SCG-3土壤剖面CO2梯度监测系统
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)研究发现,土壤呼吸约占整个生态系统呼吸的四分之三。土壤碳库细微的变化都将对大气CO2浓度造成重大影响,因此研究土壤碳动态及其CO2排放对于预测大气CO2浓度变化成为迫切的重要课题。有关土壤表层CO2通量(土壤总呼吸)研究很多,但这显然并不足以阐释土壤CO2生产过程,土壤剖面CO2垂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。土壤不同层面(深度)CO2生产的持续监测对于理解土壤CO2动态极为重要,可以阐明由土壤到大气CO2通量随季节、光照、温度、湿度及土壤特性的变化特征。对此近几年国外进行了一系列创造性技术方法研究,SCG-3土壤剖面CO2梯度监测系统即是根据上述研究而研发集成的原位CO2持续监测集成系统。
根据菲克第一定律(Fick’s first law),在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量(称为扩散通量Diffusion flux,用J表示)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−2 s−1)即根据该定律求出,具体计算公式为: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,“–”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向,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不同埋深的CO2传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤表层呼吸室(备选)、数据采集器及地面气象站组成,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测量土壤呼吸与植物光合作用的净呼吸。
系统的特点:
l 非扰动原位持续测量土壤剖面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
l 自动测量记录空气温湿度、气压、PAR等
l 透明或非透明土壤呼吸室法测量表层土壤呼吸,可用于补充或校准土壤剖面CO2梯度测量数据
l 基本配置为高性价比配置,配置有国产气象站
l 光合监测配置配有宽叶或窄叶光合测量室,有透明叶室和非透明叶室,可监测分析植物光呼吸、暗呼吸及净光合与根系呼吸的关系
l 可选配BTC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:
1. 土壤水分测量: TDR测量技术,测量范围0-100%体积含水量,精确度±2%
2. 土壤温度测量范围:-15℃~+50℃(可定制其他温度量程),测量精度:±0.2℃
3. 土壤CO2测量:CARBOCAPâCO2传感器,非色散单束双波长红外技术(NDIR),测量范0-2000ppm、0-3000ppm、0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm 可选,精度±1.5%,相应时间30妙。
产地:欧洲