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陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程室內(nèi)研究方法與技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030737007
- 條形碼：9787030737007 ; 978-7-03-073700-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程室內(nèi)研究方法與技術(shù) 本書特色
陸地生態(tài)系統(tǒng)叢書其中一本，主要講述碳循環(huán)關(guān)鍵過程的室內(nèi)研究方法與綜合評價。
陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程室內(nèi)研究方法與技術(shù) 內(nèi)容簡介
本書主要研究碳循環(huán)關(guān)鍵過程的室內(nèi)研究方法與綜合評價。由于野外環(huán)境條件復(fù)雜、環(huán)境異質(zhì)性高，干擾因素難以控制，許多碳循環(huán)關(guān)鍵過程的研究仍難以在野外實施。室內(nèi)微宇宙實驗可對環(huán)境條件進行較為準確的控制，并且構(gòu)建成本較低，因此成為碳循環(huán)機制研究的重要手段。然而，微宇宙實驗系統(tǒng)的構(gòu)建、取樣和分析手段存在較大差異，實驗結(jié)果的可比性難以評估。本書針對研究碳循環(huán)關(guān)鍵過程的常用微宇宙系統(tǒng)進行評估，并提出規(guī)范化的研究方案。
陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程室內(nèi)研究方法與技術(shù) 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與土壤碳固定 1
1.2 土壤有機碳穩(wěn)定的維持機制 2
1.3 土壤有機碳與生態(tài)系統(tǒng)功能 4
參考文獻 5
第2章 植物碳輸入過程研究系統(tǒng)及分析方法 6
2.1 植物碳輸入過程室內(nèi)模擬方法 6
2.1.1 13C脈沖標記 6
2.1.2 C3/C4植物-土壤系統(tǒng) 6
2.1.3 實證研究：初始土壤有機碳含量影響草地生態(tài)系統(tǒng)碳的存儲及周轉(zhuǎn) 8
2.2 植物碳輸入過程生物化學分析方法 10
2.2.1 凋落物生物量的測量方法 10
2.2.2 凋落物化學組分分析 11
2.3 有機碳降解過程生物化學分析方法 19
2.3.1 凋落物降解動力學 19
2.3.2 土壤呼吸的測定方法 21
2.3.3 區(qū)分自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸的方法 23
2.3.4 土壤呼吸溫度敏感性 24
2.3.5 實證研究：土壤呼吸及異養(yǎng)呼吸野外測定 25
參考文獻 26
第3章 有機碳組分及分解過程研究方法 29
3.1 土壤有機碳及其組分的測定 29
3.1.1 土壤有機碳含量的測定 29
3.1.2 土壤有機碳庫的測定 30
3.1.3 土壤團聚體的分級 31
3.1.4 土壤有機碳分組 32
3.1.5 土壤鈣和鐵鋁結(jié)合有機碳的測定 33
3.1.6 實證研究：土壤有機碳的測定 34
3.2 土壤有機碳組分的分離與分析 37
3.2.1 土壤物理分組組分分析 37
3.2.2 土壤分子組分（常見生物標志物）的提取和分析 42
3.3 土壤酶活性測定 55
3.3.1 土壤酶的來源 55
3.3.2 土壤酶的分類 56
3.3.3 土壤碳循環(huán)相關(guān)酶活性的測定 57
3.3.4 實證研究：分光光度法和熒光分析法 59
參考文獻 61
