cai)集氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)前的(de)(de)密閉過程中(zhong)，由于co2密度(du)比(bi)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)大(da)，積聚(ju)于培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)瓶(ping)(ping)底(di)部(bu)，導(dao)致用(yong)(yong)注射器從瓶(ping)(ping)口采(cai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)不均(jun)勻，增大(da)實(shi)(shi)驗(yan)誤差。現有(you)文(wen)獻資料中(zhong)采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)單個培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)瓶(ping)(ping)進(jin)行(xing)的(de)(de)土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)和(he)co2氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)采(cai)集實(shi)(shi)驗(yan)都無通(tong)(tong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)補(bu)水系統，需(xu)要人為頻繁補(bu)水，費時費力。而且(qie)(qie)采(cai)集的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)不均(jun)勻，實(shi)(shi)驗(yan)誤差大(da)。目前土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)有(you)機碳(tan)礦(kuang)化過程中(zhong)co2氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)多(duo)采(cai)用(yong)(yong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相色譜儀(yi)測(ce)定(ding)(ding)(ding)，但(dan)出(chu)峰慢，每個樣品(pin)的(de)(de)測(ce)定(ding)(ding)(ding)需(xu)要10-15分鐘時間(jian)。故(gu)如何提供一種檢(jian)(jian)測(ce)準確(que)且(qie)(qie)方便快(kuai)捷的(de)(de)土(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)和(he)檢(jian)(jian)測(ce)方法是(shi)本領(ling)域技術人員亟(ji)待解決的(de)(de)問(wen)題(ti)。

技術實現思路

1、有(you)鑒于此，本發明提供了(le)一種能對(dui)多個培(pei)(pei)(pei)養(yang)瓶(ping)內的土壤(rang)含水(shui)量(liang)和氣體均(jun)勻度進行(xing)集(ji)中(zhong)批量(liang)控制(zhi)的動(dong)態(tai)土壤(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)系統，以(yi)及隨(sui)后利用改(gai)裝的li6400光(guang)合儀快速測定(ding)co2釋放量(liang)的方(fang)法。適用于生態(tai)學(xue)、環(huan)境科學(xue)和土壤(rang)學(xue)中(zhong)的有(you)機碳礦化研(yan)究中(zhong)土壤(rang)培(pei)(pei)(pei)養(yang)、co2氣體采集(ji)和測定(ding)。

2、為實現上述目的，本發明(ming)采用(yong)如下技術(shu)方案：

3、首先，本發明提(ti)供了一(yi)種土壤有機碳礦化的(de)室內培養和測(ce)定(ding)裝(zhuang)置，包括：在培養過(guo)程中自(zi)動(dong)控制通氣和補水(shui)的(de)動(dong)態培養系統，以(yi)及改裝(zhuang)的(de)快速測(ce)定(ding)co2釋放量(liang)的(de)li6400便攜式光合作用測(ce)定(ding)儀；

4、所述(shu)動態(tai)培養系統(tong)包括(kuo)底托和設置于底托上的若干培養瓶，所述(shu)培養瓶底端設置有(you)風(feng)扇(shan)，所述(shu)培養瓶橫置于所述(shu)底托上；

5、所述培養瓶(ping)頂端設置有出氣(qi)孔，所述出氣(qi)孔處以橡膠塞一(yi)密封；

6、所(suo)述培(pei)養瓶(ping)內設置有培(pei)養盒，所(suo)述培(pei)養盒上端開口；

7、所述(shu)培養瓶連接(jie)有進水(shui)管。

8、優選(xuan)的(de)，所述(shu)培(pei)養瓶采用支架安裝于所述(shu)底(di)托(tuo)上，所述(shu)進水(shui)管外接有供(gong)水(shui)管，所述(shu)供(gong)水(shui)管連(lian)接有供(gong)水(shui)箱(xiang)。

9、優選的(de)，所(suo)述供水箱置于所(suo)述底托上(shang)。

10、優選(xuan)的，所(suo)述(shu)(shu)風扇通過導(dao)線外接有電源，所(suo)述(shu)(shu)培養(yang)瓶上設置有導(dao)線孔，所(suo)述(shu)(shu)導(dao)線與(yu)所(suo)述(shu)(shu)導(dao)線孔之間動密封。

