一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法与流程

1.本发明涉及碳汇测定领域，具体涉及一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法。


背景技术：

2.泥炭藓类植物属于泥炭藓科泥炭藓属，国内泥炭藓植物种类约50种。泥炭藓是贫 营养泥炭地的优势种之一，是泥炭地中累积泥炭的最重要的植物。泥炭藓沼泽是湿地 类型中的固碳明星，因为泥炭藓类植物死亡后分解速度缓慢，其活体的累积和残体堆 积在湿地中，为泥炭地创造出相当大的生物量，其碳汇功能突出。碳汇指的是湿地生 态系统对大气中co2起到净吸收作用，与碳储量不同，碳汇是湿地内每年新增的碳， 是一个碳增量的概念。
3.泥炭藓沼泽湿地呈酸性，且排水不良，湿地中氧气含量低，所以泥炭藓沼泽湿地 是甲烷(ch4)等温室气体排放重要来源之一，但其排放强度还存在一定的不确定性。泥 炭藓类植物没有真正的根和维管束，不能像维管植物传输甲烷那样，成为甲烷等温室 气体传输的重要途径。泥炭藓类植物能够达到降低温室气体排放的效果，保护原始状 态泥炭藓沼泽湿地，不仅可以提高碳汇，还可以减低温室气体排放强度，是一类可用 于湿地“增汇减排”的植物类群。
4.泥炭藓类植物生活在低温湿润的环境中，主要分布在寒带、北温带地区，中国主 要分布在东北长白山、大、小兴安岭地区，分布面积较大。而亚热带地区的泥炭藓主 要零星分布在海拔1000m以上的山区，如云贵高原山间洼地汇水区、湖北神农架、福 建天宝岩、浙江龙王山等。由于泥炭藓类植物分布在贫营养地区，水体富营养化威胁 泥炭藓类植物的生存。泥炭藓植物喜低温环境，而气候增温也一定程度上造成泥炭藓 的萎缩。沼泽湿地退化，维管植物入侵泥炭藓生境，泥炭藓植物逐渐与维管植物共存， 维管植物的根际激发效应促使泥炭地累积的碳物质分解。
5.泥炭藓沼泽湿地固碳和碳排放同时存在，两者之间存在相互抵消现象。此外，泥 炭藓沼泽湿地多由泥炭藓和其他维管植物(这里以草本植物为例)共存，天然纯泥炭 藓沼泽目前分布较少，而泥炭藓和草本植物的固碳、碳排放以及死亡后凋落物分解等 存在显著差异。
6.由于以上两个原因，定量化评估一块泥炭藓沼泽湿地碳汇存在较大的难度。


技术实现要素：

7.本发明针对上述问题，提出了一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法。
8.本发明采取的技术方案如下：
9.一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法，包括：
10.测量泥炭藓沼泽湿地的温室气体的排放通量b；
11.测量泥炭藓沼泽湿地的草本植物的碳汇c1以及泥炭藓植物的碳汇c2；
12.测量泥炭藓沼泽湿地的分解速率d；
13.计算得到泥炭藓沼泽湿地的碳汇x，计算公式为：x＝c1+c2-b-d。
14.本技术测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法，能够抓取主要固碳和排碳的点，能 够客观的评估泥炭藓沼泽湿地的碳汇能力。
15.c1、c2、b和d都是单位面积单位时间下的值，此处的单位时间通常可以为一年。
16.于本发明其中一实施例中，所述温室气体的排放通量b的测量步骤如下：
17.在泥炭藓沼泽湿地上选择多个样方，将方形的底座埋入对应样方的泥炭藓沼泽湿 地中，所述底座的上端具有回形槽；
18.在底座的回形槽中注入水，将下端开口的取样箱的下部嵌入回形槽中，实现取样 箱和底座的密封；