第4章 微生物固持與轉(zhuǎn)化研究系統(tǒng)及技術(shù) 67
4.1土壤微生物生物量測定 67
4.1.1 直接觀察法——顯微計數(shù)法 67
4.1.2 生理學法 67
4.1.3 生物化學法 69
4.1.4 實證研究：比色法和氯仿熏蒸浸提法 70
4.2 菌根真菌對土壤碳循環(huán)的影響 72
4.2.1 菌根的概念及分類 72
4.2.2 菌根真菌在土壤碳循環(huán)中的功能 72
4.2.3 菌根真菌研究方法 74
4.2.4 網(wǎng)袋或根管模擬測定菌根系統(tǒng)對土壤有機碳分解的影響 79
參考文獻 80
第5章 土壤微生物群落分析方法 85
5.1 土壤微生物群落 85
5.1.1 核酸的提取 85
5.1.2 微生物群落的測定方法 88
5.1.3 實證研究：變性梯度凝膠電泳技術(shù)和高通量測序方法 95
5.2 土壤微生物中的磷脂脂肪酸 98
5.2.1 磷脂脂肪酸的概念 98
5.2.2 PLFA的命名、分類以及在土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 98
5.2.3 PLFA的提取方法 99
5.2.4 PLFA的優(yōu)缺點 100
5.2.5 實證研究：PLFA測定方法 101
參考文獻 103
第6章 土壤碳的淋溶遷移研究系統(tǒng) 106
6.1 引言 106
6.2 野外監(jiān)測技術(shù) 106
6.2.1 吸杯法 106
6.2.2 滲漏計法 107
6.2.3 根際土壤溶液采樣器法 108
6.3 室內(nèi)模擬技術(shù) 109
6.3.1 室內(nèi)人工土柱的設(shè)計和建立 109
6.3.2 樣品采集和分析 110
6.4 實證研究 111
6.4.1 實證研究一：吸杯法研究不同土地利用方式下土壤溶解性碳的淋溶 111
6.4.2 實證研究二：室內(nèi)人工土柱法研究極端降雨對草地土壤碳淋溶流失的影響 112
參考文獻 113
第7章 利用光譜研究碳循環(huán)的新方法 115
7.1 衰減全反射紅外光譜 115
7.2 利用紅外光譜測定草酸濃度的方法 115
7.2.1 純草酸固體的 ATR紅外光譜測定 116
7.2.2 標準草酸溶液的 ATR紅外光譜測定 116
7.2.3 蒙脫石吸附的不同濃度純草酸溶液復(fù)合物的 ATR紅外光譜測定 116
7.2.4 實驗結(jié)果分析 117
7.2.5 實證研究 119
7.3 光譜學方法的拓展 121
參考文獻 122
第8章 植物根系在碳循環(huán)過程中相關(guān)指標的研究方法 124
8.1 引言 124
8.2 根的研究方法 124
8.2.1 土芯法 124
8.2.2 微根窗法 126
8.2.3 同位素法 127
8.2.4 探地雷達法 128
8.3 根系分泌物 129
8.3.1 根系分泌物的收集方法 129
8.3.2 根系分泌物的分離、純化方法 131
8.3.3 已知組分的根系分泌物檢測方法 132
8.3.4 未知組分的根系分泌物分析 134
8.3.5 實證研究：根系分泌物的提取測定 135
8.4 植物根系對土壤有機質(zhì)分解的激發(fā)效應(yīng) 136
參考文獻 138
第1章 緒論 1
1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與土壤碳固定 1
1.2 土壤有機碳穩(wěn)定的維持機制 2
1.3 土壤有機碳與生態(tài)系統(tǒng)功能 4
參考文獻 5
第2章 植物碳輸入過程研究系統(tǒng)及分析方法 6
2.1 植物碳輸入過程室內(nèi)模擬方法 6
2.1.1 13C脈沖標記 6
2.1.2 C3/C4植物-土壤系統(tǒng) 6
2.1.3 實證研究：初始土壤有機碳含量影響草地生態(tài)系統(tǒng)碳的存儲及周轉(zhuǎn) 8
2.2 植物碳輸入過程生物化學分析方法 10
2.2.1 凋落物生物量的測量方法 10
