同化箱装置在温带落叶阔叶林CO2交换研究中的应用

同化箱装置在温带落叶阔叶林CO2交换研
究中的应用
城市环境与城市生志8卷瑚199S:~
同化箱装置在温带落叶阔叶林COz交换研究中的应用
高雷明黄银晓.咏高明项斌.
中国祷植物研黼m,
2
■暮本文探讨了森林生态系统中植物一土壤--~气c0t气体交换铡定装置.本装置在草原生态系统植物群落
光台作用测定粒置基础上改进而来,适用于森林地带无交流电谅.交通遥{尊不使的地区,利用使撵式C0红外线
分析议和粉尘采样器蔷代气景I.具有经济,轻樱?实用等特点?
羹t调J!篓落椿銮选.
1前言
研究植物群落CO气体交换,测定植物
光台呼吸作用都是重要环节,如沃尔夫
(1969)[1研究了测定光合的叶室J查特伦
(1973)(2)研究了测定草本植物光合作用的
方法,近年来广泛应用红外线气体分析仪测
定单体和群体植物的光台和呼吸作用.70年
代I+I本武田友四郎(∞研究测定水稻光台作用的大型同化箱.国内利用大型同化箱测定了
草原群落光合,呼吸和土壤呼吸作用,效果较
好c4).但这些仅限于平坦地区的农田和草原生态系统,而在山地森林生态系统却难以应用.美法70~BO年代已应用缸外线吸收法和小封闭室技术(与小型冠化箱相似)[s]澳I定森林群落CO.浓度变化,来推算群落总呼吸量,
但这些方法很难在我国应用.为了研究COt
在温带落叶阔叶林的交换规律,我们设计了
测定森林生态系统草木层和土壤气体交换舶装置,现将实验结果介绍如下.
2实验装置
本同化箱测定装置是用来测定林内草木
植物的,由气路系统,测定系统和同化箱三
部分组成.采用结构简单,密闭性要求较
低,应用最普遍的开放气路.见图1.
开放气路t在测定过程中,新鲜空气不
断从外界进入系统,流经气路中各种装置而
后仓部排出,气体不定系统中循环流动.
国家自然科学基金资助项目船l7吡47课题根据林区交通不便,缺乏动力的实际问
题,本装置均采用小型舞便,易携带,省电.
以直流电为动力的戗器设备.
图t同
2.1气路系统
同化箱的参考气体一大气,由气泵提
供.因测定是在林内进行,参考气体应尽量
避开林内流动气体和人为活葫干扰.解决的办法是选取高于林冠2米以上的大气做参考气体,即用竹杆将进气管口支出林冠外.
气泵为上海产FC一4型粉尘采样器,重
6kg,体积小,易于携带,流量51/min~lO
l/rain,交直流两用,直流电源为l2V蓄电
池(普通12V电瓶或千电池组均可).
通气管道选用内径6cm聚乙稀半透明塑
料管.
2.2测定系统
选用北京产GXH--305型便携式红外线CO:分析仪,该仪器具有操作简单,携带方便,液晶显示,测定数据较准确的特点其
6城市坏境与城市生态年
预热时间15miⅡ,流量0.5i/min～1.51/mh,,浓度小于大气中的20.本装置在实测中,经
交直流电源通用,仪器内配有充电蓄电池.检验基本达到上述要求,其测定数据见表l.
野外操作时尚需标准CO气,浓度500ppm.3测定方法
该系统在操作过程中尚需铡定小气候用按图1安装,值得注意的是,图中的流量
的温湿度表,气压表,控制气体流量的可调计必须小于 1.51/mi11,测定之前GXH一3O5
转子流量计.型红外线CO.分析仪需预热l5分钟,然后用
1.3同化箱500Ppm标准CO2气进行标定.
制作材料t用金属棒作框架,外罩透明参考气体一大气的测定;启动气泵,调
塑料膜,其规格由同化箱的进气量和换气次三通阀林冠外的大气在气泵的柞用下经管
敷决定.在实际应用中,林内阴湿,温度变化遭,干燥剂,流量计(不经过同化箱),最
小,换气次数以1次/mh,为宜[‘].因进入同化后进)~GXH--305型CO 分析仪进行铡定.
箱的参考气体最大流量为25l/miⅡ,故设计大气的浓度不是一成不变的,每次进行测定
韵同化箱体积不能超过0.025m.根挥对所时,均需进行大气CO.浓度
测定.
