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SCG-N土壤剖面CO2梯度監(jiān)測系統(tǒng)
土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳源,據(jù)報道,歐洲通量項目EUROFLUX 18個森林類型的平均年土壤呼吸占其總初級生產(chǎn)力的49%(Janssens et al., 2001),Law等(Law et al. 2001)研究發(fā)現(xiàn),土壤呼吸約占整個生態(tài)系統(tǒng)呼吸的四分之三。土壤碳庫細微的變化都將對大氣CO2濃度造成重大影響,因此研究土壤碳動態(tài)及其CO2排放對于預(yù)測大氣CO2濃度變化成為迫切的重要課題。有關(guān)土壤表層CO2通量(土壤總呼吸)研究很多,但這顯然并不足以闡釋土壤CO2生產(chǎn)過程,土壤剖面CO2垂直梯度研究越來越成為土壤呼吸乃至生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點。土壤不同層面(深度)CO2生產(chǎn)的持續(xù)監(jiān)測對于理解土壤CO2動態(tài)極為重要,可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節(jié)、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。另外,土壤垂直梯度CO2監(jiān)測可以與廣泛使用的渦度相關(guān)監(jiān)測比較,從而定量研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳交換。近幾年國外進行了一系列創(chuàng)造性技術(shù)方法研究,SCG-3土壤剖面CO2梯度監(jiān)測系統(tǒng)即是根據(jù)上述研究而研發(fā)集成的原位CO2持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。
根據(jù)菲克**定律(Fick’s first law),在(穩(wěn)態(tài)擴散的情況下)單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質(zhì)流量(稱為擴散通量Diffusion flux,用J表示)與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量(μmol CO2 m?2s?1)即根據(jù)該定律求出,具體計算公式為:
J= -D(dC/dx)
其中D為CO2在土壤中的擴散系數(shù)(單位為m2/s,與土壤溫度、土壤體積含水量及土壤空隙度有關(guān)),C為深度為x(單位為m)的CO2濃度,dC/dx為濃度梯度,“–”號表示擴散方向為濃度梯度的反方向,即擴散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴散。
SCG土壤剖面CO2梯度監(jiān)測系統(tǒng)由土壤剖面不同埋深的CO2傳感器、O2傳感器(備選)、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、土壤表層呼吸室(備選)、數(shù)據(jù)采集器及地面氣象站組成,土壤表層呼吸室分透明和非透明兩種,其中透明呼吸室用于測量土壤呼吸與植物光合作用的凈呼吸。
系統(tǒng)的特點:
l非擾動原位持續(xù)測量土壤剖面CO2、水分、溫度(標(biāo)準配置為3層),可通過菲克**定律求出土壤CO2通量(土壤呼吸),從而實現(xiàn)高時間解析度原位監(jiān)測土壤呼吸
lVaisala氣象傳感器,自動測量記錄空氣溫濕度、氣壓、降雨量、風(fēng)速風(fēng)向等
l可進行土壤孔隙度測量以確定CO2擴散系數(shù),土壤透氣性測量以確定土壤透氣性與土壤水分及氣體通量的關(guān)系
lTRIME-PICO32土壤水分智能傳感器,精確測量土壤水分和溫度
l可選配單通道或多通道熒光光纖土壤剖面氧氣原位監(jiān)測模塊
l可選配包裹式植物莖流監(jiān)測模塊或THB樹干莖流監(jiān)測模塊,用于監(jiān)測莖流與原位CO2的動態(tài)關(guān)系
lACE透明或非透明土壤呼吸室法(備選)測量表層土壤呼吸,可用于補充、校準或?qū)Ρ确治鐾寥榔拭?span>CO2梯度測量數(shù)據(jù)