11、進一步的，所(suo)述(shu)(shu)培養瓶底(di)端設(she)置有進線(xian)(xian)孔(kong)(kong)，所(suo)述(shu)(shu)進線(xian)(xian)孔(kong)(kong)處(chu)以(yi)橡膠(jiao)塞(sai)二密封(feng)，所(suo)述(shu)(shu)橡膠(jiao)塞(sai)二上(shang)設(she)置所(suo)述(shu)(shu)導線(xian)(xian)孔(kong)(kong)和進水孔(kong)(kong)，所(suo)述(shu)(shu)進水管穿過所(suo)述(shu)(shu)進水孔(kong)(kong)。

12、進一步的，所述(shu)(shu)底托(tuo)上(shang)具有放(fang)置(zhi)腔，所述(shu)(shu)放(fang)置(zhi)腔上(shang)設置(zhi)有穿(chuan)線(xian)口，所述(shu)(shu)導線(xian)穿(chuan)過所述(shu)(shu)穿(chuan)線(xian)口。

13、優選的(de)，所(suo)述li6400便(bian)攜(xie)式光合作用(yong)測定儀為改(gai)裝結構，具體為：關閉葉室，將(jiang)主機和(he)傳感頭之間的(de)進氣管(guan)換成高彈乳膠軟管(guan)，將(jiang)操作程序改(gai)進為從菜單(dan)5開始操作，直接將(jiang)氣體樣品用(yong)注射(she)器注入高彈乳膠軟管(guan)中快速測定co2含量

14、其次，本發明還(huan)提(ti)供了一種利(li)用上述(shu)技術方案所述(shu)裝置進行土壤礦化培養和利(li)用改裝的li6400便攜式光合儀快速測(ce)定土壤有機碳(tan)礦化過程中co2釋放量(liang)的方法(fa)，包括以下(xia)步驟：

15、(1)裝配(pei)動(dong)態培(pei)養系統，然后將土壤(rang)樣品置(zhi)于培(pei)養盒中，橡膠塞一密封瓶口，進(jin)行培(pei)養；

16、(2)培養過程中每天早上(shang)風扇打開循環1h，以進水管補充水分；

17、(3)取樣前開啟風扇均勻培養瓶內氣體(ti)，然后以(yi)注射(she)器(qi)插入橡膠塞一(yi)中伸入培養瓶內采(cai)集(ji)氣體(ti)；

18、(4)利用改裝的(de)(de)li6400便攜(xie)式光合作(zuo)用測(ce)定儀(yi)按改進的(de)(de)操作(zuo)方法對采集的(de)(de)氣體co2濃度進行測(ce)定。

19、進(jin)一步(bu)的(de)(de)(de)，所述的(de)(de)(de)改(gai)進(jin)的(de)(de)(de)操作方法具體(ti)測定步(bu)驟為(wei)：開(kai)機(ji)預熱(re)10min；將原有測葉片光合的(de)(de)(de)操作步(bu)驟改(gai)進(jin)為(wei)：按(an)(an)(an)“1”進(jin)入(ru)(ru)菜單(dan)1→按(an)(an)(an)“f1”標(biao)記文件，輸入(ru)(ru)文件名稱→按(an)(an)(an)“enter”→按(an)(an)(an)“5”進(jin)入(ru)(ru)菜單(dan)5→按(an)(an)(an)“f1”進(jin)入(ru)(ru)自動程序菜單(dan)→移到(dao)“autolog”→按(an)(an)(an)“enter”進(jin)行三個參數(shu)的(de)(de)(de)設置“log?every?1second”，“15observations?persample”，“matching?0”→按(an)(an)(an)“enter”→按(an)(an)(an)“1”進(jin)入(ru)(ru)菜單(dan)1→按(an)(an)(an)“f4”對樣品標(biao)號(hao)→按(an)(an)(an)“enter”利用注射器從(cong)培養(yang)瓶中(zhong)抽取10ml氣體(ti)，推(tui)掉5ml后，直接(jie)向li6400的(de)(de)(de)橡膠(jiao)管中(zhong)注入(ru)(ru)約5ml氣體(ti)，持續約20秒→觀(guan)察顯示屏上co2的(de)(de)(de)數(shu)值，當其從(cong)峰值回落到(dao)基線(xian)，重復上述從(cong)按(an)(an)(an)“5”開(kai)始的(de)(de)(de)操作，開(kai)始下一個樣品的(de)(de)(de)測定。

20、經由上述的(de)(de)技術(shu)方案(an)可知，與(yu)現有技術(shu)相比，本發明公開提(ti)供了土壤有機碳礦化的(de)(de)室內培(pei)養和測定(ding)裝置以及co2釋(shi)放量的(de)(de)測定(ding)方法，具有如(ru)下有益效果(guo)：