19.每隔第一设定时间收集一次取样箱内的气样，并使用气相色谱测定气样中ch4的 浓度，通过多次取样，得到ch4浓度的变化速率δc/δt，计算得到ch4的排放通量 b1，b1＝ρ*δc/δt*273.15/(273.15+t)*h，其中，ρ为ch4的密度，t为取样箱内的气 温，h为取样箱内部高度；
20.利用li8100co2分析仪连续监测取样箱内co2浓度3分钟或者箱内co2浓度超过 500ppm，两个标准以先达到为准，自动计算出co2排放通量b2；
21.所述温室气体的排放通量b＝b1+b2。
22.通过底座和取样箱的配合，能够较为准确的测量到温室气体的排放通量。
23.每隔第一设定时间收集一次取样箱内的气样，主要目的是考虑温室气体排放的时 间变化特征。
24.于本发明其中一实施例中，所述底座为不锈钢底座；提前0.5～1.5个月将所述不锈 钢底座埋入泥炭藓沼泽湿地中。
25.于本发明其中一实施例中，所述取样箱的上部设置取样口，取样箱的内部相对两 侧面配置有风扇。
26.于本发明其中一实施例中，草本植物的碳汇c1的测定步骤：
27.9至10月时，在泥炭藓沼泽湿地选定多个样方，收割样方内的草本植物，将收割 的草本植物置于烘箱内，以90～110℃烘烤干，称重后计算得到单位面积的干燥的草本 植物的生物量g，所述草本植物的碳汇c1＝a*g，其中，a为转化系数，a为0.475。
28.于本发明其中一实施例中，泥炭藓植物的碳汇c2的测定步骤：
29.测定泥炭藓净初级生产力npp：选定样方，测量泥炭藓单位时间生长的高度h， 测得单位面积的泥炭藓株数z，选取多株泥炭藓，用收割法收获位于地上的绿色部分, 将绿色部分剪成多个片段后烘干，称量并计算得到泥炭藓单位长度的质量m， npp＝h*m*z；
30.摘取泥炭藓顶端新生长的部分，烘干粉碎后，使用总碳分析仪分析其中的碳含量 c％；
31.计算得到泥炭藓植物的碳汇c2，c2＝npp*c％*a，所述a为泥炭藓沼泽湿地单位 面积。
32.于本发明其中一实施例中，摘取泥炭藓顶端新生长的部分，具体为摘取泥炭藓顶 端1～2cm的部分。
33.于本发明其中一实施例中，测量泥炭藓单位时间生长的高度h的步骤为：将多根 竹签的上端加工出凹槽，通过铁丝缠绕在凹槽中将多根竹签平行且间隔连接，使相邻 两根
竹签的位置在4～8cm之间，将竹签插入泥炭藓沼泽湿地，使泥炭藓顶端位置和铁 丝缠绕位置在同一水平面上，将此位置记为0点，泥炭藓顶端距离0点的距离为生长 高度，生长高度除以生长时间得到所述泥炭藓单位时间生长的高度h。
34.于本发明其中一实施例中，分解速率d的测定步骤：
35.在泥炭藓沼泽湿地采集鲜活泥炭藓，去掉泥炭藓下端枯死部分，保留绿色部分；
36.将绿色部分烘干至恒质量，然后剪成片段混匀，称取设定质量装入尼龙网袋，同 时称取设定质量用粉碎机粉碎，过50目筛后，用元素分析仪测定得到初始碳含量oc；
37.将尼龙网袋埋入泥炭藓沼泽湿地中，隔第二设定时间(1年)取出尼龙网袋；
38.清除尼龙网袋上的泥土和植物根系，将尼龙网袋内的残余物置于100目筛中，用 蒸馏水冲洗，冲洗干净后烘干至恒质量，将残余物用粉碎机粉碎，过50目筛后，用元 素分析仪测定得到剩余碳含量lc；
39.计算得到分解速率d，d＝lc/oc*100％。
40.于本发明其中一实施例中，所述设定质量为3.0g，所述尼龙网袋的大小为10cm
×ꢀ
15cm，尼龙网袋的一侧为粗面，另一侧为细面，粗面的孔径为18目，细面的孔径为 80目，埋入尼龙网袋时，细面朝下，粗面朝上。
