一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置以及CO2释放量的测定方法

本发明涉及土壤环境及生态检测，更具体的说是涉及一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置以及co2释放量的测定方法。

背景技术：

1、土壤中有机碳的矿化是陆地生态系统co2的主要来源。因此，研究土壤有机碳矿化过程中co2释放量及其动态是生态系统固碳减排研究的重要内容。土壤有机碳矿化释放的co2的监测包括田间原位监测和室内土壤培养过程中的co2排放监测两条途径。田间原位监测能真实反映土壤co2排放量，但受环境干扰大，而且实验条件难于控制。室内土壤培养实验具有实验条件易于控制，不受外界环境变化干扰的优点。因此，开展一些室内土壤培养的控制实验(例如，升温、施肥、水分调节、污染物添加等)，监测土壤培养过程中有机碳矿化的co2排放动态，是研究土壤碳排放调控机制的有效手段。

2、土壤有机碳矿化的培养实验要求在恒温条件下，使土壤保持在恒定的田间持水量下，进行短期(几十天)或较长期(1-2年)的通气好氧培养，以维持最佳的土壤微生物活性。然后在培养过程中，定期(间隔几天或几周)采集co2气体并检测其浓度，计算土壤co2排放量。测定co2排放量前需要将培养装置密闭24h，再抽取其中气体，利用气相色谱或者其他仪器测定温室气体含量。

3、目前有机碳矿化的土壤培养和co2采集普遍采用的是利用单个静态培养瓶进行土壤培养和气体采集。由于co2密度比空气大，在土壤培养过程中容易在培养瓶下层积聚，抑制土壤中微生物活性和有机碳矿化。而且，土壤培养需要使土壤保持在恒定的田间持水量下(通常60％)，以维持稳定的微生物活性。因此，需要每隔2天根据水分损失量对培养土壤进行补水，保证土壤含水量的稳定。而且在采集气体前的密闭过程中，由于co2密度比空气大，积聚于培养瓶底部，导致用注射器从瓶口采气的不均匀，增大实验误差。现有文献资料中采用的单个培养瓶进行的土壤培养和co2气体采集实验都无通气和补水系统，需要人为频繁补水，费时费力。而且采集的气体不均匀，实验误差大。目前土壤有机碳矿化过程中co2气体的检测多采用气相色谱仪测定，但出峰慢，每个样品的测定需要10-15分钟时间。故如何提供一种检测准确且方便快捷的土壤培养和检测方法是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种能对多个培养瓶内的土壤含水量和气体均匀度进行集中批量控制的动态土壤培养系统，以及随后利用改装的li6400光合仪快速测定co2释放量的方法。适用于生态学、环境科学和土壤学中的有机碳矿化研究中土壤培养、co2气体采集和测定。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、首先，本发明提供了一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，包括：在培养过程中自动控制通气和补水的动态培养系统，以及改装的快速测定co2释放量的li6400便携式光合作用测定仪；

4、所述动态培养系统包括底托和设置于底托上的若干培养瓶，所述培养瓶底端设置有风扇，所述培养瓶横置于所述底托上；

5、所述培养瓶顶端设置有出气孔，所述出气孔处以橡胶塞一密封；

6、所述培养瓶内设置有培养盒，所述培养盒上端开口；

7、所述培养瓶连接有进水管。

8、优选的，所述培养瓶采用支架安装于所述底托上，所述进水管外接有供水管，所述供水管连接有供水箱。

9、优选的，所述供水箱置于所述底托上。

10、优选的，所述风扇通过导线外接有电源，所述培养瓶上设置有导线孔，所述导线与所述导线孔之间动密封。

11、进一步的，所述培养瓶底端设置有进线孔，所述进线孔处以橡胶塞二密封，所述橡胶塞二上设置所述导线孔和进水孔，所述进水管穿过所述进水孔。

12、进一步的，所述底托上具有放置腔，所述放置腔上设置有穿线口，所述导线穿过所述穿线口。

13、优选的，所述li6400便携式光合作用测定仪为改装结构，具体为：关闭叶室，将主机和传感头之间的进气管换成高弹乳胶软管，将操作程序改进为从菜单5开始操作，直接将气体样品用注射器注入高弹乳胶软管中快速测定co2含量

14、其次，本发明还提供了一种利用上述技术方案所述装置进行土壤矿化培养和利用改装的li6400便携式光合仪快速测定土壤有机碳矿化过程中co2释放量的方法，包括以下步骤：

