[發明專利]原位研究全剖面土壤生物地球化學循環響應氣候變化的方法

在審

• 申請號: 202310334904.7
• 申請日: 2023-03-31
• 公開（公告）號: CN116609505A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 羅忠奎;郭曉偉;鄭金陽;王明明;張帥
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01W1/02;G01N1/08;G01N1/28;G06F17/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種原位研究全剖面土壤生物地球化學循環響應氣候變化的方法，屬于生物地球化學循環與氣候變化研究領域。方法包括：樣地的選取、土壤樣品的準備、土壤樣品野外原位處理、數據獲取和數據分析。其中，數據分析是基于“對照組”和“處理組”觀測到的生物地球化學循環變量，分別計算土壤生物地球化學循環對翻轉和置換處理的響應。通過本發明，能更加準確地在野外原位條件下量化全剖面土壤不同土層生物地球化學循環(如有機碳礦化速率)對氣候變化的響應。

技術領域

本發明屬于生物地球化學循環與氣候變化研究領域，具體涉及一種原位研究土壤全剖面不同土層生物地球化學循環響應氣候變化的方法。

背景技術

土壤生態系統過程對氣候變化敏感，但由于土壤剖面存在顯著的環境因子垂直梯度(例如，氧氣、熱量和水分狀況，以及土壤有機質的數量和質量)，土壤生物地球化學過程對氣候變化的響應表現出土壤深度依賴性。然而，在野外原位條件下區分這種深度依賴性是一個巨大的挑戰。

當前，氣候變化對土壤剖面不同土層土壤生物地球化學循環影響的評價通常是在實驗室人工氣候箱內等理想條件下培養進行，這種培養通常會破壞土壤，改變孔隙結構、氧氣濃度等微環境梯度和有機碳、氮等元素的理化活性。野外增溫試驗是一種補充，具有減少土壤干擾的優點。然而，由于昂貴的建設和維護費用，只有少數研究將增溫擴展到全剖面土壤。此外，大多數現有的氣候變化處理野外實驗只關注一個或幾個氣候變量(如年平均溫度和降水量)，而忽視了真正的氣候變化是各種氣候變量變化的綜合現象，如極端氣候的頻率和強度。

因此，亟需新的方法/技術來進行原位研究土壤生物地球化學循環對氣候變化響應的定量化。在此背景下，提出了本研究方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，并提供一種原位研究土壤全剖面不同土層生物地球化學循環響應氣候變化的方法。本發明利用不同研究樣地之間年均溫的差異以及土壤剖面不同土層之間氧氣、養分、溫度和水分等微環境的垂直分布差異，通過土柱上下顛倒實現土壤剖面微環境的改變，并通過土柱樣點間相互置換實現氣候的變化。

本發明所采用的具體技術方案如下：

本發明提供了一種原位研究全剖面土壤生物地球化學循環響應氣候變化的方法，具體如下：

S1：在選取的不同樣地內獲取土柱，同時獲取每個樣地內的氣候和土壤要素數據；

S2：基于步驟S1獲取的土柱，將每個樣地的土柱分為4個處理：①無翻轉無置換土柱、②有翻轉無置換土柱、③無翻轉有置換土柱和④既置換又翻轉土柱；

S3：將所述無翻轉無置換土柱回填于原始樣地位置；將所述有翻轉無置換土柱進行上下翻轉后回填于原始樣地位置，以改變土壤剖面原先土層土壤所處的微環境(包括氧氣、水熱條件等)；將所述無翻轉有置換土柱與其他不同樣地獲取的土柱相互置換后，回填于置換后的樣地位置，以改變土柱原先所處的氣候條件，模擬氣候變化；將所述既置換又翻轉土柱先與其他不同樣地獲取的土柱相互置換后再上下翻轉，隨后回填于置換后樣地位置，以在改變剖面土壤原先土層土壤所處的微環境的同時，又改變土柱原先所處的氣候條件；

S4：以步驟S3所有回填后的土柱，基于相應的研究目的，分別測定土柱土壤剖面不同土層相應的生物地球化學循環變量V；

S5：基于步驟S4的結果，計算翻轉處理(土壤微環境改變)對變量V的影響，以翻轉組和非翻轉組之間的變量V的響應比RR_翻轉來表示，計算公式為：

式中：RR_翻轉和均為變量V對翻轉處理的響應，區別為土柱還進行了置換處理；V₁、V₂、V₃和V₄分別為無翻轉無置換土柱、有翻轉無置換土柱、無翻轉有置換土柱和既置換又翻轉土柱4個不同處理下獲取的變量V；