土壤呼吸是陆地生态系统仅次于光合作用的碳通量,土壤生物化学过程CO2和δ13C产生与输送是土壤呼吸量级与过程评价的制约因素。根据土壤生物化学过程CO2气体产生和输送特点,基于稳定同位素红外光谱技术,自主研发非线性在线标定技术、多通道双循环的高效循环气路、气体浓度预降低的高效循环气路、可模拟冻融过程的变温技术;集成创新研制分别针对土壤-大气界面气体交换过程、土壤内部气体垂直运移过程和土壤有机质分解过程的三套CO2及其δ13C浓度和通量观测系统,并在生态脆弱区开展观测示范,有效解决了土壤生物化学过程CO2的产生、运移与释放的综合监测难题。 本课题研发了土壤微生物呼吸δ13C全自动变温模拟与测定系统,针对野外试验条件无法控制的难题,建立室内的可模拟冻融过程的全自动变温模式与部件,可按既定程序调节培养瓶内的温度,实现模拟复杂情景的实验需求。变温模拟与测定系统控温范围-5~35℃、控温精度优于0.23℃、变温速率为1.06 ℃/2 min(0~35℃)和0.70 ℃/2 min(-5~0℃),可至少同时控制16 路的培养瓶和3 路标气。 将野外采集的土壤样品分别放在16个样品瓶中,利用本课题研发的土壤微生物呼吸δ13C全自动变温模拟与测定系统,获得了从-5℃到35℃升温和降温过程土壤呼吸CO2浓度和δ13C数据。数据处理通常先通过仪器性能参数初步判断数据质量,然后利用标气对实测CO2浓度和δ13C进行校正,并对空气湿度、温度、大气压和通量计算的斜率进行质控,剔除异常数据,获得质控后的高质量数据,并利用通量计算公式计算CO2及其δ13C通量数据。 该设备平均国产化率 80%以上,已运用于森林、草地、和农田等生态系统的自动化监测,实现我国生态监测技术的自主创新与升级换代,可以推广到CERN、CFERN和CNERN以及其它相关部门类似的野外台站,有助于大幅提升我国对生态监测与评估的科技研发能力、水平和国际影响力,有效支撑我国陆地生态系统固碳速率及潜力评估与认证,为国家生态文明建设、碳达峰碳中和以及生态安全调控提供技术支撑。
孙晓敏
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