2.2.2 凋落物化學組分分析 11
2.3 有機碳降解過程生物化學分析方法 19
2.3.1 凋落物降解動力學 19
2.3.2 土壤呼吸的測定方法 21
2.3.3 區(qū)分自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸的方法 23
2.3.4 土壤呼吸溫度敏感性 24
2.3.5 實證研究：土壤呼吸及異養(yǎng)呼吸野外測定 25
參考文獻 26
第3章 有機碳組分及分解過程研究方法 29
3.1 土壤有機碳及其組分的測定 29
3.1.1 土壤有機碳含量的測定 29
3.1.2 土壤有機碳庫的測定 30
3.1.3 土壤團聚體的分級 31
3.1.4 土壤有機碳分組 32
3.1.5 土壤鈣和鐵鋁結(jié)合有機碳的測定 33
3.1.6 實證研究：土壤有機碳的測定 34
3.2 土壤有機碳組分的分離與分析 37
3.2.1 土壤物理分組組分分析 37
3.2.2 土壤分子組分（常見生物標志物）的提取和分析 42
3.3 土壤酶活性測定 55
3.3.1 土壤酶的來源 55
3.3.2 土壤酶的分類 56
3.3.3 土壤碳循環(huán)相關(guān)酶活性的測定 57
3.3.4 實證研究：分光光度法和熒光分析法 59
參考文獻 61
第4章 微生物固持與轉(zhuǎn)化研究系統(tǒng)及技術(shù) 67
4.1土壤微生物生物量測定 67
4.1.1 直接觀察法——顯微計數(shù)法 67
4.1.2 生理學法 67
4.1.3 生物化學法 69
4.1.4 實證研究：比色法和氯仿熏蒸浸提法 70
4.2 菌根真菌對土壤碳循環(huán)的影響 72
4.2.1 菌根的概念及分類 72
4.2.2 菌根真菌在土壤碳循環(huán)中的功能 72
4.2.3 菌根真菌研究方法 74
4.2.4 網(wǎng)袋或根管模擬測定菌根系統(tǒng)對土壤有機碳分解的影響 79
參考文獻 80
第5章 土壤微生物群落分析方法 85
5.1 土壤微生物群落 85
5.1.1 核酸的提取 85
5.1.2 微生物群落的測定方法 88
5.1.3 實證研究：變性梯度凝膠電泳技術(shù)和高通量測序方法 95
5.2 土壤微生物中的磷脂脂肪酸 98
5.2.1 磷脂脂肪酸的概念 98
5.2.2 PLFA的命名、分類以及在土壤微生物群落結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 98
5.2.3 PLFA的提取方法 99
5.2.4 PLFA的優(yōu)缺點 100
5.2.5 實證研究：PLFA測定方法 101
參考文獻 103
第6章 土壤碳的淋溶遷移研究系統(tǒng) 106
6.1 引言 106
6.2 野外監(jiān)測技術(shù) 106
6.2.1 吸杯法 106
6.2.2 滲漏計法 107
6.2.3 根際土壤溶液采樣器法 108
6.3 室內(nèi)模擬技術(shù) 109
6.3.1 室內(nèi)人工土柱的設(shè)計和建立 109
6.3.2 樣品采集和分析 110
6.4 實證研究 111
6.4.1 實證研究一：吸杯法研究不同土地利用方式下土壤溶解性碳的淋溶 111
6.4.2 實證研究二：室內(nèi)人工土柱法研究極端降雨對草地土壤碳淋溶流失的影響 112
參考文獻 113
第7章 利用光譜研究碳循環(huán)的新方法 115
7.1 衰減全反射紅外光譜 115
7.2 利用紅外光譜測定草酸濃度的方法 115
7.2.1 純草酸固體的 ATR紅外光譜測定 116
7.2.2 標準草酸溶液的 ATR紅外光譜測定 116
7.2.3 蒙脫石吸附的不同濃度純草酸溶液復(fù)合物的 ATR紅外光譜測定 116
7.2.4 實驗結(jié)果分析 117
7.2.5 實證研究 119
7.3 光譜學方法的拓展 121
參考文獻 122
第8章 植物根系在碳循環(huán)過程中相關(guān)指標的研究方法 124