41.本发明的有益效果是：本技术测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法，能够抓取主 要固碳和排碳的点，较为客观的评估泥炭藓沼泽湿地的碳汇能力。
具体实施方式：
42.下面对本发明做详细描述。
43.一种测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法，包括：
44.测量泥炭藓沼泽湿地的温室气体的排放通量b；
45.测量泥炭藓沼泽湿地的草本植物的碳汇c1以及泥炭藓植物的碳汇c2；
46.测量泥炭藓沼泽湿地的分解速率d；
47.计算得到泥炭藓沼泽湿地的碳汇x，计算公式为：x＝c1+c2-b-d。
48.本技术测定泥炭藓沼泽湿地碳汇能力的方法，能够抓取主要固碳和排碳的点，较 为客观的评估泥炭藓沼泽湿地的碳汇能力。
49.于本实施例中，温室气体的排放通量b的测量步骤如下：
50.在泥炭藓沼泽湿地上选择多个样方，将方形的材质为不锈钢的底座埋入对应样方 的泥炭藓沼泽湿地中，底座的上端具有回形槽；
51.在底座的回形槽中注入水，将下端开口的取样箱(主体由亚克力板制成，长宽高 为40cm
×
40cm
×
50cm)的下部嵌入回形槽中，实现取样箱和底座的密封；
52.每隔10分钟收集一次取样箱内的气样，维持30分钟，使用气相色谱测定气样中 ch4的浓度，通过多次取样，得到ch4浓度的变化速率δc/δt，计算得到ch4的排 放通量b1，b1＝ρ*δc/δt*273.15/(273.15+t)*h，其中，ρ为ch4的密度，t为取样箱 内的气温，h为取样箱内部高度；
53.利用li8100co2分析仪连续监测取样箱内co2浓度3分钟，或者箱内co2浓度超 过500ppm，两个标准以先达到为准，计算出co2排放通量b2；
54.温室气体的排放通量b＝b1+b2。
55.通过底座和取样箱的配合，能够较为准确的测量到温室气体的排放通量。
56.实际运用时，根据目标湿地内的植被分布情况，确定样方数量和位置。若以泥炭 藓为建群种的沼泽湿地，且整片湿地较为均一，可随机选取5-9个样方；若泥炭藓与 草本植物严重混生，草本植物种类多样且季节更替性强，那么可以在泥炭藓分布集中 区域设置3-5个样方，泥炭藓与草本植物混生区域设置3-5个样方，在草本维管植物 分布集中区域(无泥炭藓)设置3-5个样方。
57.实际运用时，若泥炭藓与草本植物严重混生(比如余姚沼泽湿地情况)，可以选择 星花灯芯草、野古草、龙师草、萱草、柳叶箬、畦畔莎草等维管植物形成的高山草甸 以及泥炭藓类植物为主的两大类样方。每月定期选取1天(为了提高对目标湿地温室 气体排放的准确性，5-10月的生长季可测定2次)，一般选择晴朗的上午9：00-11： 00收集气样，认为这一时间段的co2和ch4排放通量可以代表整天的平均值。
58.实际运用时，取样口可以用60ml医用注射器收集，注射器顶部使用医用三通连接 7号针头，收集后对箱体不做其他任何处理，继续等待下一次收集。
59.于本实施例中，提前0.5～1.5个月将底座埋入泥炭藓沼泽湿地中。通过提前埋入土 壤中，以减少对土壤干扰。
60.实际运用时，底座底部插入土中5cm，上部的回形槽的槽深为10cm。
61.于本实施例中，取样箱的上部设置取样口，取样箱的内部相对两侧面配置有风扇。
62.由于泥炭藓沼泽湿地中木本植物少见，本技术针对一年生或多年生的草本植物， 忽略木本植物，于本实施例中，草本植物的碳汇c1的测定步骤：
63.9至10月时(生物量最大时，优选为8月)，在泥炭藓沼泽湿地选定10～30样方 (根据目标湿地的面积可以调整)，收割样方内的草本植物，将收割的草本植物置于 105℃烘箱内持续烤干至恒重，称重后计算得到单位面积的干燥的草本植物的生物量 g，草本植物的碳汇c1＝a*g，其中，a为转化系数，本实施例中a为0.475，实际运用 时a还可以为0.45或0.5。
