[发明专利]一种实时在线监测水生植物岩溶碳汇效应的方法

摘要

本发明公开了一种实时在线监测水生植物岩溶碳汇效应的新方法，属于水生植物岩溶碳汇效应监测技术领域。本发明共包括6个步骤，本发明针对水生植物光合作用的特点，通过对光合作用密切相关的溶解氧为监测指标，利用植物光合作用方程式，计算水生植物光合作用对岩溶水体中无机碳的固定量，实现对水生植物岩溶碳汇效应的准确、实时在线监测。

主权项

一种实时在线监测水生植物岩溶碳汇效应的新方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：选取岩溶地下河补给的地表河段，将多参数水质分析仪分别放置于地下河出口处及地表河段的下游，分别自动记录水体的温度T、电导率Ec、溶解氧C，记录间隔为5min，昼夜连续监测，并分别记录上述两监测点高程h；步骤2：饱和溶解氧计算：首先，利用溶解氧监测时对应时刻的水温计算该水温下水体的饱和溶解氧浓度C*，如式(1)；其次，利用电导率校正饱和溶解氧浓度，如式(2)；最后，利用大气压校正水体中饱和溶解氧浓度，如式(3)‑(6)：θ＝9.672×10‑3‑4.942×10‑5×T+6.436×10‑8×T2                        式(6)式(1)中，C*为饱和溶解氧浓度，mg/L；T为水温，℃；式(2)中，Ec为电导率，μs/cm；式(3)中，Cp为利用大气压校正后的饱和溶解氧浓度；P为大气压强，KPa；Pwv为水汽分压，KPa；w为水体；v为水蒸气；式(4)中，P为非标准大气压，KPa；h为高程，m；式(6)中，θ为水汽参数；步骤3：通过连续监测水体中溶解氧浓度数值计算获得dC/dt和D，然后利用式(7)，作ER夜间与K(O2)的线性关系，得到河段夜间的呼吸作用ER夜间及复氧系数K(O2)夜间：dC/dt＝ER夜间‑K(O2)夜间×D                                             式(7)式(7)中，C为水体中溶解氧的浓度，mg/L；t为时间，min；ER夜间为水生植物的呼吸作用；K(O2)夜间为夜间的复氧系数，/min；D为氧亏，mg/L，即水体中溶解氧饱和时的浓度与监测值之差；步骤4：利用步骤3得到的夜间水生植物的呼吸作用ER夜间及复氧系数K(O2)与温度之间的关系，计算得出白天水生植物的呼吸作用ER白天、生态系统总呼吸作用ER总、复氧系数K(O2)白天，如式(8)‑(11)：ER总＝ER白天±ER夜间                                               式(9)式(8)中，Ti为第i时间点的水温，℃；T夜间为夜间水温，℃；式(9)中，ER总为水生植物的呼吸作用；式(10)中，K(O2)白天为白天的复氧系数，/min；Tn为第n时间点的水温，℃；式(11)中，为K(O2)白天的平均值，/min；步骤5：根据式(12)及白天水生植物的呼吸作用，利用步骤1监测的溶解氧浓度C，计算水生植物的初级生产力GPP：dC/dt＝GPP‑ER±E                                    式(12)E＝K(O2)白天×D                                       式(13)GPP＝ER白天±E+ΔC                                    式(14)式(12)中，dC/dt表示水体中溶解对时间的变化量；C为水体中溶解氧的浓度，mg/L；t为时间，min；GPP为生态系统中水生植物初级生产力；ER为水生植物的呼吸作用；E为大气复氧；式(13)中，K(O2)白天为复氧系数，/min；式(14)中，ER白天为白天水生植物的呼吸作用；ΔC为监测点上、下游水体的溶解氧差值；步骤6：一天内水生植物对岩溶碳汇的固定量，如式(15)，即得所述实时在线监测水生植物岩溶碳汇效应：NPP＝GPP‑ER总                                       式(15)式(15)中，NPP为水生植物对岩溶碳汇的固定量；GPP为生态系统中水生植物初级生产力；ER总为水生植物总呼吸作用。