8.1 引言 124
8.2 根的研究方法 124
8.2.1 土芯法 124
8.2.2 微根窗法 126
8.2.3 同位素法 127
8.2.4 探地雷達法 128
8.3 根系分泌物 129
8.3.1 根系分泌物的收集方法 129
8.3.2 根系分泌物的分離、純化方法 131
8.3.3 已知組分的根系分泌物檢測方法 132
8.3.4 未知組分的根系分泌物分析 134
8.3.5 實證研究：根系分泌物的提取測定 135
8.4 植物根系對土壤有機質(zhì)分解的激發(fā)效應(yīng) 136
參考文獻 138
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陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程室內(nèi)研究方法與技術(shù) 節(jié)選
第1章 緒論 當前世界正面臨多重挑戰(zhàn)，包括糧食安全、環(huán)境資源的可持續(xù)性以及氣候變化。土壤有機碳（ soil organic carbon，SOC）作為一種重要的自然資源，不僅有助于糧食生產(chǎn)，還可以緩解氣候變化以及改善土壤健康和生態(tài)系統(tǒng)功能。然而，土壤有機碳在陸地生態(tài)系統(tǒng)中是動態(tài)變化的，人類活動的影響可以使土壤有機碳轉(zhuǎn)化為向大氣排放溫室氣體的凈源。因此，保持土壤碳庫的穩(wěn)定并且研究增加土壤有機碳庫的技術(shù)方案對減緩大氣二氧化碳濃度的升高和維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。盡管在理解和解釋土壤有機碳動態(tài)方面已經(jīng)取得了重大的進展，但是在區(qū)域和全球尺度上保護和監(jiān)測土壤有機碳的儲量仍然面臨著復(fù)雜的挑戰(zhàn)。因此，本書系統(tǒng)總結(jié)了陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程研究的基本原理和方法，為固碳減排、農(nóng)田生產(chǎn)力的提升及土壤環(huán)境服務(wù)改善提供方法上的參考。 1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與土壤碳固定 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)是指碳元素在大氣碳庫、生物碳庫和陸地碳庫之間的流動。大氣中二氧化碳濃度水平是光合作用固碳和生物呼吸失碳之間平衡的結(jié)果。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，每年約 1230億 t的碳被初級生產(chǎn)者固定，大約 1200億 t固定的碳通過自養(yǎng)呼吸和異樣呼吸又被釋放到大氣中。因此，工業(yè)革命之前，大氣中二氧化碳的濃度保持在恒定的狀態(tài)。然而，化石燃料的開采使用和土地利用方式的轉(zhuǎn)變已經(jīng)顯著增加了二氧化碳的釋放總量，顯著改變了全球的碳循環(huán)。其中，化石燃料的燃燒和土地利用變化每年分別向大氣中排放 70億～80億 t和 10億～20億 t的碳。因此，每年排放到大氣中的碳量要高于土壤和植被的固碳量，導致全球碳循環(huán)處于不平衡狀態(tài)（圖 1.1）。全球碳收支的失衡直接導致了大氣中二氧化碳濃度的持續(xù)上升，這是全球變暖的主要驅(qū)動力，并進一步導致氣候變化反饋響應(yīng)難以預(yù)測。目前，大氣中的二氧化碳濃度已經(jīng)超過 400ppm①（Monastersky，2013；IPCC，2014），遠遠高于工業(yè)革命前的 280ppm水平。因此，深入了解全球碳循環(huán)及其與氣候變化的相互作用，對我們?nèi)祟惖奈磥碇陵P(guān)重要。 