64.由于泥炭藓与草本植物不同，每年不凋落，所以需要先测定泥炭藓的每年净初级 生产力npp(g
·
m-2
)，再测定泥炭藓植物中的含碳量，计算出泥炭藓的碳汇。于本实 施例中，泥炭藓植物的碳汇c2的测定步骤：
65.测定泥炭藓净初级生产力npp：选定样方，测量泥炭藓单位时间生长的高度h， 测得单位面积的泥炭藓株数z，选取多株泥炭藓，用收割法收获位于地上的绿色部分, 将绿色部分剪成多个片段后烘干，称量并计算得到泥炭藓单位长度的质量m， npp＝h*m*z；
66.摘取泥炭藓顶端新生长的部分，烘干粉碎后，使用总碳分析仪分析其中的碳含量 c％；
67.计算得到泥炭藓植物的碳汇c2，c2＝npp*c％*a，a为泥炭藓沼泽湿地单位面积。
68.于本实施例中，正常泥炭藓一年的生长长度在3cm左右，可以取顶端1-2cm，认 为是当年新生长的，摘取泥炭藓顶端新生长的部分，具体为摘取泥炭藓顶端1～2cm的 部分。
69.于本实施例中，测量泥炭藓单位时间生长的高度h的步骤为：将多根竹签(长度 30～50cm)的上端加工出凹槽，通过铁丝缠绕在凹槽中将多根竹签平行且间隔连接， 使相邻两根竹签的位置在4～8cm之间，将竹签插入泥炭藓沼泽湿地，使泥炭藓顶端位 置和铁丝缠绕位置在同一水平面上，将此位置记为0点，泥炭藓顶端距离0点的距离 为生长高度，生长
高度除以生长时间得到泥炭藓单位时间生长的高度h。
70.本实施例中，每3个月用直尺测定一次，记录生长一年后距离0点的距离。
71.于本实施例中，分解速率d的测定步骤：
72.在泥炭藓沼泽湿地采集鲜活泥炭藓，去掉泥炭藓下端枯死部分，保留绿色部分；
73.将绿色部分于75℃下烘干至恒质量，然后剪成2cm的片段混匀，称取设定质量装入尼龙网袋，同时称取设定质量用粉碎机粉碎，过50目筛后，用元素分析(elementarvarioeliii,elementar,langenselbold,germany)仪测定得到初始碳含量oc；
74.将尼龙网袋埋入泥炭藓沼泽湿地中，隔第二设定时间(1年)取出尼龙网袋；
75.清除尼龙网袋上的泥土和植物根系，将尼龙网袋内的残余物置于100目筛中，用蒸馏水冲洗，冲洗干净后烘干至恒质量，将残余物用粉碎机粉碎，过50目筛后，用元素分析仪测定得到剩余碳含量lc；
76.计算得到分解速率d，d＝lc/oc*100％。
77.埋尼龙网袋时，用手将袋中的泥炭藓压平整，尽量使泥炭藓在尼龙网袋中均匀分布，做好标记后用尼龙线系于竹竿上并固定，方便后续的取出。
78.于本实施例中，设定质量为3.0g，尼龙网袋的大小为10cm
×
15cm，尼龙网袋的一侧为粗面，另一侧为细面，粗面的孔径为18目，细面的孔径为80目，埋入尼龙网袋时，细面朝下，粗面朝上。
79.实际运用时，可以每3个月取一次尼龙网袋，每次取回多个尼龙网袋。
80.实际运用时，本技术的方法可以测定普通泥炭藓沼泽湿地碳汇能力，也可以测定退化后的泥炭藓沼泽湿地碳汇能力。下面以余姚市四明山镇上水湖山塘水库上游两块相连的小型湿地(29
°
42
′
n，121
°
03
′
e)为例具体说明本发明的方法。该小型湿地为退化泥炭藓沼泽，由山间溪流汇聚至山塘水库发育而成，由东、西两块相邻的地块组成，地表常年有积水，地表水深5～10cm。目前该泥炭藓沼泽湿地已严重退化，仅西侧地块上半区域地表残留少量泥炭藓，堆积厚度约5～10cm，东侧地块地表几乎无泥炭藓，仅边缘区域有极少量存留，该样地分布大量低矮的草本植物(高度约50～60cm)，如萱草、野古草(arundinellaanomala)、星花灯芯草(juncusdiastrophanthus)、畦畔莎草(cyperushaspan)、谷精草(eriocaulonbuergerianum)、柳叶箬(isachneglobosa)、龙师草(heleocharistetraquetra)等。
