一种多年冻土冻融区微生物固碳方法与流程

1.本发明涉及冻土冻融区固碳技术领域，具体涉及一种多年冻土冻融区微生物固碳方法。


背景技术：

2.将温度在0℃或低于0℃至少连续存在两年的岩土层定义为多年冻土。北半球多年冻土区面积约占陆地表面的24％，季节冻土约占30％。多年冻土中有机碳储量相当于目前大气中碳储量的两倍，其中近地表活动层中的碳储量约占12％，其余88％位于多年冻土层中。储藏在多年冻土中的碳会随着外界环境的变化而发生流动和转。
3.随着气候变暖和人类活动的影响，目前青藏高原各类冻土环境已经有不同程度的退化，冻土逐渐消失，冻土活动层厚度增加，地温升高，冻土分布下界抬升，冻土面积萎缩。多年冻土区退化后，较厚的活动层更有利于微生物矿化目前冷冻的有机碳，冻土融化导致长期封存在冻土中的有机碳被微生物分解、释放在大气中，进而形成对气候变暖的正反馈。
4.由于多年冻土退化下土壤微生物群落稳定性的变化特征及其同碳损失关联机制的系统认知至今依然不足，目前，已有研究关注冻土活动层厚度增加对土壤微生物的影响，但大多数研究主要关注土壤微生物群落对多年冻土融化的响应，进而预测冻土碳循环与气候变暖之间的反馈关系，但是对于如何发挥多年冻土的碳汇能力的研究很少。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多年冻土冻融区微生物固碳方法，以解决现有技术中对于如何发挥多年冻土的碳汇能力的研究很少的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
7.一种多年冻土冻融区微生物固碳方法，包括以下步骤：
8.集成监测设备：集成满足不同温度和压力环境下使用的碳排放监测仪器；
9.采集试验区土壤样品：在冻土区选定多个试验区和单个背景区并架设所述集成监测设备进行气体采集，原位采集每个试验区的土壤样品，且在每个所述试验区按照不同深度依次进行取样；
10.利用土壤样品富集培养微生物：通过控制培养条件，在采集到的冻土土壤样品内分类富集培养用于固碳的微生物；
11.组建反应罐设备：搭建微生物培养反应罐，在每个试验区从不同深度将匹配的富含微生物的营养液分别导入对应的冻土冻融层；
12.分析对比试验区与背景区的气体差异：将不同深度且富含微生物的营养液分别注入冻土冻融层的对应深度的试验区土壤中，利用所述集成监测设备持续采集试验区以及背景区的碳排放量变化。
13.作为本发明的一种优选方案，所述试验区和背景区的地貌及地质环境相同，在每个所述试验区和背景区内架设所述集成监测设备进行二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素
监测。
14.作为本发明的一种优选方案，所述集成监测设备进行二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素监测的监测点为地下单点监测。
15.作为本发明的一种优选方案，所述集成监测设备进行二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素监测的监测点为地下多点监测，所述地下多点监测的点位深度分别对应地下5cm、10cm、30cm、60cm、100cm、150cm的深度。
16.作为本发明的一种优选方案，原位采集每个试验区的土壤样品时，清除上部受影响的表层2～3cm表土，在每个所述试验区分别按照地下5cm、10cm、30cm、60cm、100cm、150cm的深度进行取样；
17.其中，0～30cm为植被较发育深度，150cm为冻土活动层能够影响的深度。
18.作为本发明的一种优选方案，富集培养的固碳微生物包括嗜二氧化碳菌和嗜甲烷菌。
19.作为本发明的一种优选方案，分析对比试验区与背景区的气体差异时，将营养液分别导入不同试验区土壤的5cm、10cm、30cm、60cm、100cm和150cm深度，并做好标记；
20.采集每个试验区的二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素指数，并与统一的背景区检测的二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素指数进行对比，分析富养微生物后的冻土环境中的二氧化碳/甲烷的变化。
21.作为本发明的一种优选方案，所述微生物培养反应罐内含有至少六个用于运输营养液的导管，六个所述导管的长度分为对应5cm、10cm、30cm、60cm、100cm和150cm深度。
22.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
