[发明专利]一种测定森林生态系统组分呼吸δ13

说明书

本发明属于森林生态监测领域，具体地说是一种测定森林生态系统组分呼吸δ¹³C的装置和方法。该装置包括枝叶气室、树干气室、土壤气室、两个流路切换阀、碳同位素分析仪、气泵、若干条输气管路、操作面板与控制模块，不同气室与碳同位素分析仪和气泵连通时可分别构成气体循环流动的闭合系统。测量时，通过控制两个流路切换阀选择枝叶、树干或土壤气室及气路，闭合所选气室，待气室内CO₂浓度升高固定值后可再继续选择下一气室及气路进行测量。本发明提出的装置和方法，可于野外环境在对树木和土壤无扰动的情况下连续对叶片、树干和土壤多组分呼吸释放CO₂的碳同位素信号进行测定，在大大节约成本、提高效率的同时，得到高精度的观测数据。

技术领域

本发明属于森林生态监测领域，具体地说是一种测定森林生态系统组分呼吸δ¹³C的装置和方法。

背景技术

自工业革命以来，全球CO₂浓度升高对全球气候变化的作用引起了人们的重视。陆地生态系统特别是森林与大气间的碳交换强烈影响全球CO₂浓度变化。森林生态系统通过光合作用吸收大气中CO₂并将其固定为有机碳，碳在森林生态系统中经过运输和分配，最终通过叶片、树干和土壤的呼吸作用以CO₂的形式排放到大气中，完成与大气的碳交换。有研究表明，森林生态系统与大气间的碳交换量巨大，对环境变化的响应十分敏感。因此，深入理解森林生态系统与大气的碳交换过程，对估算碳交换量并进而预测全球变化有重要意义。

物质中¹³C的相对含量称为物质的碳同位素组成，用δ¹³C表示。生态系统碳周转过程中的同位素分馏效应会使生态系统各组分间表现出截然不同的碳同位素组成。例如，生态系统有机碳相对大气CO₂通常¹³C贫化，即有机碳相对大气CO₂δ¹³C值较低；而生态系统组分呼吸释放的CO₂相对各自呼吸底物通常¹³C富集，即各组分呼吸释放的CO₂相对各自呼吸底物δ¹³C值较高。研究表明，环境变化对生态系统碳周转过程的影响会通过同位素分馏效应表现在生态系统各组分δ¹³C的动态变化上。因此，生态系统δ¹³C成为指示环境变化对生态系统碳周转过程的影响的独特信号。我们需要对生态系统碳周转各过程的δ¹³C进行精确观测，以便深入解析环境变化对生态系统碳周转过程的影响。

然而，目前对森林生态系统碳周转过程中各呼吸组分如叶片、树干和土壤呼吸释放CO₂的δ¹³C进行观测仍存在许多困难。常用的方法基本以用气袋收集气室内的气体后转移至实验室进行δ¹³C测定为主。这类方法通常需要事先过滤气室内本底CO₂再对呼吸释放的CO₂进行采集，容易造成气体样品污染；且使用气袋集气的人力物力成本高，效率低，难以实现连续观测。因此，对森林生态系统叶片、树干和土壤呼吸释放CO₂的δ¹³C集成观测则更加困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种测定森林生态系统组分呼吸δ¹³C的装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种测定森林生态系统组分呼吸δ¹³C的装置，包括枝叶气室、树干气室、土壤气室、流路切换阀A、碳同位素分析仪、气泵、流路切换阀B、若干条输气管路、操作面板与控制模块，所述控制模块分别通过电导体与所述流路切换阀A、所述流路切换阀B和所述操作面板连接；