土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)昀大的碳庫，陸地表層 1m深的土壤中大約含有 15 500億 t的有機碳，超過陸地植被碳庫（5600億 t）和大氣碳庫（ 7800億 t）的總和。因此，即使很小一部分的土壤有機碳被分解成二氧化碳釋放到大氣中，也會引起大氣中二氧化碳濃度的顯著增加，進一步加速全球變暖。到 21世紀末，全球平均溫度預(yù)計會增加 2～7℃，由于大氣中溫室氣體的增加，全球的降雨量和分布也將會發(fā)生改變（Wu et al.，2011）。植物光合作用每年固定的碳如果可以在土壤中穩(wěn)定保存，可以抵消一部分人類活動釋放的二氧化碳（ King，2011）。陸地生態(tài)系統(tǒng)的固碳過程包括大氣中的二氧化碳向植物生陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程室內(nèi)研究方法與技術(shù)物量和土壤的轉(zhuǎn)移以及有機碳在土壤中的穩(wěn)定。當前，關(guān)于土壤有機碳的固定機制以及預(yù)測不同管理措施及環(huán)境因素變化對土壤碳庫影響的研究，已經(jīng)成為土壤有機碳研究領(lǐng)域的前沿方向。 圖1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)示意圖 1.2 土壤有機碳穩(wěn)定的維持機制 土壤有機碳的穩(wěn)定性是指有機碳在土壤中抵抗干擾及微生物分解的能力。由于土壤有機碳的穩(wěn)定性取決于眾多因素的相互作用并且隨著不同時空尺度而變化，其全面的穩(wěn)定機制至今還不能完全明晰。傳統(tǒng)觀點認為土壤有機碳的固存時間取決于植物凋落物的化學組成和有機碳分子結(jié)構(gòu)的抗降解性。通常，植物殘體中的碳水化合物和蛋白質(zhì)類容易被微生物利用的物質(zhì)被認為在土壤中昀先分解，而木質(zhì)素等一些難分解組分則在土壤中富集并縮合成難分解的大分子腐殖質(zhì)而長期存在于土壤中。但隨著研究手段的不斷進步，一些同位素標記和微生物分解實驗表明，所謂頑固的腐殖質(zhì)可以迅速地被微生物分解（Gramss et al.，1999；Tatzber et al.，2009）。一些被認為易分解的化合物（如糖類物質(zhì)）甚至可以在土壤中持續(xù)存在幾十年，而被認為難分解的木質(zhì)素在土壤中的保留時間短于全土有機碳的保留時間（圖 1.2）。此外，腐殖質(zhì)需要通過強堿提取法從土壤中分離出來，這種提取方法容易破壞有機碳原來的結(jié)構(gòu)（Schnitzer and Monreal，2011）。昀近的研究也表明土壤大分子有機物質(zhì)其實是由小分子有機物自我組裝聚合而成（Piccolo，2001；Sutton and Sposito，2005），且直接的原位觀察發(fā)現(xiàn)這些大分子組分僅占土壤有機碳很小的一部分（Lehmann et al.，2008；Kleber and Johnson，2010）。因此，這些新的研究證據(jù)表明土壤中腐殖質(zhì)與土壤有機碳的穩(wěn)定性并不存在顯著的聯(lián)系。 圖1.2 土壤中不同有機化合物的平均保留時間（修改自 Schmidt et al.，2011） PLFA代表磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid）；？代表平均保留時間不確定 物理和光譜學的發(fā)展推動了土壤有機碳穩(wěn)定性的研究。有機碳穩(wěn)定的新觀點被提出來：土壤有機碳的穩(wěn)定性不是由有機碳自身內(nèi)在的物理化學性質(zhì)決定，而是由有機碳周圍的物理化學和生物學性質(zhì)決定（ Schmidt et al.，2011）。因此，土壤有機碳的分子結(jié)構(gòu)不是保證有機碳在土壤中穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。