土壤碳通量测量(介绍)_LML

第31卷 第3期2010年7月内蒙古农业大学学报Journa l o f Inne r M ongo li a A gr icultural U niversityV o.l31 N o.3J u.l2010国内应用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测量土壤呼吸研究进展*耿绍波, 饶良懿*, 鲁绍伟, 杨晓菲, 高 东(北京林业大学水土保持学院,水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室,北京 100083)摘要: 土壤呼吸在全球碳收支中占据重要地位。

L I-8100开路式土壤碳通量测量系统以其精确、快速等优点成为当前土壤碳通量研究的首选仪器之一。

本文总结了近些年我国利用该仪器进行土壤碳通量的研究工作,重点阐述了土壤呼吸的日变化、月变化规律,分析了温度、湿度以及土地利用方式等影响土壤呼吸的因素,最后指出了目前利用该仪器进行土壤碳通量研究中存在的主要问题及今后的应用和发展方向。

关键词: 土壤呼吸; L I-8100开路式碳通量测量系统; 应用进展中图分类号: S15 文献标识码: A 文章编号:1009-3575(2010)03-0309-08ADVANCES I N THE APPLI C AT I O N OF LI-8100AUTOMATED SO I L CO2FLUX SYSTE M I NTHE RESEARCH OF SO I L RESPI R AT I O N I N CH I N A GENG Shao-bo, RAO L iang-y i*, LU Shao-w e,i YANG X iao-fe,i GAO Dong(Colle ge of Soil and W ater Conservation,B eijing Forestry Univers it y,K ey Laboratory of So il and W aterC onserva tionD eserti f ication Co m bating of M inistry of Education,100083,P.R.China)Abstrac:t So il resp ira ti on p l ays an i m portant ro le i n the g loba l carbon budget.W it h the advan tages of accu racy and rap i dity,the L I -8100Au t om ated So il CO2F l ux Syste m has becam e the first cho ice i n t he study o f t he so il carbon flux.T his pape r su mm ar izes the stud ies of the so il carbon flux in Ch i na dur i ng the past few decades,especiall y expounds dail y and m on t h l y variati on regu larity o f so il resp ira ti on,and ana l yses the var i ous f ac t o rs affec ti ng t he so il respirati on,such as te m perature,m o isture,l and use and so on.F ina lly, the ex isti ng prob l em s and future dev elopment d i recti on of the app licati on of this system w as po i nted out.Key words: So il respirati on; lI-8100A utoma ted So il CO2F lux System; app licati on advances引言土壤呼吸是指土壤释放CO2的过程,主要是由生物氧化有机物和根系呼吸产生。

土壤碳通量测量_LML一、土壤碳通量测量的原理首先，土壤中的微生物代谢产生的CO2会通过扩散和对流运输到土壤表面，并与大气中的CO2发生交换。

交换速率主要受到土壤温度、土壤水分、土壤通气性和有机质含量等因素的影响。

其次，通过测量土壤和大气中的CO2浓度来计算其浓度梯度，然后结合气体扩散速率即可估算土壤碳通量。

二、土壤碳通量测量的方法1.静态箱法：静态箱法是最常用的土壤碳通量测量方法之一、它通过使用固定的透明箱将土壤表面和大气隔离开来，然后测量箱内CO2浓度的变化来计算土壤碳通量。

这种方法适用于小面积的土壤碳通量测量。

2.自动气体通量测量系统：自动气体通量测量系统是一种全自动、连续测量土壤碳通量的方法。

该系统包括一个CO2探测器和采样装置，能够实时监测土壤和大气中的CO2浓度，并计算碳通量。

这种方法适用于大面积的土壤碳通量测量。

3.相关源追踪法：相关源追踪法通过测量土壤与大气中其他气体的浓度来间接推断土壤碳通量。

例如，通过测量土壤中的氧浓度和氮氧化物浓度，可以推断土壤中CO2的产生和消耗速率，从而计算土壤碳通量。

三、土壤碳通量测量的应用1.土壤碳循环研究：土壤碳通量测量可以帮助科学家了解土壤中碳的流动和转化过程，揭示土壤中CO2的产生和消耗机制，进而研究土壤的碳循环过程。