81.测定上述小型湿地的碳汇能力的步骤：
82.草本植物的碳汇c1：分别在2020年10月、2021年8月(一般认为8月生物量最大)取7-10个1m
×
1m样方内，收割各个样方内地面以上植物，烘干后(90℃，24h)称量地上生物量；取表层30cm的土壤，清洗土壤后获得根系，烘干后(90℃，24h)称量地下生物量。
83.表1.余姚上水湖沼泽湿地草本植物地上生物量及草本植物碳汇
84.取样时间生物量(g/m2)草本植物碳汇g/(m2·
yr)2020年10月469.03
±
179.89222.792021年8月512.82
±
187.28243.59
85.由于湿地草本植物都是1年生草本植物，按照“生物量
×
0.475＝碳汇”，得到草本植物碳汇。
86.泥炭藓植物的碳汇c2：根据野外测量，年平均生长长度2.8cm，对应的净生长量为
310g
·
m-2
，由于泥炭藓植物分解非常缓慢，根据文献，刘雪飞(2020)-植物生 态学报，2020，按照每年5％的分解速率计算，泥炭藓年内的净生长量为294.5g m-2
。 泥炭藓碳汇与其生物量之间的转换系数按照0.9计算，泥炭藓植物的碳汇c2为265.05 g/(m2·
yr)。
87.分解速率d：于2020年12月23日埋藏五种不同的植物，每袋3.0g，2021年10 月26日后取出，平均重量2.19g，一年平均分解速率27％。以2021年8月的草本植物 碳汇为基础，计算d为65.77g。
88.温室气体的排放通量b：在余姚样地上，选取泥炭藓(s)、草本植物(h)、泥炭 藓与草本植物混合(m)的3类样方，每类样方选择3-5个样点，由于草本植物占地 面积较大，增加2个样点，共11个样点(表2)。为了减少对湿地的人为扰动，在2020 年12月22-23日，在样地内架设建议木栈道。在2021年1月4日埋入不锈钢底座(横 截面为：“h型”)至沼泽湿地土壤中，取样时底座上灌水，确保气密性。从2021年1 月至10月每月收集并测定1次气样：使用亚克力板制作成透明箱体(规格： 40cm
×
40cm
×
50cm)，采集样品时，先用黑布包裹住，每隔7分钟收集一次样品，共收 集4次样品，然后在去掉黑布，使用透明箱体每隔7分钟再收集一次，使用气相色谱 法分析测试其中的co2、ch4。
89.表2.余姚样地各样方类型及植物组成
[0090][0091]
表3.余姚上水湖沼泽湿地co2和ch4排放通量
[0092]
[0093][0094]
按照百年尺度上，ch4的全球增温潜势是co2的25倍，将ch4统一转化为co2当量。
[0095]
b＝[(182.425+117.575)
×
12+(-37.445)
×
24]
×
365
×
10-3
＝985.981。
[0096]
表4.沼泽湿地碳汇计算表
[0097][0098]
余姚四明山镇上下湖水库上游湿地面积约2349m2，所以这块湿地每年排放1.27t 的co2。
[0099]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡 是运用本发明说明书内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的保护范围内。