生态系统碳贮量研究方法与观测系统
引言
生态系统的碳贮量是碳循环研究的基础内容之一，碳贮量的观测和估算成为评估生态系统碳源碳汇功能和全球气候变化研究的基础数据。生态系统中植被和土壤是最大的碳库，植被和土壤碳贮量的观测是提高生态系统碳贮量估测准确度的关键。
2 观测系统的设计
2.1 目的
生态系统植被和土壤碳贮量的观测涉及的观测内容多，观测技术和方法多样，观测时间和空间尺度变化大，需要观测系统不仅能方便地汇集、快速分析、处理观测数据，还能依据用户选用的模型，计算不同尺度的生态系统碳贮量。
植被和土壤样品的碳含量测量是碳贮量观测的重要环节，也是比较耗时的工作。传统的方法采用化学法，需要样品前处理、配制化学试剂，在测量过程中还会产生有毒的废液，污染环境。
AZ-C701生态系统碳贮量观测系统是根据中国综合地球观测系统的要求，由澳作公司结合国际先进的碳素测量技术和数据库平台，集成的植被和土壤碳贮量观测系统。采用激光光谱技术测量植被和土壤样品的碳含量，无需样品前处理，不用化学试剂，测量速度快，还可测量N， P， K， Ca， Mg， S等常量元素和Fe， Cu， Mn， Zn， B.， Mo， Ni， Cl等微量元素。
2.2观测内容
根据中国综合地球观测系统的十年规划，结合国际地球观测系统的要求，观测内容如下：
观测目标 | 观测项目 | |
植被碳贮量 | 农田 | 农田类型、主要作物种类、叶面积指数、地上生物量、地下生物量、生产力、凋落物量 |
森林 | 森林类型、林分物种组成、林分平均年龄、叶面积指数、胸径、树高、蓄积量、生物量和生产力、凋落物量、树木死亡量 | |
草原 | 草原类型、优势种、叶面积指数、地上生物量、地下生物量、生产力、凋落物量 | |
湿地 | 湿地类型、优势种、叶面积指数、地上生物量、地下生物量、生产力、凋落物量 | |
土壤碳贮量 | 土壤类型、颜色、土壤机械组成、有机质含量、土壤深度、容重、土壤含水量、土壤N含量、土壤溶解有机碳、土壤溶解无机碳 |
2.2观测点布设
在观测样地，确定叶面积指数、树高、胸径、土壤水分观测点。
生物量样本采集点：参照森林、农田、草原、湿地生物量测量规范确定地上生物量、地下生物量采集点。
土壤样本采集点：根据土壤肥力、土壤含水量是否均匀等情况，可采用对角线、棋盘法或蛇形采样法。
2.3采样频率和样本处理、分析
确定观测点后，按Ecograph-C软件的农田/森林/草原/湿地样地信息表的格式记录观测点的植被基础信息，按土壤样地表记录观测点的土壤基础信息。
叶面积指数、土壤水分可按生长季多次测量，并存入Ecograph-C软件。
植被生物量、树高、胸径：根据研究尺度，1次/年或1次/5年。对于森林样地，按照Ecograph-C伐倒木和伐倒木侧枝生物量表记录伐倒木及其侧枝的采样和测量结果。
土壤碳贮量：初期（2a～4a）采样频率为1次/年；以后间隔时间可长一些，采样频率为3a～5a一次特殊情况增加观测频率。按Ecograph-C中的土壤采样区位表和土壤样品记录表录入土壤样品信息。
采集的土壤和植物样品如叶子的碳含量测量：直接放入测量AZ-C701生态系统碳贮量观测系统的测量室，数秒即可得到结果。系统软件提供多种数据分析工具，如：PCA、PLS、多参数线性回归、化学统计分析等，得到复杂的、多组分样品的定量分析结果。
2.4系统组成及技术指标
生态系统碳贮量观测系统既提供土壤和植被碳贮量观测内容的原始数据，也提供不同尺度碳贮量计算结果的综合系统。
技术指标：
测量原理：激光光谱190nm—1000nm，光闸延迟范围：50ns —1ms;分辨率：25ns；自动X-Y-Z进程
测量参数：
Ecograph-C 软件：提供
l 植被样地信息表 l 土壤样地信息表 l 各种土壤和植被样品记录表 l 单株、林分生物量 l NPP l 植被碳贮量 l 土壤碳密度及碳贮量 |
常量元素：C，N， P， K， Ca， Mg， S
微量元素：Fe， Cu， Mn， Zn， B.， Mo， Ni， Cl
痕量元素：可检测化学周期表上几乎所有元素
叶面积指数(LAI)， 叶分配角(LAD)，平均叶角(MLA)
胸径测量范围：40cm～127cm
土壤水分：TDR原理，测量范围：0-100％
树高：激光法，测量高度：0-999m
3数据处理
AZ-C701生态系统碳贮量观测系统中的Ecograph-C软件管理观测点的基础信息数据，内置的模型和计算公式根据原始数据计算单株植物的生物量及林分生物量；根据样品的含碳量，计算碳密度，进而计算土壤和植被的碳贮量。