為了提高關(guān)于土壤對氣候變化、植被類型轉(zhuǎn)變或管理措施改變響應(yīng)的預(yù)測準確度，需要提出與實驗觀測結(jié)果相一致的土壤有機碳新概念模型。 土壤有機碳由一系列處于不同分解階段的有機碎片和微生物產(chǎn)物組成，化學、物理和生物因素共同控制其周轉(zhuǎn)速率（Trumbore，1997）。Lehmann和 Kleber（2015）根據(jù)現(xiàn)有的證據(jù)提出了土壤有機碳連續(xù)分解模型（圖 1.3）。在這個模型中，有機碳以連續(xù)的有機碎片存在于土壤中，微生物持續(xù)地分解這些有機碎片，將其分解成更小的有機分子。大分子有機碳分解形成的小分子有機碳具有高極性和易電離的特性，從而增加了這些小分子有機碳在水中的溶解度。同時，這些小分子有機碳容易被礦物表面吸附或團聚體包裹，防止其進一步被微生物分解。昀新的研究表明，微生物源有機碳是礦物結(jié)合有機碳的重要來源（ Miltner et al.，2012；Schurig et al.，2013）。吸附的有機碳也有可能從礦物表面脫附、與游離的有機化合物進行交換反應(yīng)或被生物或非生物降解。此模型還解釋了陸地生態(tài)系統(tǒng)碳過程室內(nèi)研究方法與技術(shù) 有機碳的周轉(zhuǎn)速率受到微生物、土壤礦物的性質(zhì)及土壤中其他資源（如氧氣）的共同控制。因此，土壤有機碳連續(xù)分解模型更好地解釋了有機碳在土壤中的動態(tài)過程，進一步表明土壤中不存在腐殖化過程或腐殖質(zhì)，且生物或非生物合成的化學結(jié)構(gòu)復(fù)雜性并不是有機碳在土壤中穩(wěn)定存在的決定因素。總之，土壤有機碳的穩(wěn)定性是由有機碳分子在土壤中的空間排列狀態(tài)和土壤周圍的環(huán)境因子（如溫度、水分和礦物）控制的。 圖1.3 土壤有機碳連續(xù)分解模型（修改自 Lehmann and Kleber，2015） 1.3 土壤有機碳與生態(tài)系統(tǒng)功能 土壤有機碳通過對土壤結(jié)構(gòu)和一些土壤過程的控制，參與植物生產(chǎn)、生物多樣性維護及水分蓄持、固碳減排等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。因此，無論是減緩氣候變化，還是提高土壤質(zhì)量和功能，都與土壤有機碳的數(shù)量變化息息相關(guān)。土壤碳庫保持和穩(wěn)定與土壤的生態(tài)系統(tǒng)功能及生態(tài)服務(wù)的關(guān)系已成為土壤有機碳研究的新熱點。 首先，土壤有機質(zhì)（碳）是作物所需的氮、磷等養(yǎng)分的主要來源。特別是土壤中的氮素，其 95%以上是以有機狀態(tài)存在于土壤中。這些養(yǎng)分可直接通過微生物的降解和轉(zhuǎn)化釋放出來，供作物和微生物生長發(fā)育之需。其次，土壤有機碳是形成土壤水穩(wěn)性團粒結(jié)構(gòu)不可缺少的膠結(jié)物質(zhì)，有利于促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤物理性質(zhì)，從而改變土壤孔隙狀況和水氣比例，使土壤的透水性、蓄水性、通氣性以及根系的生長環(huán)境都得到有效改善。土壤有機膠體帶有大量負電荷，具有強大的吸附能力，能吸附大量的陽離子和水分，所以土壤有機碳還能提高土壤保肥蓄水的能力和對酸堿的緩沖性。 土壤有機碳是土壤微生物生命活動所需養(yǎng)分和能量的主要來源，沒有它就不會有土壤中大部分的生物化學過程。土壤微生物生物量隨著有機碳含量的增加而增加。由于土壤有機碳的礦化速率較新鮮植物殘體低，因此其可以持久穩(wěn)定地向微生物提供能源。所以土壤有機碳含量高的土壤，肥力平穩(wěn)而持久，不易產(chǎn)生作物脫肥現(xiàn)象。土壤有機碳還是許多土壤動物的食物來源。例如，一些蚯蚓專門以土壤中已分解的有機物質(zhì)為食物，而其通過掘洞、排泄糞便等行為直接改變土壤微生物和植物的生存環(huán)境并影響土壤中的一些生物化學過程。 