2.气候变化研究：土壤碳通量是全球碳循环的重要组成部分，对气候变化有着重要影响。

通过测量土壤碳通量，可以评估土壤对大气中CO2的吸收和释放能力，为预测气候变化和制定应对措施提供重要依据。

3.碳排放和碳汇评估：土壤碳通量测量可以帮助评估不同土壤系统的碳排放和碳汇能力，为制定碳排放减少和碳汇增加的政策提供科学依据。

总结土壤碳通量测量是一项关键的科学研究，可以帮助我们理解土壤碳循环过程、评估土壤碳库的变化以及预测碳排放和碳汇的能力。

通过静态箱法、自动气体通量测量系统和相关源追踪法等方法，可以准确测量土壤碳通量。

土壤碳通量测量的应用包括土壤碳循环研究、气候变化研究以及碳排放和碳汇评估等领域。

1.23.1 土壤微生物碳的测定——TOC-V CPH有机碳分析仪一、方法原理土壤有机碳的测量方法主要有两种，即氯仿熏蒸培养法和氯仿熏蒸—直接浸提法。

1．氯仿熏蒸培养法[1]：土壤经氯仿熏蒸后再进行培养，测定培养时间内熏蒸与未熏蒸处理所释放CO2之差来计算土壤生物量碳。

2．氯仿熏蒸直接浸提法[2]：土壤经氯仿熏蒸后直接浸提进行，测定浸提液中的碳含量，以熏蒸和不熏蒸土壤中总碳的差值为基础计算土壤微生物含碳量。

直接提取法与氯仿熏蒸培养法相比，直接提取法具有简单、快速、测定结果的重复性较好等优点。

直接提取法测定土壤微生物量的碳的方法日趋成熟。

现在氯仿熏蒸—K2SO4提取法已成为国内外最常用的测定土壤微生物碳的方法。

本实验以氯仿熏蒸直接浸提法为例介绍土壤微生物量碳氮的浸提与测定。

二、主要仪器振荡机、真空干燥器、真空泵、TOC-V CPH有机碳分析仪。

二、试剂1．氯仿（去乙醇）：普通氯仿一般含有乙醇作为稳定剂，使用前要去除乙醇。

将氯仿按照1︰2（v/v）的比例与蒸馏水一起放入分液漏斗中，充分振动，慢慢放出底部氯仿，重复3次。

得到的无乙醇氯仿加入无水CaCl2，以除去氯仿中的水分。

2．0.5 mol·L-1 K2SO4浸提液：43.57 g分析纯K2SO4 定溶至1 L。

四、操作步骤称取过2 mm筛的新鲜土样12.5 g六份，置于小烧杯中。

将其中三份小烧杯放入真空干燥器中，干燥器底部放3个烧杯，其中一个放氯仿，烧杯内放少许玻璃珠（防爆），另一个放水（保持湿度），再放一杯稀NaOH。

抽真空时，使氯仿剧烈沸腾3-5 min，关掉真空干燥器阀门，在暗室放置24 h。

熏蒸结束后，打开干燥器阀门，取出氯仿，在通风厨中使氯仿全部散尽。

另三份土壤放入另一干燥器中，但不放氯仿。

将熏蒸的土样全部转移至150 mL三角瓶中，加入50 mL 0.5 mol·L-1 K2SO4 (土水比为1:4)，振荡30 min，过滤。

土壤呼吸LI-8100操作1、线路连接。

2、LI-8100分析仪主机开机，电脑开机。

3、连接网络，打开LI-8100软件，点击connect连接。

4、在软件里点8100，找到date and time 修改为正确的时间。

5、在setup里找到measurement configuration，出现single chamber configuration对话框。

6、在最左侧列表中点击presets，选择8100-103，点击load selected，有apply一定要点。

7、在最左侧列表中点击pore setup，看每一项的数值选项，第一项选8100-103，选项observation各参数：Observation Length 2min30second Observation Delay 1minDead Band 10second Puge Time 30second Set to high8、flow窗口high repeat窗口，点击set to max，点击apply，其余选项为09、setup菜单选择start new measurementName 填写现在的时间，其余不变，在左下方点击start immediately，再点击start measurement。

10、点柱状画进行CO2浓度绘制，查看实时数据。

LI-8100连接出现问题。

IP地址：网络属性→IP→192.168.100.99 255.255.255.0 确定连接soil NetLI-8150开机步骤0、先开电源，再打开LI-8150上面的主机，下面8100主机自动启动，不用再开。