15、(1)装配动态培养系统，然后将土壤样品置于培养盒中，橡胶塞一密封瓶口，进行培养；

16、(2)培养过程中每天早上风扇打开循环1h，以进水管补充水分；

17、(3)取样前开启风扇均匀培养瓶内气体，然后以注射器插入橡胶塞一中伸入培养瓶内采集气体；

18、(4)利用改装的li6400便携式光合作用测定仪按改进的操作方法对采集的气体co2浓度进行测定。

19、进一步的，所述的改进的操作方法具体测定步骤为：开机预热10min；将原有测叶片光合的操作步骤改进为：按“1”进入菜单1→按“f1”标记文件，输入文件名称→按“enter”→按“5”进入菜单5→按“f1”进入自动程序菜单→移到“autolog”→按“enter”进行三个参数的设置“log every 1second”，“15observations persample”，“matching 0”→按“enter”→按“1”进入菜单1→按“f4”对样品标号→按“enter”利用注射器从培养瓶中抽取10ml气体，推掉5ml后，直接向li6400的橡胶管中注入约5ml气体，持续约20秒→观察显示屏上co2的数值，当其从峰值回落到基线，重复上述从按“5”开始的操作，开始下一个样品的测定。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置以及co2释放量的测定方法，具有如下有益效果：

21、1)土壤培养过程中，加入了通风系统，有效解决了培养过程中co2积聚对土壤碳矿化的抑制作用，以及气体采样时由于co2下沉引起的气体取样不均问题，提高了实验的精度；

22、2)加入了补水系统，解决了培养过程中需要对培养的土壤进行频繁补水的问题；

23、3)集中控制的通风和补水系统能一键批量调节多个呼吸瓶中的空气均匀度和土壤含水量，大大提高了工作效率；

24、4)利用改装的便携式li6400光合仪测定co2释放量每个样品仅需1分钟左右时间，而常用的气相色谱测定每个样品需10-15分钟，因此该方法大大缩减了样品测定所需时间，还大大降低了由于样品测定耗时长、不同培养瓶密闭时间差异大造成的实验误差。

技术特征：

1.一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，其特征在于，包括：在培养过程中自动控制通气和补水的动态培养系统，以及改装的快速测定co2释放量的li6400便携式光合作用测定仪；

2.根据权利要求1所述的一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，其特征在于，所述培养瓶采用支架安装于所述底托上，所述进水管外接有供水管，所述供水管连接有供水箱。

3.根据权利要求1所述的一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，其特征在于，所述供水箱置于所述底托上。

4.根据权利要求1所述的一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，其特征在于，所述风扇通过导线外接有电源，所述培养瓶上设置有导线孔，所述导线与所述导线孔之间动密封。

5.根据权利要求4所述的一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，其特征在于，所述培养瓶底端设置有进线孔，所述进线孔处以橡胶塞二密封，所述橡胶塞二上设置所述导线孔和进水孔，所述进水管穿过所述进水孔。

6.根据权利要求4所述的一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，其特征在于，所述底托上具有放置腔，所述放置腔上设置穿线口，所述导线穿过所述穿线口。

7.根据权利要求1所述的一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置，其特征在于，所述li6400便携式光合作用测定仪为改装结构，具体为：关闭叶室，将主机和传感头之间的进气管换成高弹乳胶软管，将操作程序改进为从菜单5开始操作，直接将气体样品用注射器注入高弹乳胶软管中快速测定co2含量。

8.一种利用权利要求1-7任一项所述装置对土壤有机碳矿化co2释放量进行测定的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的改进的操作方法具体测定步骤为：开机预热10min；将原有测叶片光合的操作步骤改进为：按“1”进入菜单1→按“f1”标记文件，输入文件名称→按“enter”→按“5”进入菜单5→按“f1”进入自动程序菜单→移到“autolog”→按“enter”进行三个参数的设置“log every 1second”，“15observations persample”，“matching 0”→按“enter”→按“1”进入菜单1→按“f4”对样品标号→按“enter”利用注射器从培养瓶中抽取10ml气体，推掉5ml后，直接向li6400的橡胶管中注入约5ml气体，持续约20秒→观察显示屏上co2的数值，当其从峰值回落到基线，重复上述从按“5”开始的操作，开始下一个样品的测定。

技术总结本发明公开了一种土壤有机碳矿化的室内培养和测定装置以及CO<subgt;2</subgt;释放量的测定方法，与目前室内土壤有机碳矿化的研究中普遍采用的利用单个静态培养瓶进行土壤培养、利用气象色谱测定CO<subgt;2</subgt;含量相比，该土壤培养和CO<subgt;2</subgt;测定装置和方法能有效解决土壤培养过程中CO<subgt;2</subgt;下沉引起的气体取样不均、需要频繁给土壤补水的问题，以及利用气相色谱测定CO<subgt;2</subgt;耗时长的问题。而且该培养和测定方法操作简单，能大大提高工作效率。该实验方法的要点是在土壤培养过程中，利用在土壤培养系统中安装的通风和补水系统，集中调控多个培养瓶内的气体均匀度和土壤水分含量，随后利用改装的Li6400便携式光合测定仪快速测定CO<subgt;2</subgt;含量，不仅能有效提高实验精度，还能大大节省时间。技术研发人员：赵琼,宋菁,夏尚光,陈晓春,寇娜,汤强,彭彬玮受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10