[发明专利]一种生态系统区域内碳通量排放规律的监测方法

说明书

本发明公开了一种生态系统区域内碳通量排放规律的监测方法，获取生态系统区域内不同高度的二氧化碳浓度的初始值；通过BLS算法获得不同高度的二氧化碳浓度的修正值；通过ART算法得到不同高度的二氧化碳浓度场的精确值；根据不同高度的二氧化碳浓度场的精确值，通过Fick算法计算出生态系统区域内碳通量；获取生态系统区域内的环境因子参数，将所述环境因子与碳通量数据进行整合，构建ELM模型，得到生态系统区域内碳通量排放规律。本发明的生态系统区域内碳通量排放规律的监测方法，具有时空分辨率高、测量速度快，稳定性强、可以对稻田碳通量进行连续、实时在线监测分析等技术优点。

技术领域

本发明属于碳循环研究领域，具体涉及一种生态系统区域内碳通量排放规律的监测方法。

背景技术

碳通量(Carbon flux)是碳循环研究中一个最基本的概念，表述生态系统通过某一生态断面的碳元素的总量。碳通量估算是全球变化背景下研究碳循环和碳收支的关键技术环节。

传统碳通量测量主要存在以下四种方法：静态气箱法、模型法、微气象法和动态气箱法。随着碳通量研究的进一步发展和深化，众多学者基于传统碳通量测量方法提出了很多改进方案，并在此基础之上研究稻作环节(插秧、施肥、灌排水、收成)和不同环境因子(温度、湿度、光照、降水量等)对稻田碳通量的影响。

目前稻田碳通量测量手段和估算方法主要存在以下3个问题。

1、仅研究孤立的环境因子对稻田碳通量的影响，稻田碳通量排放规律不确定性大。例如，陆龙骅等对常熟地区水稻插秧、拔节、抽穗等不同生长期近地层二氧化碳和感热、潜热、动量等湍流通量特征及变化规律进行了初步研究；李琪等对安徽省寿县冬小麦/水稻生态系统进行了碳通量的监测，并在数据校正、剔除和插补的基础上，研究生长季农田净生态系统碳交换(NEE)的变化特征。

2、估算区域碳通量的采样策略主要是运用简单随机采样、均匀采样、分区采样及混合采样等方法，未考虑稻田土壤空间异质性，利用个别随机点碳通量代表整个区域的碳通量。例如，刘源月等在研究亚热带典型森林生态系统土壤碳通量过程中，采用简单随机采样的方法，仅将测量所得数据的均值作为区域的土壤碳通量。这些方法均假设采样区域的土壤特征状态空间变异是随机的，忽略了不同尺度上土壤特征的空间相关性，往往难以避免采样区域局部样点冗余和局部样点密度无法满足精度要求的情况。然而由于稻田土壤呼吸是个复杂的生物化学过程，且具有明显的空间异质性，较少的采样点难以代表整个区域的稻田碳通量，对区域稻田通量的估算有很大误差。较大的采样点数量能够提高估计精度，但是一般情况下受人力、物力和时间的限制在稻田土壤呼吸的测量过程中选取的测量点是很有限的。

设备和测量手段的局限性导致基础数据稀少，数据不确定性大。王冠依等设定采样周期为30分钟，采样速率低，无法保证在天气变化时及时采样。刘笑吟等利用测量平均值作为基础数据，数据不确定性大。陈强等人利用美国北卡罗来纳州布莱克伍德区杜克森林和美国肯德尔草原的碳通量观测塔，由于设备故障原因，丢失了大量数据，仅保留约10000条完整的有效数据。

3、缺乏长时间、高时空分辨率、高精度的监测数据。目前国际上对碳通量测量基本上都采用欧美的LI-8100系列的检测仪，其实际测量精度一般在50个ppm以上,且该类仪器监测理论是根据测量气室内CO₂浓度增加率进行计算土壤碳排放量，在监测期间内气室中的CO₂浓度会逐渐提高，从而抑制生态系统CO₂的排放，使得测量结果有偏差；除此之外该类仪器在下雨天不能监测，因为下雨天环境恶劣，会影响监测仪的密封性，导致仪器无法正常工作。而且，该仪器价格高昂，无法大量布置。

面对目前稻田碳通量测量中存在的诸多问题，本发明旨在提出一种基于高时空分辨率CO₂浓度场的生态系统区域内碳通量排放规律的监测方法，从而合理评估和预测稻田碳通量。

发明内容