1、打开电脑，连接无线，修改IP地址（无线网络属性，192.168.100.99，子网掩码255.255.255.0），打开8100软件，点击连接。

2、设置时间参数（8100，找到date and time 修改为正确的时间）和setup里的参数。

土壤温室气体通量测定方法的比较和评价土壤温室气体通量是指土壤中的温室气体（如二氧化碳、甲烷和氧气）通过土壤与大气之间的气体交换过程进行的净通量，通量的大小直接影响着全球气候变化。

因此，准确测定土壤温室气体通量对于了解土壤与大气之间的气体交换过程，预测气候变化等具有重要意义。

目前常用的土壤温室气体通量测定方法主要包括静态箱法、动态箱法和雷达测距法，下面将对这三种方法进行比较和评价。

首先是静态箱法。

静态箱法是通过将温室气体进行封闭，形成一个小型的封闭环境，然后测量封闭环境中温室气体的浓度变化，从而计算温室气体通量。

静态箱法的优点是操作简便、数据采集方便，可以测量不同土壤深度的温室气体通量，并且可以实时监测气体浓度变化。

然而，静态箱法存在的问题是封闭环境会改变土壤微环境，可能对土壤气体交换过程产生干扰，导致测量结果的不准确。

其次是动态箱法。

动态箱法是通过将温室气体进行封闭，然后在封闭环境和大气之间形成气体流动，通过测量封闭环境中气体流动速率、浓度变化等参数来计算温室气体通量。

相比于静态箱法，动态箱法可以更真实地模拟土壤和大气之间的气体交换过程，避免了封闭环境对土壤微环境的干扰。

动态箱法的缺点是操作相对复杂，需要专业仪器设备，并且不能实时监测气体浓度变化。

最后是雷达测距法。

雷达测距法是通过使用雷达仪器测量土壤的气体浓度分布，从而计算出土壤温室气体通量的方法。

雷达测距法的优点是无需封闭环境，可以在房间等封闭空间内进行测量，并且可以快速测量大面积土壤的温室气体通量。

然而，雷达测距法的缺点是仪器设备昂贵，操作技术要求较高，并且受到环境因素（如水分、温度等）的影响，可能会造成测量误差。

综上所述，静态箱法、动态箱法和雷达测距法都具有各自的优缺点。

选择合适的土壤温室气体通量测定方法应该根据实际需要，选择合适的环境和土壤条件，并结合仪器设备和专业技术要求进行综合考量。

未来的研究可以进一步发展更准确和便捷的土壤温室气体通量测定方法，以更好地了解土壤和大气之间的气体交换过程，提高对气候变化的预测能力。

土壤有机碳及碳组份测定标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]①土壤有机碳测定风干土过0.25 mm土壤筛，用重铬酸钾－外加热法测定有机碳含量。

②土壤重组和轻组分离取100 g(干土重)土，分成3等分，分别放入密度为1.70gcm-3的重液中(ZnI2和KI混合溶液，用KOH溶液调至中性)，用手摇动震荡5min，再用超声波400Jml-1震荡3min，离心机离心，虹吸法取上清液，过滤，重复操作3次。

所得样品用100mL0.01molL-1CaCl2溶液洗涤，再用200mL蒸馏水反复冲洗，得到轻组。

剩余部分为重组，用100ml0.01molL-1CaCl2溶液洗涤，再用200mL蒸馏水反复冲洗。

样品回收率均在95%以上。

将得到的组分分出一份，过0.25 mm 土壤筛，用重铬酸钾-外加热法测定有机碳含量。

③土壤水溶性有机碳测定20g(干土重)新鲜土放入盛有60mL蒸馏水的三角瓶中，常温下震荡浸提30min，用高速离心机离心，上清液过0.45μm滤膜，用岛津TOC-V CPH仪测定浸提液有机碳浓度，得到水溶性有机碳。

为了避免浓度的差异对特定波长吸收值的影响，先把所有样品的水溶性有机碳的浓度稀释到10mg/L，再用岛津UV-2550测定250(A250)、280(A280)、和365nm(A365)处吸收值，并计算A250/A365比值。

④热水浸提碳的测定10 g(干土重)新鲜土放入盛有100mL蒸馏水的三角瓶中，先震荡10min，80℃浸提16h，再震荡10min，离心后，上清液用0.45μm滤膜过滤，用TOC-VCPH仪测定浸提液碳浓度，得到热水浸提碳。