l無線數(shù)據(jù)傳輸,可隨時上網(wǎng)在線瀏覽、下載數(shù)據(jù)
l可選配微根窗根系動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
l蓄電池供電或太陽能供電
主要技術(shù)指標(biāo):
土壤水分測量:
a.TRIME-PICO32智能傳感器,TDR測量技術(shù),測量范圍0-100%體積含水量,精確度±1%,重復(fù)精度±0.2%,測量體積250ml(可選配PICO64,測量體積為1250ml,可以精確反映含砂礫土壤的含水量);
b.土壤溫度測量范圍:-20℃~50℃,測量精度:±0.2℃
c.防水等級IP68
土壤CO2測量:非色散單束雙波長紅外技術(shù)(NDIR),測量范圍0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm、0-20000 可選,精度±1.5%,響應(yīng)時間30妙;
標(biāo)準配置為3層(SCG-3)土壤剖面CO2、土壤水分和土壤溫度監(jiān)測
單通道或多通道土壤剖面氧氣測量模塊(選配),熒光光纖O2測量技術(shù),高穩(wěn)定性、零氧耗,響應(yīng)時間5秒,測量范圍0-50%,精度優(yōu)于0.4%
標(biāo)配16通道數(shù)據(jù)采集器(可選配32通道以監(jiān)測3層以上的CO2濃度、土壤水分及土壤溫度等):
a.可存儲220000組帶時間戳的數(shù)據(jù),16比特分辨率,± 20 mV up to ± 2.5 V 8范圍輸入,精確度0.03%;
b.測量間隔3秒至4小時可調(diào),數(shù)據(jù)平均間隔3秒至4小時;
c.電壓6.5-15VDC,待機耗電150μA,測量耗電15mA重量140g;
d.鋰電備用電池,3V,可使用5年以上;
e.操作溫度--20-60°C;
f.專業(yè)數(shù)據(jù)下載分析軟件,可進行數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)在線觀測、統(tǒng)計分析(如每小時平均、每日平均、總計、*小值、**值、數(shù)據(jù)相關(guān)分析)與圖表展示及系統(tǒng)設(shè)置等;
土壤孔隙度測量:壓力室容積為1000ml,壓力范圍-1~3bar,氣壓分辨率1mbar
原位表層土壤透氣性測量:測量范圍0.003-3cm/s,測量壓力1-3hPa,水勢測量范圍0-800hPa,土壤體積含水量0-70%
包裹式莖流監(jiān)測模塊:SHB加熱技術(shù),用于監(jiān)測5-20mm的莖桿液流
樹干莖流監(jiān)測模塊:THB加熱技術(shù),樹干內(nèi)部加熱,用于10cm以上的樹干莖流監(jiān)測
呼吸室法監(jiān)測土壤表層CO2通量(選配):標(biāo)準配置為ACE土壤呼吸監(jiān)測儀,有封閉式和開放式兩種模式供選擇,每種模式又有透明或非透明呼吸室供選配,測量范圍為 40.0 mmols m-3(0-896ppm), 分辨率為1ppm,帶有自動零校準裝置
氣象監(jiān)測:Vaisala氣象傳感器,氣溫監(jiān)測范圍-52℃~60℃,精確度±0.3℃;大氣壓監(jiān)測范圍600~1100hPa,精確度±0.5hPa;空氣相對適度監(jiān)測范圍0~100%,精確度±3%;降雨量輸出分辨率0.01mm,精確度5%
無線數(shù)據(jù)傳輸,通過軟件終端瀏覽、下載數(shù)據(jù),并可對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析
根系生態(tài)觀測(選配):微根管、微根管鏡及分析軟件組成,標(biāo)配微根管直徑44mm(內(nèi)徑42mm),高透明度、高韌性、防雨水,微根管鏡長度有17英寸、22英寸、28英寸、37英寸可選,微根管成像單元,1/4”彩色 CCD,像素768 x 494,信噪比48DB,可選配手持式高分辨率成像單元,1/3”彩色CCD,分辨率**可達1600 x 1200像素;通過USB和電腦通訊、圖像抓取,操作簡單
上圖為夏秋季不同土壤剖面深度(5cm、12.5cm、35cm)CO2通量R(上)和CO2濃度(下)的變化情況,降雨情況參見右縱坐標(biāo)(摘自Z.Nagy等,2011)。研究表明,渦動法測量低估了CO2通量(特別是在通量較低的情況下),干旱區(qū)草原在暴雨后往往會發(fā)生CO2由大氣向土壤的逆向通量。
產(chǎn)地:歐洲
暫無數(shù)據(jù)!