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SCG-N土壤剖面CO2梯度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
SCG-N土壤剖面CO2梯度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司

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SCG-N土壤剖面CO2梯度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳源,據(jù)報(bào)道,歐洲通量項(xiàng)目EUROFLUX 18個(gè)森林類型的平均年土壤呼吸占其總初級(jí)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(gè)生態(tài)系統(tǒng)呼吸的四分之三。土壤碳庫(kù)細(xì)微的變化都將對(duì)大氣CO2濃度造成重大影響,因此研究土壤碳動(dòng)態(tài)及其CO2排放對(duì)于預(yù)測(cè)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(guò)程,土壤剖面CO2垂直梯度研究越來(lái)越成為土壤呼吸乃至生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)。土壤不同層面(深度)CO2生產(chǎn)的持續(xù)監(jiān)測(cè)對(duì)于理解土壤CO2動(dòng)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(cè)可以與廣泛使用的渦度相關(guān)監(jiān)測(cè)比較,從而定量研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳交換。近幾年國(guó)外進(jìn)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(cè)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(cè)系統(tǒng)。

根據(jù)菲克**定律(Ficks first law),在(穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況下)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量(稱為擴(kuò)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(jì)算公式為:

J= -D(dC/dx)

其中DCO2在土壤中的擴(kuò)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(hào)表示擴(kuò)散方向?yàn)闈舛忍荻鹊姆捶较?,即擴(kuò)散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。

SCG土壤剖面CO2梯度監(jiān)測(cè)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(cè)量土壤呼吸與植物光合作用的凈呼吸。

系統(tǒng)的特點(diǎn):

l非擾動(dòng)原位持續(xù)測(cè)量土壤剖面CO2、水分、溫度(標(biāo)準(zhǔn)配置為3層),可通過(guò)菲克**定律求出土壤CO2通量(土壤呼吸),從而實(shí)現(xiàn)高時(shí)間解析度原位監(jiān)測(cè)土壤呼吸

lVaisala氣象傳感器,自動(dòng)測(cè)量記錄空氣溫濕度、氣壓、降雨量、風(fēng)速風(fēng)向等

l可進(jìn)行土壤孔隙度測(cè)量以確定CO2擴(kuò)散系數(shù),土壤透氣性測(cè)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(cè)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(cè)模塊

l可選配包裹式植物莖流監(jiān)測(cè)模塊或THB樹(shù)干莖流監(jiān)測(cè)模塊,用于監(jiān)測(cè)莖流與原位CO2的動(dòng)態(tài)關(guān)系

lACE透明或非透明土壤呼吸室法(備選)測(cè)量表層土壤呼吸,可用于補(bǔ)充、校準(zhǔn)或?qū)Ρ确治鐾寥榔拭?span>CO2梯度測(cè)量數(shù)據(jù)

l無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,可隨時(shí)上網(wǎng)在線瀏覽、下載數(shù)據(jù)

l可選配微根窗根系動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

l蓄電池供電或太陽(yáng)能供電

主要技術(shù)指標(biāo):

  1. 土壤水分測(cè)量:

a.TRIME-PICO32智能傳感器,TDR測(cè)量技術(shù),測(cè)量范圍0-100%體積含水量,精確度±1%,重復(fù)精度±0.2%,測(cè)量體積250ml(可選配PICO64,測(cè)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(cè)量范圍:-2050,測(cè)量精度:±0.2

c.防水等級(jí)IP68

  1. 土壤CO2測(cè)量:非色散單束雙波長(zhǎng)紅外技術(shù)(NDIR),測(cè)量范圍0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm、0-20000 可選,精度±1.5%,響應(yīng)時(shí)間30妙;

  2. 標(biāo)準(zhǔn)配置為3層(SCG-3)土壤剖面CO2、土壤水分和土壤溫度監(jiān)測(cè)

  3. 單通道或多通道土壤剖面氧氣測(cè)量模塊(選配),熒光光纖O2測(cè)量技術(shù),高穩(wěn)定性、零氧耗,響應(yīng)時(shí)間5秒,測(cè)量范圍0-50%,精度優(yōu)于0.4%

  4. 標(biāo)配16通道數(shù)據(jù)采集器(可選配32通道以監(jiān)測(cè)3層以上的CO2濃度、土壤水分及土壤溫度等):

a.可存儲(chǔ)220000組帶時(shí)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(cè)量間隔3秒至4小時(shí)可調(diào),數(shù)據(jù)平均間隔3秒至4小時(shí);

c.電壓6.515VDC,待機(jī)耗電150μA,測(cè)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--2060°C;

f.專業(yè)數(shù)據(jù)下載分析軟件,可進(jìn)行數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)在線觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析(如每小時(shí)平均、每日平均、總計(jì)、*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;

  1. 土壤孔隙度測(cè)量:壓力室容積為1000ml,壓力范圍-13bar,氣壓分辨率1mbar

  2. 原位表層土壤透氣性測(cè)量:測(cè)量范圍0.0033cms,測(cè)量壓力13hPa,水勢(shì)測(cè)量范圍0800hPa,土壤體積含水量0-70%

  3. 包裹式莖流監(jiān)測(cè)模塊:SHB加熱技術(shù),用于監(jiān)測(cè)5-20mm的莖桿液流

  4. 樹(shù)干莖流監(jiān)測(cè)模塊:THB加熱技術(shù),樹(shù)干內(nèi)部加熱,用于10cm以上的樹(shù)干莖流監(jiān)測(cè)

  5. 呼吸室法監(jiān)測(cè)土壤表層CO2通量(選配):標(biāo)準(zhǔn)配置為ACE土壤呼吸監(jiān)測(cè)儀,有封閉式和開(kāi)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(cè)量范圍 40.0 mmols m-30-896ppm分辨率為1ppm,帶有自動(dòng)零校準(zhǔn)裝置

  6. 氣象監(jiān)測(cè):Vaisala氣象傳感器,氣溫監(jiān)測(cè)范圍-5260℃,精確度±0.3℃;大氣壓監(jiān)測(cè)范圍6001100hPa,精確度±0.5hPa;空氣相對(duì)適度監(jiān)測(cè)范圍0100%,精確度±3%;降雨量輸出分辨率0.01mm,精確度5%

  7. 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,通過(guò)軟件終端瀏覽、下載數(shù)據(jù),并可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析

  8. 根系生態(tài)觀測(cè)(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(zhǎng)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(dá)1600 x 1200像素;通過(guò)USB和電腦通訊、圖像抓取,操作簡(jiǎn)單

    上圖為夏秋季不同土壤剖面深度(5cm12.5cm、35cmCO2通量R(上)和CO2濃度(下)的變化情況,降雨情況參見(jiàn)右縱坐標(biāo)(摘自Z.Nagy,2011)。研究表明,渦動(dòng)法測(cè)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(huì)發(fā)生CO2由大氣向土壤的逆向通量。

    產(chǎn)地:歐洲

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