⑤土壤微生物量碳测定土壤微生物量碳(MBC)采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法，熏蒸和未熏蒸的样品分别用0.5 MK2SO4浸提30min，用岛津TOC-V CPH仪测定浸提液碳浓度。

然后，用以下公式计算获得微生物量碳：MBC=Ec/0.38(1-1)式中MBC为微生物量碳，Ec为熏蒸和未熏蒸样品浸提液测定的有机碳差值。

土壤微生物量碳测定方法及应用土壤微生物量碳（Soil microbial biomass）不仅对土壤有机质和养分的循环起着主要作用，同时是一个重要活性养分库，直接调控着土壤养分（如氮、磷和硫等）的保持和释放及其植物有效性。

近40年来，土壤微生物生物量的研究已成为土壤学研究热点之一。

由于土壤微生物的碳含量通常是恒定的，因此采用土壤微生物碳(Microbial biomass carbon, Bc)来表示土壤微生物生物量的大小。

测定土壤微生物碳的主要方法为熏蒸培养法（Fumigation-incubation, FI）和熏蒸提取法（Fumigation-extraction, FE）。

熏蒸提取法（FE法）由于熏蒸培养法测定土壤微生物量碳不仅需要较长的时间而且不适合于强酸性土壤、加入新鲜有机底物的土壤以及水田土壤。

Voroney (1983)发现熏蒸土壤用0.5mol·L-1K2SO4提取液提取的碳量与生物微生物量有很好的相关性。

Vance等(1987)建立了熏蒸提取法测定土壤微生物碳的基本方法：该方法用0.5mol·L-1K2SO4提取剂（水土比1：4）直接提取熏蒸和不熏蒸土壤，提取液中有机碳含量用重铬酸钾氧化法测定；以熏蒸与不熏蒸土壤提取的有机碳增加量除以转换系数KEC(取值0.38)来计算土壤微生物碳。

Wu等（1990）通过采用熏蒸培养法和熏蒸提取法比较研究，建立了熏蒸提取——碳自动一起法测定土壤微生物碳。

该方法大幅度提高提取液中有机碳的测定速度和测定结果的准确度。

林启美等（1999）对熏蒸提取-重铬酸钾氧化法中提取液的水土比以及氧化剂进行了改进，以提高该方法的测定结果的重复性和准确性。

对于熏蒸提取法测定土壤微生物生物碳的转换系数KEC的取值，有很多研究进行了大量的研究。

测定KEC值的实验方法有：直接法（加入培养微生物、用14C底物标记土壤微生物）和间接法（与熏蒸培养法、显微镜观测法、ATP法及底物诱导呼吸法比较）。

Uni-SoilCO2Flux土壤碳通量监测系统解决方案北京联创思源测控技术有限公司2010年7月1背景土壤呼吸（soil respiration）是指土壤释放二氧化碳的过程，严格意义上讲是指未扰动土壤中产生二氧化碳的所有代谢作用，包括三个生物学过程（即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸）和一个非生物学过程。

即含碳矿物质的化学氧化作用等几个生物学和非生物学过程。

森林土壤呼吸是陆地生态系统土壤呼吸的重要部分，其动态变化将对全球碳平衡产生深远的影响。

全球森林过度采伐和其他土地利用变化导致，占过去两个世纪来因人类活动释放的CO2总量的一半，是除化石燃烧释放CO2导致大气CO2浓度升高的另一重要因素。

森林土壤呼吸也是目前已建立的长期监测CO2通量网站的重要研究对象之一。

是研究世界碳循环的重要课题．对生态学、环境科学及地球表层系统科学意义重大。

2系统功能自动连续监测土壤呼吸，适合野外长期无人监管不间断运行，测土壤呼吸产生的CO2通量。

AYA-S1616系统容许用户在直径约60m的范围内对多达16个地点的土壤呼吸速率进行自动观测。

取样频率是每小时对同一个点测定一次，即每小时对16个点按顺序测定一遍。

在减少样点数量的情况下还可以提高取样频率。

该系统可以应用于不同种类的生态系统，如森林、草地、农田、灌木从，甚至是湿地。

值得注意的是，只要接上相应的分析仪，该系统还可以测定H2O, N2O, CH4, CO, 和NOX等气体与土壤的交换通量。

3系统组成土壤呼吸系统包括六个子系统，自动气室系统、控制系统、气样转换系统、气体分析和数据记录系统、动力系统、土壤测量系统，其中土壤测量系统为扩展部分，可测定16个点的土壤信息，可根据所连的传感器不同而测量不同的信息。

