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时间：2018-11-14
作者：球速体育
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简介：
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 。土壤碳库细微的变革都将对大气CO2浓度造成重大影响，因此研究土壤碳动态及其CO2排放关于预测大气CO2浓度变革成为迫切的重要课题 。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乃至生态系统碳循环研究的热点 。土壤差别层面（深度）CO2生产的连续监测关于理解土壤CO2动态极为重要，可以剖析由土壤到大气CO2通量随季节、光照、温度、湿度及土壤特性的变革特征 。另外，土壤笔直梯度CO2监测可以与广泛使用的涡度相关监测比较，从而定量研究剖析生态系统的碳交换 。近几年外洋进行了一系列创立性技术要领研究，SCG-3土壤剖面CO2梯度监测系统即是凭据上述研究而研发集成的原位CO2连续监测系统 。
凭据菲克第一定律(Fick’s first law)，在（稳态扩散的情况下）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）即凭据该定律求出，具体盘算公式为：
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空隙度有关)，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 。
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非扰动原位连续丈量土壤剖面CO2、水分、温度（标准配置为3层），可通过菲克第一定律求出土壤CO2通量（土壤呼吸），从而实现高时间解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可进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，精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
主要技术指标：
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 。
土壤CO2丈量：非色散单束双波长红外技术（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；
标准配置为3层（SCG-3）土壤剖面CO2、土壤水分和土壤温度监测
单通道或多通道土壤剖面氧气丈量� ？椋ㄑ∨洌�，荧光光纤O2丈量技术，高稳定性、零氧耗，响应时间5秒，丈量规模0-50%，精度优于0.4%
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，精确度0.03%；
b.丈量间隔3秒至4小时可调，数据平均间隔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，可进行数据下载、数据在线视察、统计剖析（如每小时平均、每日平均、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；
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
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%
包裹式茎流监测� ？椋篠HB加热技术，用于监测5-20mm的茎杆液流
树干茎流监测� ？椋篢HB加热技术，树干内部加热，用于10cm以上的树干茎流监测
呼吸室法监测土壤表层CO2通量（选配）：标准配置为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
气象监测：Vaisala气象传感器，气温监测规模-52℃～60℃，精确度±0.3℃；大气压监测规模600～1100hPa，精确度±0.5hPa；空气相对适度监测规模0～100%，精确度±3%；降雨量输出区分率0.01mm，精确度5%
无线数据传输，通过软件终端浏览、下载数据，并可对数据进行统计剖析
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，操作简单
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）的变革情况，降雨情况拜见右纵坐标（摘自Z.Nagy等,2011) 。研究标明，涡动法丈量低估了CO2通量（特别是在通量较低的情况下），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 。
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