21、1)土(tu)壤培養(yang)過程(cheng)中，加入了通風系(xi)統，有效解決了培養(yang)過程(cheng)中co2積聚對土(tu)壤碳礦(kuang)化的抑制作用(yong)，以(yi)及氣(qi)體采樣時(shi)由(you)于(yu)co2下沉引(yin)起的氣(qi)體取(qu)樣不均問題，提高(gao)了實驗的精度；

22、2)加入了補水(shui)系統，解決了培(pei)養(yang)(yang)過程中需要對培(pei)養(yang)(yang)的土壤進行頻繁補水(shui)的問題；

23、3)集中控制(zhi)的通風(feng)和(he)補水系統能一鍵批(pi)量(liang)調節多個呼(hu)吸瓶中的空氣均勻度和(he)土壤含水量(liang)，大大提高了工(gong)作效(xiao)率(lv)；

24、4)利用改裝(zhuang)的(de)便(bian)攜式li6400光合儀測(ce)(ce)定co2釋放量每個樣(yang)(yang)品(pin)(pin)僅(jin)需(xu)1分鐘左右時(shi)間(jian)(jian)，而常用的(de)氣相色譜測(ce)(ce)定每個樣(yang)(yang)品(pin)(pin)需(xu)10-15分鐘，因此該方法大(da)(da)大(da)(da)縮(suo)減了樣(yang)(yang)品(pin)(pin)測(ce)(ce)定所需(xu)時(shi)間(jian)(jian)，還大(da)(da)大(da)(da)降低了由于樣(yang)(yang)品(pin)(pin)測(ce)(ce)定耗時(shi)長、不同培養瓶密閉(bi)時(shi)間(jian)(jian)差異大(da)(da)造成(cheng)的(de)實驗誤差。

技術特征：

1.一種土壤有機碳礦(kuang)化(hua)的(de)室內培(pei)養(yang)和(he)測定(ding)裝(zhuang)置，其特征(zheng)在于，包括：在培(pei)養(yang)過程中自動控制通氣(qi)和(he)補(bu)水的(de)動態培(pei)養(yang)系(xi)統，以及改(gai)裝(zhuang)的(de)快速(su)測定(ding)co2釋(shi)放量的(de)li6400便攜式(shi)光合作用測定(ding)儀；

2.根(gen)據(ju)權利要求1所(suo)(suo)述(shu)的(de)一(yi)種土(tu)壤(rang)有機碳礦化的(de)室內培養和(he)測定裝置，其特征在于，所(suo)(suo)述(shu)培養瓶(ping)采用支架安裝于所(suo)(suo)述(shu)底(di)托上(shang)，所(suo)(suo)述(shu)進水(shui)管外接有供水(shui)管，所(suo)(suo)述(shu)供水(shui)管連接有供水(shui)箱。

3.根據權利要求1所述的(de)一種土壤(rang)有機(ji)碳礦化的(de)室內(nei)培養和測定裝置(zhi)，其特征在(zai)于，所述供(gong)水箱(xiang)置(zhi)于所述底托上。

4.根據權利要求1所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)的一種土壤有機碳礦化的室內培養和測定裝(zhuang)置，其特征在(zai)于，所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)風扇通(tong)過(guo)導(dao)(dao)線外接有電(dian)源(yuan)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)培養瓶(ping)上設置有導(dao)(dao)線孔(kong)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)導(dao)(dao)線與所(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)導(dao)(dao)線孔(kong)之間動密封。

5.根據(ju)權利要求4所(suo)(suo)述(shu)(shu)的一種土壤有機碳(tan)礦(kuang)化的室內培(pei)養和(he)測定裝(zhuang)置(zhi)(zhi)，其(qi)特征在于，所(suo)(suo)述(shu)(shu)培(pei)養瓶底端設置(zhi)(zhi)有進線(xian)(xian)孔，所(suo)(suo)述(shu)(shu)進線(xian)(xian)孔處以橡(xiang)(xiang)膠塞二(er)密封，所(suo)(suo)述(shu)(shu)橡(xiang)(xiang)膠塞二(er)上(shang)設置(zhi)(zhi)所(suo)(suo)述(shu)(shu)導線(xian)(xian)孔和(he)進水孔，所(suo)(suo)述(shu)(shu)進水管(guan)穿過所(suo)(suo)述(shu)(shu)進水孔。

