[發明專利]一種測定森林生態系統組分呼吸δ13

在審

• 申請號: 202010690568.6
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN113945681A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 刁浩宇;王安志;吳家兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽應用生態研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N33/24
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 汪海

本發明屬于森林生態監測領域，具體地說是一種測定森林生態系統組分呼吸δ¹³C的裝置和方法。該裝置包括枝葉氣室、樹干氣室、土壤氣室、兩個流路切換閥、碳同位素分析儀、氣泵、若干條輸氣管路、操作面板與控制模塊，不同氣室與碳同位素分析儀和氣泵連通時可分別構成氣體循環流動的閉合系統。測量時，通過控制兩個流路切換閥選擇枝葉、樹干或土壤氣室及氣路，閉合所選氣室，待氣室內CO₂濃度升高固定值后可再繼續選擇下一氣室及氣路進行測量。本發明提出的裝置和方法，可于野外環境在對樹木和土壤無擾動的情況下連續對葉片、樹干和土壤多組分呼吸釋放CO₂的碳同位素信號進行測定，在大大節約成本、提高效率的同時，得到高精度的觀測數據。

技術領域

本發明屬于森林生態監測領域，具體地說是一種測定森林生態系統組分呼吸δ¹³C的裝置和方法。

背景技術

自工業革命以來，全球CO₂濃度升高對全球氣候變化的作用引起了人們的重視。陸地生態系統特別是森林與大氣間的碳交換強烈影響全球CO₂濃度變化。森林生態系統通過光合作用吸收大氣中CO₂并將其固定為有機碳，碳在森林生態系統中經過運輸和分配，最終通過葉片、樹干和土壤的呼吸作用以CO₂的形式排放到大氣中，完成與大氣的碳交換。有研究表明，森林生態系統與大氣間的碳交換量巨大，對環境變化的響應十分敏感。因此，深入理解森林生態系統與大氣的碳交換過程，對估算碳交換量并進而預測全球變化有重要意義。

物質中¹³C的相對含量稱為物質的碳同位素組成，用δ¹³C表示。生態系統碳周轉過程中的同位素分餾效應會使生態系統各組分間表現出截然不同的碳同位素組成。例如，生態系統有機碳相對大氣CO₂通常¹³C貧化，即有機碳相對大氣CO₂δ¹³C值較低；而生態系統組分呼吸釋放的CO₂相對各自呼吸底物通常¹³C富集，即各組分呼吸釋放的CO₂相對各自呼吸底物δ¹³C值較高。研究表明，環境變化對生態系統碳周轉過程的影響會通過同位素分餾效應表現在生態系統各組分δ¹³C的動態變化上。因此，生態系統δ¹³C成為指示環境變化對生態系統碳周轉過程的影響的獨特信號。我們需要對生態系統碳周轉各過程的δ¹³C進行精確觀測，以便深入解析環境變化對生態系統碳周轉過程的影響。

然而，目前對森林生態系統碳周轉過程中各呼吸組分如葉片、樹干和土壤呼吸釋放CO₂的δ¹³C進行觀測仍存在許多困難。常用的方法基本以用氣袋收集氣室內的氣體后轉移至實驗室進行δ¹³C測定為主。這類方法通常需要事先過濾氣室內本底CO₂再對呼吸釋放的CO₂進行采集，容易造成氣體樣品污染；且使用氣袋集氣的人力物力成本高，效率低，難以實現連續觀測。因此，對森林生態系統葉片、樹干和土壤呼吸釋放CO₂的δ¹³C集成觀測則更加困難。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種測定森林生態系統組分呼吸δ¹³C的裝置和方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種測定森林生態系統組分呼吸δ¹³C的裝置，包括枝葉氣室、樹干氣室、土壤氣室、流路切換閥A、碳同位素分析儀、氣泵、流路切換閥B、若干條輸氣管路、操作面板與控制模塊，所述控制模塊分別通過電導體與所述流路切換閥A、所述流路切換閥B和所述操作面板連接；