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SCG-N土壤剖面CO2梯度监测系统

时间:2018-11-14

作者:Z6尊龙凯时

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简介:

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土壤呼吸是陆地生态系统的主要碳源,据报道,欧洲通量项目EUROFLUX 18个森林类型的平均年土壤呼吸占其总初级生产力的49%(Janssens et al., 2001),Law等(Law et al. 2001)研究发明,土壤呼吸约占整个生态系统呼吸的四分之三。土壤碳库细微的转变都将对大气CO2浓度造成重大影响,因此研究土壤碳动态及其CO2排放关于展望大气CO2浓度转变成为迫切的主要课题。有关土壤表层CO2通量(土壤总呼吸)研究许多,但这显然并缺乏以阐释土壤CO2生产历程,土壤剖面CO2笔直梯度研究越来越成为土壤呼吸以致生态系统碳循环研究的热门。土壤差别层面(深度)CO2生产的一连监测关于明确土壤CO2动态极为主要,可以剖析由土壤到大气CO2通量随季节、光照、温度、湿度及土壤特征的转变特征。另外,土壤笔直梯度CO2监测可以与普遍使用的涡度相关监测较量,从而定量研究剖析生态系统的碳交流。近几年外洋举行了一系列创立性手艺要领研究,SCG-3土壤剖面CO2梯度监测系统即是凭证上述研究而研发集成的原位CO2一连监测系统。

 

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凭证菲克第一定律(Fick’s first law),在(稳态扩散的情形下)单位时间内通过笔直于扩散偏向的单位截面积的扩散物质流量(称为扩散通量Diffusion flux,用J体现)与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量(μmol CO2 m?2s?1)即凭证该定律求出,详细盘算公式为:

 

J= -D(dC/dx)

 

其中D为CO2在土壤中的扩散系数(单位为m2/s,与土壤温度、土壤体积含水量及土壤逍遥度有关),C为深度为x(单位为m)的CO2浓度,dC/dx为浓度梯度,“–”号体现扩散偏向为浓度梯度的反偏向,即扩散由高浓度区向低浓度区扩散。

 

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SCG土壤剖面CO2梯度监测系统由土壤剖面差别埋深的CO2传感器、O2传感器(备�。⑼寥牢露却衅鳌⑼寥浪执衅鳌⑼寥辣聿愫粑遥ū秆。⑹菔章奁骷暗孛嫫笳咀槌�,土壤表层呼吸室分透明和非透明两种,其中透明呼吸室用于丈量土壤呼吸与植物光相助用的净呼吸。

 

系统特点:

l非扰动原位一连丈量土壤剖面CO2、水分、温度(标准设置为3层),可通过菲克第一定律求出土壤CO2通量(土壤呼吸),从而实现高时间剖析度原位监测土壤呼吸

lVaisala气象传感器,自动丈量纪录空气温湿度、气压、降雨量、风速风向等

l可举行土壤孔隙度丈量以确定CO2扩散系数,土壤透气性丈量以确定土壤透气性与土壤水分及气体通量的关系

lTRIME-PICO32土壤水分智能传感器,准确丈量土壤水分和温度

l可选配单通道或多通道荧光光纤土壤剖面氧气原位监测�?�

l  可选配包裹式植物茎流监测�?榛騎HB树干茎流监测�?�,用于监测茎流与原位CO2的动态关系

lACE透明或非透明土壤呼吸室法(备�。┱闪勘聿阃寥篮粑�,可用于增补、校准或比照剖析土壤剖面CO2梯度丈量数据

l无线数据传输,可随时上网在线浏览、下载数据

l可选配微根窗根系动态监测系统

l蓄电池供电或太阳能供电

 

主要手艺指标:

  1. 土壤水分丈量:

a.土壤水分传感器:丈量规模,0-60%体积含水量,±3%VWC工厂校准@在0-50%VWC矿物土盐分~8ds/m ±1%VWC@土壤特定校准。

b.土壤温度丈量规模:,-40℃-80℃,精度±0.2℃,最大为满量程的±0.4℃。区分率0.01℃。

c.土壤电介常数规模:1-80 ,区分率0.01。

  1. 土壤CO2丈量:非色散单束双波长红外手艺(NDIR),丈量规模0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm、0-20000 可选,精度±1.5%,响应时间30妙;

  2. 标准设置为3层(SCG-3)土壤剖面CO2、土壤水分和土壤温度监测

  3. 单通道或多通道土壤剖面氧气丈量�?椋ㄑ∨洌�,荧光光纤O2丈量手艺,高稳固性、零氧耗,响应时间5秒,丈量规模0-50%,精度优于0.4%

  4. 标配16通道数据收罗器(可选配32通道以监测3层以上的CO2浓度、土壤水分及土壤温度等):

a.可存储220000组带时间戳的数据,16比特区分率,± 20 mV up to ± 2.5 V 8规模输入,准确度0.03%;

b.丈量距离3秒至4小时可调,数据平均距离3秒至4小时;

c.电压6.5-15VDC,待机耗电150μA,丈量耗电15mA重量140g;

d.锂电备用电池,3V,可使用5年以上;

e.操作温度?-20-60°C;

f.专业数据下载剖析软件,可举行数据下载、数据在线视察、统计剖析(如每小时平均、逐日平均、总计、最小值、最大值、数据相关剖析)与图表展示及系统设置等;

  1. 土壤孔隙度丈量:压力室容积为1000ml,压力规模-1~3bar,气压区分率1mbar

  2. 原位表层土壤透气性丈量:丈量规模0.003-3cm/s,丈量压力1-3hPa,水势丈量规模0-800hPa,土壤体积含水量0-70%

  3. 包裹式茎流监测�?椋篠HB加热手艺,用于监测5-20mm的茎杆液流

  4. 树干茎流监测�?椋篢HB加热手艺,树干内部加热,用于10cm以上的树干茎流监测

  5. 呼吸室法监测土壤表层CO2通量(选配):标准设置为ACE土壤呼吸监测仪,有关闭式和开放式两种模式供选择,每种模式又有透明或非透明呼吸室供选配,丈量规模为 40.0 mmols m-3(0-896ppm), 区分率为1ppm,带有自动零校准装置

  6. 气象监测:Vaisala气象传感器,气温监测规模-52℃~60℃,准确度±0.3℃;大气压监测规模600~1100hPa,准确度±0.5hPa;空气相对适度监测规模0~100%,准确度±3%;降雨量输出区分率0.01mm,准确度5%

  7. 无线数据传输,通过软件终端浏览、下载数据,并可对数据举行统计剖析

  8. 根系生态视察(选配):微根管、微根管镜及剖析软件组成,标配微根管直径44mm(内径42mm),高透明度、高韧性、防雨水,微根管镜长度有17英寸、22英寸、28英寸、37英寸可选,微根管成像单位,1/4”彩色 CCD,像素768 x 494,信噪比48DB,可选配手持式高区分率成像单位,1/3”彩色CCD,区分率最高可达1600 x 1200像素;通过USB和电脑通讯、图像抓取,操作简朴

 

image.png

上图为夏秋季差别土壤剖面深度(5cm、12.5cm、35cm)CO2通量R(上)和CO2浓度(下)的转变情形,降雨情形拜见右纵坐标(摘自Z.Nagy等,2011)。研究批注,涡动法丈量低估了CO2通量(特殊是在通量较低的情形下),干旱区草原在暴雨后往往会爆发CO2由大气向土壤的逆向通量。

 

产地:欧洲

 

 

 

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