6.根據權利要求4所(suo)述(shu)的一(yi)種土壤(rang)有機(ji)碳(tan)礦化的室內培(pei)養和測定裝置，其特(te)征在于，所(suo)述(shu)底(di)托上具有放置腔(qiang)，所(suo)述(shu)放置腔(qiang)上設置穿(chuan)線口，所(suo)述(shu)導線穿(chuan)過所(suo)述(shu)穿(chuan)線口。

7.根(gen)據權利(li)要求1所述的一種(zhong)土(tu)壤有機(ji)碳礦化的室內培養和測(ce)(ce)定(ding)(ding)裝置，其特征(zheng)在于，所述li6400便(bian)攜式光(guang)合作(zuo)用測(ce)(ce)定(ding)(ding)儀(yi)為改裝結構，具體為：關閉葉(xie)室，將主機(ji)和傳感(gan)頭之(zhi)間的進氣管換成高(gao)彈乳膠(jiao)軟管，將操作(zuo)程序改進為從(cong)菜(cai)單5開始操作(zuo)，直接將氣體樣(yang)品用注(zhu)射器注(zhu)入(ru)高(gao)彈乳膠(jiao)軟管中快速測(ce)(ce)定(ding)(ding)co2含量。

8.一種利用權利要(yao)求1-7任一項所(suo)述裝置對土(tu)壤有(you)機碳礦化(hua)co2釋放(fang)量(liang)進行測定的方法(fa)，其特征在于，包括以(yi)下步驟：

9.根據(ju)權(quan)利(li)要求(qiu)8所(suo)述(shu)(shu)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)，其特征在于，所(suo)述(shu)(shu)的(de)(de)(de)改進(jin)(jin)的(de)(de)(de)操(cao)作方(fang)法(fa)具(ju)體測定步(bu)驟為：開機預(yu)熱10min；將原(yuan)有測葉(xie)片光合的(de)(de)(de)操(cao)作步(bu)驟改進(jin)(jin)為：按(an)(an)(an)“1”進(jin)(jin)入(ru)菜(cai)(cai)單1→按(an)(an)(an)“f1”標(biao)記文件，輸入(ru)文件名稱→按(an)(an)(an)“enter”→按(an)(an)(an)“5”進(jin)(jin)入(ru)菜(cai)(cai)單5→按(an)(an)(an)“f1”進(jin)(jin)入(ru)自動程序菜(cai)(cai)單→移到“autolog”→按(an)(an)(an)“enter”進(jin)(jin)行三個參數的(de)(de)(de)設置“log?every?1second”，“15observations?persample”，“matching?0”→按(an)(an)(an)“enter”→按(an)(an)(an)“1”進(jin)(jin)入(ru)菜(cai)(cai)單1→按(an)(an)(an)“f4”對(dui)樣(yang)品(pin)(pin)標(biao)號→按(an)(an)(an)“enter”利(li)用注射(she)器(qi)從(cong)培(pei)養瓶(ping)中抽(chou)取(qu)10ml氣體，推掉5ml后，直接向li6400的(de)(de)(de)橡膠(jiao)管中注入(ru)約5ml氣體，持續約20秒→觀(guan)察顯示屏(ping)上(shang)co2的(de)(de)(de)數值，當其從(cong)峰值回落到基線，重(zhong)復上(shang)述(shu)(shu)從(cong)按(an)(an)(an)“5”開始(shi)的(de)(de)(de)操(cao)作，開始(shi)下一個樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)測定。

技術總結
本發明公開了一種土壤有機碳礦化的室內培養和測定裝置以及CO<subgt;2</subgt;釋放量的測定方法，與目前室內土壤有機碳礦化的研究中普遍采用的利用單個靜態培養瓶進行土壤培養、利用氣象色譜測定CO<subgt;2</subgt;含量相比，該土壤培養和CO<subgt;2</subgt;測定裝置和方法能有效解決土壤培養過程中CO<subgt;2</subgt;下沉引起的氣體取樣不均、需要頻繁給土壤補水的問題，以及利用氣相色譜測定CO<subgt;2</subgt;耗時長的問題。而且該培養和測定方法操作簡單，能大大提高工作效率。該實驗方法的要點是在土壤培養過程中，利用在土壤培養系統中安裝的通風和補水系統，集中調控多個培養瓶內的氣體均勻度和土壤水分含量，隨后利用改裝的Li6400便攜式光合測定儀快速測定CO<subgt;2</subgt;含量，不僅能有效提高實驗精度，還能大大節省時間。

技術研發人員：趙瓊,宋菁,夏尚光,陳曉春,寇娜,湯強,彭彬瑋
受保護的技術使用者：安徽大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/10