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基于DN的不透明静态箱测量对草地N2O通量偏差的修正尝试

撰稿人: 日期:2022-5-5 点击次数:221

中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室的Lei Ma , Wei Zhang , Xunhua Zheng等老师,发现DN方法显著高估了干燥空气样品中CO2浓度变化的条件,因此, 静态不透明箱室组合测得的N2O通量使用DN方法前需要进行校正预算或模型。目前,尚缺乏通过同时测量比较DN与DN-CO2或其他气相色谱法在草原研究中实验来纠正这一偏差。

因此,在本研究中,我们同时测量了来自高寒草甸和湿地生态系统的东部青藏高原采用静态不透明箱室DN和DN-CO2方法结合的N2O通量。本研究的目的是:(1)评估DN方法测量的N2O通量与DN-CO2方法测量的N2O通量的偏差。(2)利用本研究发展的校正方法修正偏置DN方法测量的N2O通量和亚热带农田的校正方法来与郑等老师(2008a)。(3)对研究中国草地N2O的年通量进行了重新估算。我们假设修正方法是从草原或农田发展而来的,能否将偏置的通量纠正到非DN方法草原测量通量的可比水平。

文献信息

Attempt to correct grassland N2O fluxes biased by the DN-based opaque static chamber measurement

Lei Ma, Wei Zhang, Xunhua Zheng, Zhisheng Yao, Han Zhang, Rui Wang, Bo Zhu, Kai Wang, Chunyan Liu, Guangmin Cao, Yanfen Wang, Yiping Zhang, Wenjun Zhou, Shijie Han, Junhui Zhang, Yinghong Wang

文献摘要:

DN法是一种以氮气为载气的气相色谱法,结合不透明静态箱,被广泛用于测定草地氧化亚氮(N2O)通量。然而,与其他气相色谱方法相比,该方法对N2O通量有正偏差。目前,还没有通过用DN和其他GC方法同时测量N2O通量来进行研究,以校正在草原上用基于DN的不透明静态箱测量的有偏差的通量。为此,DN和DN-CO2方法(氮气也用作载气,二氧化碳用作补充气体),两者都与不透明静态箱结合,通过配对测量在高山牧场进行比较,包括作为放牧牧场的草甸(MGP)、未放牧的草甸(UGM)、草甸中的鼢鼠丘(ZMM)、草甸中的粪块(DPM)和作为牧场的泥炭湿地(PWP)。在MGP、UGM和ZMM,DN方法导致的N2O排放通量分别高11.1、12.1和7.5倍(p < 0.05),而在DPM或PWP,两种方法之间没有显著差异。DN-CO2测量值>15μg Nm-2 h-1的所有成对通量显示出两种方法测量的N2O通量之间的正相关性(p <0.0001),而其他测量值显示出两种方法之间的通量差异与DN测量的通量之间的负线性相关性(p<0.0001)。我们进一步开发了DN测量通量的校正方法,并使用本研究的数据或之前其他研究在不同陆地生态系统中观察到的数据验证了这些校正。如果使用本研究中建立的方法校正DN测量的通量,中国草原N2O的估计年排放量将从288.1减少到98.7–142.3 Gg N yr-1(1Gg = 109g)。我们的结论是,DN方法应该被其他GC方法或非GC技术取代,以测量陆地生态系统的N2O通量。此外,我们的研究提供了一种有效的方法来校正全球草原DN测量的N2O通量。

实验方案:

实验设计和N2O通量测量:在研究地点共设置了五个田间处理点。处理包括用作放牧牧场的一片草地(MGP)、邻近的未放牧草地(UGM)、放牧草地上的鼢鼠丘(ZMM)、放牧草地上的粪块(DPM)和用作放牧牧场的泥炭湿地(PWP),细节详见表1。

表 1 本研究中使用的高山生态系统的特征

             

从2015年8月到11月初,使用DN和DN-CO2结合不透明静态箱,每周两次同时测量MGP、UGM、ZMM、DPM和PWP站点的N2O通量。在每个采样日,在每个试验箱安装到框架底座上之后,立即在当地时间上午9:00至11:00之间从密封室提取气体样品。

测量N2O通量使用的痕量温室气体分析仪可采用Aerodyne可调谐二极管激光痕量气体分析仪,可同时测量N2O、CO2、CO、H2O四种痕量气体。

精度可达上表所述,同时具备< 0.1 s的最小上升/下降时间(1/e)(反应时间快),可长期处于采集、处理、记录浓度数据过程处于10Hz的时间频率水平,完全满足通量观测的技术要求。

实验中使用的不透明静态箱对箱体密闭的生态空间的自然条件有较大干扰,生态植物白天无法照射阳光,影响N2O的通量数据。澳作公司拥有自主知识产权、自主研发、国内生产的iChamber 群落自动箱,可以替代此不透明静态箱。独一无二的无框架、无立柱设计,高度随植物生长可调、面积可达1平米、高度2米。即可用于呼吸测量,也可用作群落光合室。iChamber自动箱可以是透明的,也可以是黑色的,可以直接测量净群落生态系统碳交换量(NEE)、群落生态系统的呼吸量(ER)。

土壤自动箱大多以国外厂家的产品为标杆,但大尺寸的自动箱边框、支架对测点的降雨、风速等小气候有影响。小尺寸的自动箱测量面积小,高度低,只能用于裸地、草地。

结论: 

通过两种常用的GC方法(DN和DN-CO2方法)结合不透明静态箱同时测量了高山牧场(草甸草原和退化湿地)的成对N2O通量,以开发一种在草原生态系统中通过基于DN的不透明静态箱测量来校正正偏差N2O通量的方法。我们的案例研究表明,当DN-CO2测量值≤15.0μg N m2 h1时,N2O通量正偏,否则两种方法之间没有明显差异。我们将野外测量的结果与先前研究提供的数据进行了综合,从而开发了一种通过基于DN的不透明静态箱测量来校正有偏差的N2O通量的适用方法。所建立的方法可以将通过DN方法测量的陆地生态系统N2O通量的季节平均值校正到非DN测量的水平。我们的研究表明,DN方法应该被其他GC方法(例如DN-CO2或Ar-CH4)或非GC技术(例如基于激光的室或涡动相关方法)所取代,以可靠地测量草原、湿地或其他陆地生态系统的N2O通量。我们还强调,由DN方法测量的N2O通量应该在用于预算或验证模拟的N2O通量之前进行校正。


END


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