在全球變暖日益嚴重的今天，土壤有機碳庫對減緩氣候變化起到至關(guān)重要的作用。土壤有機碳通過分解作用產(chǎn)生二氧化碳是土壤碳與大氣二氧化碳交換的主要形式，是每年石油等化石燃料燃燒釋放的 7～10倍。土壤不僅可以通過土壤呼吸充當大氣二氧化碳的“源”，也可以通過有機碳的凈積累成為二氧化碳的“匯”，“源”或“匯”狀態(tài)取決于土壤碳輸入與輸出之間的比例。因此，優(yōu)化土壤碳穩(wěn)定的土壤有機碳管理和土壤固碳技術(shù)成為生態(tài)學領(lǐng)域的關(guān)鍵任務(wù)。土壤固碳不僅應(yīng)該服務(wù)于氣候變化的應(yīng)對，還應(yīng)該服務(wù)于土壤功能的保持和提升。 第2章 植物碳輸入過程研究系統(tǒng)及分析方法 2.1 植物碳輸入過程室內(nèi)模擬方法 2.1.1 13C脈沖標記 植物光合碳是“植物 -土壤”系統(tǒng)碳循環(huán)的主要驅(qū)動力。應(yīng)用同位素技術(shù)，定量研究植物光合碳在植物各組織、土壤中的分配、周轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)化對于理解全球碳循環(huán)具有重要的作用。相比于 14C放射性同位素標記及 13C穩(wěn)定同位素持續(xù)標記方法， 13C脈沖標記無輻射安全問題，無需考慮長期維護復(fù)雜的、恒定的標記環(huán)境（如 13CO2濃度），成本相對低（Bromand et al.，2001；Griffiths et al.，2004；Reinsch and Ambus，2013）。13C脈沖標記方法如下。 將需標記的植物提前移入標記室以適應(yīng)其環(huán)境，在標記前達到穩(wěn)定狀態(tài)。標記室溫度控制在白天 26～28℃，夜間 22～23℃；光照時間控制在 14h，光照強度控制在 400μmol/(m2 s)；土壤濕度保持在田間持水量的 60%左右（Kuzyakov et al.，1999）。在標記開始之前，將風扇、 CO2紅外分析儀放入標記室，利用氫氧化鈉吸收裝置將標記室原有的 12CO2去除，以提高 13CO2的吸收同化率（ Griffiths et al.，2004）。用 CO2紅外分析儀監(jiān)測標記室內(nèi) CO2濃度，當其降到 80ppmv時，往標記室內(nèi)注入 13CO2。 目前主要有兩種注入 13CO2的方法。一種為直接注入混有 13CO2的空氣，如圖 2.1所示。將壓縮的標準大氣用傅里葉變換紅外光譜氣體凈化器去除 CO2后，與 13CO2（99% 13C）混合均勻，通過流速調(diào)節(jié)器控制混合氣體的 CO2濃度，使其接近大氣中的濃度（350ppmv），再將其注入標記室。另一種方法為提前在標記室內(nèi)放入 Na213CO3或 NaH13CO3（99% 13C），開始標記時往其中加入酸使其釋放 13CO2。相對來說，直接往標記室內(nèi)注入 13CO2能更好地控制 CO2濃度，保證標記室內(nèi) CO2濃度接近大氣，從而減少 CO2濃度差異對植物光合作用、光合同化碳的分配等過程的影響（ Hungate et al.，1997； Ostle et al.，2000）。標記時應(yīng)將風扇開啟以保證注入的 13CO2均勻分布于標記室內(nèi)，13C脈沖標記時間通常為 3～8h。標記結(jié)束后利用 NaOH吸收裝置將標記室內(nèi)未被同化吸收的 13CO2去除，同時引入外界空氣。 目前，13C脈沖標記技術(shù)被普遍用于生態(tài)學研究。例如， Pausch和 Kuzyakov（2018）對采用脈沖標記技術(shù)的研究進行整合分析發(fā)現(xiàn)，在草地生態(tài)系統(tǒng)
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