23.本发明提出了一种多年冻土微生物碳捕获方法，通过多年冻土中嗜二氧化碳菌和嗜甲烷菌的培养富集，增加多年冻土对甲烷和二氧化碳的消耗和转化，提高多年冻土的碳汇能力。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
25.图1为本发明实施例提供的微生物固碳方法的实现流程示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.如图1所示，本发明提供了一种多年冻土冻融区微生物固碳方法，包括以下步骤：
28.第一步、集成监测设备：集成满足不同温度和压力环境下使用的碳排放监测仪器。
29.集成监测设备组合多种碳排放监测仪器，主要用于监测二氧化碳的浓度和流量、
甲烷浓度和通量，以及二氧化碳/甲烷的同位素，每种碳排放监测仪器可以在温度范围-40～20℃、压力范围0.4～1个大气压的环境下使用。
30.第二步、采集试验区土壤样品：在冻土区选定多个试验区和单个背景区并架设集成监测设备进行气体采集，原位采集每个试验区的土壤样品，且在每个试验区按照不同深度依次进行取样。
31.试验区和背景区的地貌及地质环境相同，在每个试验区和背景区内架设集成监测设备进行二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素监测。
32.原位采集每个试验区的土壤样品时，清除上部受影响的表层2～3cm表土，在每个试验区分别按照地下5cm、10cm、30cm、60cm、100cm、150cm的深度进行取样；其中，0～30cm为植被较发育深度，150cm为冻土活动层能够影响的深度。
33.以背景区的集成监测设备监测的二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素为基准，来对比不同试验区的二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素与基准之间的差别。
34.需要补充说明的是，集成监测设备进行二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素监测的监测点为地下单点监测，或者集成监测设备进行二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素监测的监测点为地下多点监测，地下多点监测的点位深度分别对应地下5cm、10cm、30cm、60cm、100cm、150cm的深度。
35.当集成监测设备在多个试验区和单个背景区的同一地下深度进行单点监测时，通过对比该单点的二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素变化，来简单便捷的确定试验区的碳汇能力。
36.当集成监测设备在多个试验区和单个背景区的同一地下深度进行多点监测时，由于后期导入固碳微生物的地下深度为5cm、10cm、30cm、60cm、100cm、150cm，因此在多个点位进行二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素监测，可以更加精准的确定试验区的碳汇能力。
37.第三步、利用土壤样品富集培养微生物：通过控制培养条件，在采集到的冻土土壤样品内分类富集培养用于固碳的微生物，富集培养的固碳微生物包括嗜二氧化碳菌和嗜甲烷菌。
38.第四步、组建反应罐设备：搭建微生物培养反应罐，在每个试验区从不同深度将匹配的富含微生物的营养液分别导入对应的冻土冻融层。
39.微生物培养反应罐内含有至少六个用于运输营养液的导管，六个导管的长度分为对应5cm、10cm、30cm、60cm、100cm和150cm深度。
40.第五步、分析对比试验区与背景区的气体差异：将不同深度且富含微生物的营养液分别注入冻土冻融层的对应深度的试验区土壤中，利用集成监测设备持续采集试验区以及背景区的碳排放量变化。
41.分析对比试验区与背景区的气体差异时，将营养液分别导入不同试验区土壤的5cm、10cm、30cm、60cm、100cm和150cm深度，并做好标记。
42.采集每个试验区的二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素指数，并与统一的背景区检测的二氧化碳/甲烷浓度、通量和同位素指数进行对比，分析富养微生物后的冻土环境中的二氧化碳/甲烷的变化。
43.因此本实施方式利用微生物的培养富集，增加冻土沉积物中嗜二氧化碳菌和嗜甲烷菌的丰度，以增加对土壤中二氧化碳和甲烷气体的消耗，提高多年冻土区的碳捕获能力，
降低气候变暖冻土融化过程中的碳排放效应，为实现“碳达峰、碳中和”目标提供一种新技术和新方法。
44.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。