测地草木调查一高度不超过l5cm韵占9O,同化箱出气日CO.浓度的铡定;启动气
故设计为40×40x15cm.扁方型同化箱.泵,调三通阀,大气在泵的作用下经管道,
同化箱进出气量差分别由气泵和CO分同化箱,干燥荆,流量计,最后进入GXH一
析仪的流量决定,显然进气量大于出气量.据305型COz分析仪进行测定.
有关学者的经验[4),应在同化箱出气管GXH--305型CO分析仪所测数值需人
遭上加一气泵,这样既增加了设备的投入,工记录,需待数值稳定时方可记录,同时还
也增大了工作量.需记录下当时小环境的测定数值(温度,湿
根据气体特点,经研究在同化箱顶都开度,气压等).同化箱应重复设置,以减少
适当大小的孔,即可使多余的气体排出,起测定值的误差,最简单的方法是在两个三通
到平衡同化箱内外压的作用,使之尽量保持阀之间加装同样的同化箱.
自髂的状态,而且还对同化箱内外温,湿度具以上是草本光合速率的测定方法.白天
有一定的平衡作用[6).铡定草本暗呼吸的方法是在同化箱上罩上黑按照同化箱设计指标(4),同化箱内外红双层遮阳布.土壤呼吸率的测定方法是在
温差小于-I-2℃’相对湿度差小于10}同化与光合测定相邻的地块上单独测定,将同化
箱内上下温差小于3℃,同化箱出气口CO箱所罩地块内的地表植物从地表剪除(保留
裹1葡化箱再定数据(1993.10.2阴’
ev,2期城市环境与城市生态
根系),测得的数值可看作实测值的近似值.
4计算公式
群落光合速率,暗呼吸率,土壤呼吸率
均可按下列公式计算[4]t
.:j=L:.
Pn
式中C——参考气体,即大气中CO.浓度
(ppm一);
Cz——同化箱出气口气体中CO浓度
(ppm)I
——
温度校正后每升CO.气体的重
量,计算公式为4400丁0×西警
小,湿度较大.见上表1.
5周化箱璜部排气孔的开设方法
5.1位置
同化箱进排气的方向出下向上,捧气孔
的位置应设在同化箱顼部以利于气体外流,
设置要均匀.
5.2开孔方法
最简单的方法是在同化箱顶部开小孔,
大小刚好满足塑料膜同化箱在工作时呈自熔
状态,但这会降低同化箱的使用寿命.在同化
箱顶部安装可调大小的限留器,通过调节限
留器使塑料膜同化箱在工作时呈自熔状态.
其中t为同化箱内部温度,参考文献
P1——实测大气压(mm.Hg)lw.H,D,D,Meast:rlag曲.’osythoI
P.一标准大气压(76….Hg),;=;一卵——
同化箱所占地面积(m).2ChBlIefl.n,N.J.Leafcha皿beft.me曩sureph 群落光台速率,暗蜉吸率,土壤呼吸率tosyn也esisBⅡdtra~spiratioⅡofletactgrass
的单位均为gCOtmh～./eatsectio~.CropScience,1973,13576~577. 1992年8月～l993年9月在中国科学院0武田友四郎.水稻生illl力大型同化箱聋宦-丑术作物摹
京苎璧要妻塞研耋:煳1976j45(1落)艄酣与阍试
定,每次测定连续数天群落类型以栎树.”五磊,i’
Ouercussp.为主的落叶阔叶林,林内乔,ss.丑查普夏.植物生态学方法.甯含黑等译.科学出靛
灌,草层次明显,乔木层郁密度大于80%,灌社,l97&I6ol
木层覆盖度30%～35%,地表草本层覆盖度6呻国科学院地理研究所.土面增强jI暮及其在表林业上的
60%,林内主要为散射光,温度变化相对较应用-科学出版’32 THEAPPLfCA T10NOFTHEIMPROVEDCO2GASMEASUREMENT DEVICEINTHESTUDYOFFORESTECOSYSTEM GaoLelmingHuangYinxiaoJiangGaomingXiangBin
(InsHtate0,Botany,AcademiaSiniea,Beljin9100044) AbstractThedesignandimprovementofthedeviceformeasuringCO2 exhaustedfromthesol1-plantsystemoftheforestecosystemWerediscussed inthispaper.Thedevicewasdevelopedfromthatpopular1Y usedinthegrass landecosystemstudy,whichissuitablebetterfortheforestareaswhereth erearenoelectronicpowerandthetransportationismostlydifficult.The portablehome—mad’einfraredCO2-gasanalyzerandthedast—collectiond evice
wereusedfortheimprovement. Keywordsreferencegasesarrimilationboxdeciduousbroad—leafforest COmeasure~1ent。