一种测定森林枯落物对土壤硝化反硝化贡献率的方法

摘要

本发明提供一种测定森林枯落物对土壤硝化反硝化贡献率的方法，在森林中选取20m×20m的样地，在样地内，按S形取点方法，选取10个1m×1m的小单元，并将地表枯落物清理干净；然后，将大小为1m×1m×0.5m的尼龙网框固定在1m×1m的小单元上方，以保证小单元内没有枯落物的存在；最后，采用环刀取样，利用BaPS土壤氮循环监测系统测定1m×1m的小单元内土壤硝化、反硝化速率，同时测定临近1m×1m小单元的土壤硝化、反硝化速率，根据公式计算出森林枯落物对土壤硝化反硝化过程的贡献率。本发明对于林地清理中，扫除枯落物对土壤硝化反硝化过程的贡献率的确定，对于了解整个森林的枯落物层参与地球生物化学氮循环具有重要的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及地球化学领域，具体地说，涉及一种测定森林枯落物 对土壤硝化反硝化贡献率的方法。

背景技术

据政府间气候变化专门委员会（IPCC）研究指出，从工业化时 代开始，人类活动已引起全球温室气体排放增加，其中自1970年至 2004年期间排放增加了70%。自1750年以来，由于人类活动导致全球 大气CO₂、N₂O和CH₄浓度明显增加，目前已经远远超出了根据冰芯 记录测定的工业化前几千年中的浓度值。CO₂是最重要的人为温室气 体，自1970年至2004年间，CO₂的排放增加了大约80%，其浓度变化 从工业革命前的280ppm上升到2005年的379ppm；而N₂O是一种相对 稳定的温室气体，其全球增温潜能（Global Warming Potential，GWP） 是CO₂的296倍，其浓度从工业革命前的270ppm上升到2005年的 319ppm。根据推测的气体排放情景，到2100年大气中持续增高的温 室气体浓度预计会使全球陆面平均温度升高1-3.5℃。温度的升高可导 致全球降水格局发生改变，导致高纬度冬季降水增加，更多的极端温 度天气的出现以及不同地区将会出现干旱和涝灾。气候上发生的变化 可能潜在地影响着陆地生态系统的生产力。

森林土壤的氮素储量超过森林生态系统总氮量的85%。因而，森 林土壤生态系统在调节着碳氮平衡、减缓大气中的CO₂、N₂O等温室 气体浓度上升以及维护全球气候变化具有不可替代的作用。而根系的 生长对土壤的发育具有重要的作用，尤其是根际区是土壤微生物活跃 的区域，对改良土壤具有重要的贡献，影响着森林土壤生态系统调节 碳氮平衡。

土壤硝化反硝化过程是N₂O温室气体释放的主要过程，在现有的 技术中，仅测定森林土壤释放N₂O温室气体来研究土壤生态系统在调 节碳氮平衡，而在林地清理中，森林枯落物对土壤硝化反硝化过程的 贡献率的确定目前尚无法直观的测定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定森林枯落物对土壤硝化反硝化贡 献率的方法。

为了实现本发明目的，本发明首次提出森林枯落物对土壤硝化反 硝化过程的贡献率的概念，旨在提供一种定量测定森林枯落物对土壤 硝化反硝化过程的贡献率方法。

本发明的一种测定森林枯落物对土壤硝化反硝化贡献率的方法， 首先，在森林中选取20m×20m的样地，在样地内，按S形取点方法， 选取10个1m×1m的小单元，并将地表枯落物清理干净；然后，将1m （长）×1m（宽）×0.5m（高）的尼龙网框固定在1m×1m的小单元上 方，以保证小单元内没有枯落物的存在；最后，采用环刀（原位）取 样，利用BaPS土壤氮循环监测系统（气压过程分离技术）测定2m×2m 的小单元内土壤硝化、反硝化速率，同时测定临近1m×1m小单元1m 处的土壤硝化、反硝化速率，利用以下公式I和公式II计算出森林枯落 物对土壤硝化反硝化过程的贡献率：

Cn=SN₁/SN₂×100%   式I

式I中：

Cn：森林枯落物对土壤硝化过程的贡献率，单位：%；

SN₁：2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；

SN₂：临近2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；

Cd=SDN₁/SDN₂×100%   式II

式II中：

Cd：森林枯落物对土壤反硝化过程的贡献率，单位：%；

SDN₁：2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h；

SDN₂：临近2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h。

前述的方法，利用BaPS土壤氮循环监测系统测定的时间为12h。

前述的方法，所述尼龙网框的孔径为1mm。

土壤硝化反硝化过程是N₂O温室气体释放的主要过程，在现有的 技术中，仅测定了森林土壤释放N₂O温室气体来研究土壤生态系统在 调节着碳氮平衡，而因森林枯落物层对土壤硝化反硝化过程的贡献率 的确定目前尚无法直观的测定。因而，本发明对于林地清理中，扫除 枯落物对土壤硝化反硝化过程的贡献率的确定，对于了解整个森林的 枯落物层参与地球生物化学氮循环具有重要的作用，可以为IPCC对 研究森林枯落物对全球温室气体排放的影响提供基础数据支撑；另 外，对于林业生产中如何进行森林清理具有重要的指导作用。

附图说明

图1为本发明实施例中使用的S形取点方法。

图2为本发明实施例中1m×1m的小单元样方，网格所示为1m（长） ×1m（宽）×0.5m（高）的尼龙网框。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未 特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规 手段，所用原料均为市售商品。

以下实施例中涉及的气压过程分离（BaPS）技术利用BaPS土壤 氮循环监测系统进行硝化、反硝化速率的测定，该系统购自德国UMS 公司。

实施例测定森林枯落物对土壤硝化反硝化贡献率的方法

首先，在森林中选取20m×20m的样地，在样地内，按S形取点方 法（图1），选取10个1m×1m的小单元，并将地表枯落物扫除干净。然 后，将尼龙网框（孔径为1mm），其规格为1m（长）×1m（宽）×0.3m （高），固定在1m×1m的小单元上方，以保证小单元样方没有枯落物 的存在。最后，通过环刀原位取样法，利用世界先进的气压过程分离 （BaPS）技术测定1m×1m的小单元内土壤硝化反硝化速率的同时， 测定临近1m×1m小单元1m处的土壤硝化反硝化速率。

测定步骤如下：

1）在测定前，将带有土样的环刀两端用于密封的盖子取下；

2）测定时，保持室内温度与土壤采样时的温度一致，并测定12 小时；

3）测定结束时，利用软件BaPSSoftware Version2.2.4计算得出土 壤硝化与反硝化速率。

利用以下公式I和公式II确定森林枯落物对土壤硝化反硝化过程 的贡献率：

Cn=SN₁/SN₂×100%   式I

式I中：

Cn：森林枯落物对土壤硝化过程的贡献率，单位：%；

SN₁：2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h；

SN₂：临近2m×2m的小单元土壤硝化速率，单位：μgN/kg SDW h。

Cd=SDN₁/SDN₂×100%   式II

式II中：

Cd：森林枯落物对土壤反硝化过程的贡献率，单位：%；

SDN₁：2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h；

SDN₂：临近2m×2m的小单元土壤反硝化速率，单位：μgN/kg/h。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详 尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本 领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础 上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。