可选FDS100土壤水分传感器、FDS120土壤水分、温度传感器，SMET土壤三参数复合传感器、ST温度传感器。

4系统特点l可进行精确的、自动化的、可重复的测量，全天候连续监测、野外无人职守；l集成LI-COR公司功能强大的Li-820 CO2分析仪，测量数据准确可靠；l每个测量室上都可连接辅助传感器，如土壤温度传感器、土壤水分传感器和土壤复合传感器；l经久耐用的防水接头和机箱，高流速、低耗电、寿命长的螺线管阀和过滤器装置等高质量的硬件系统；l强大的数据分析处理功能，可提供包括土壤碳通量等在内的最终结果数据和原始数据；l独特的测量室通风口设计，保证气室内外压力平衡，机械式自动运动，保证对土壤扰动的最小化；l无线测控器不受天气状况影响，能耗低，在连续的阴雨天气里仍可正常工作长达两周；l数据可存储在主机内部闪存器，或自动存储在可移动存储设备中；l集成GPRS/GSM无线模块，可以远程进行数据下载、操作、管理。

碳势测量是一种用于评估土壤中碳储量和碳质量的方法，通常通过测量土壤中的有机碳含量来进行。

碳势测量的原理是利用化学方法将土壤中的有机碳氧化为二氧化碳，然后通过吸收或检测二氧化碳的量来确定土壤中的有机碳含量。

碳势测量的应用包括：
1.土壤质量评估：碳势测量可以帮助评估土壤的有机质含量，有机质含量是土壤肥力和健康的重要指标。

通过测量土壤中的有机碳含量，可以评估土壤的肥力和质量。

2.碳储量评估：碳势测量可以用于评估土壤中的碳储量，了解土壤对大气中二氧化碳的吸收和储存能力。

这对于研究气候变化和碳循环具有重要意义。

3.土壤管理和改良：通过碳势测量可以了解土壤中有机碳的含量，有助于制定合理的土壤管理和改良措施。

例如，可以通过增加有机质含量来改善土壤结构和提高土壤肥力。

总的来说，碳势测量是一种重要的土壤分析方法，可以帮助评估土壤质量、碳储量和制定土壤管理措施。

通过碳势测量，可以更好地了解土壤的性质和功能，为可持续土壤管理提供科学依据。

微生物生物量碳测定方法
（1）试剂配制：
0.5M K2SO4溶液：称取K2SO4174.33g溶解于蒸馏水中，搅拌溶解，（可加热）定容至2L。

去乙醇氯仿的配制：在通风柜中，量取100毫升氯仿至500毫升的分液漏斗中，加入200毫升的蒸馏水，加塞，上下振荡10下，打开塞子放气，而后加塞再振荡10下，反复3次，将分液漏斗置于铁架台上，静止溶液分层，打开分液漏斗下端的阀，将下层溶液（氯仿）放入200毫升的烧杯中，将剩余的溶液倒入水槽，用自来水冲洗。

再将烧杯中的氯仿倒入分液漏斗中，反复3次。

将精制后的氯仿倒入棕色瓶中，加入无水分析纯的CaCl2 10g，置于暗处保存。

（2）试验步骤：
空白试验：称取湿土20克于100毫升的塑料离心管中，加入50毫升0.5M K2SO4溶液，在25℃下，300rev/min振荡30分钟。

在3000rev/min离心5分钟,将上清液过滤。

熏蒸试验：称取湿土20克于25毫升小烧杯中，置于真空干燥器中，同时内放一装有用50毫升精制氯仿的小烧杯，用3号真空油密封。

将密封好的真空干燥器连到真空泵上，抽真空至氯仿沸腾1-2分钟。

将干燥器放入25℃培养箱中24小时后，抽真空15-30分钟以除尽土壤吸附的氯仿。

然后将土样转移到100毫升的塑料离心管中，如上提取。

微生物生物量碳测定：用Shimadzu TOC500测定提取液有机碳含量。