SCG-N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皃�span>49%＇�/span>Janssens et al.� 2001），Law等（Law et al. 2001（�/span>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氓�span>CO2浓度造成重大影响，因此研究土壤碳动态及兵�span>CO2排放对于预测大气CO2浓度变化成为迫切的重要课题。有关土壤表屁�span>CO2通量（土壤总呼吸）研究很多，但这显然并不足以阐释土壣�span>CO2生产过程，土壤剖靡�span>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（�span>CO2生产的持续监测对于理解土壣�span>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。另外，土壤垂直梯度CO2监测可以与广泛使用的涡度相关监测比较，从而定量研究分析生态系统的碳交换。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持续监测系统、�/span>

根据菲克**定律(Fick‘�span>s first law)＋�/span>在（稳态扩散的情况下）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�?span>(Concentration gradient)成正比。土壤剖靡�span>CO2通量＇�/span>��mol CO2m^?2s^?1）即根据该定律求出，具体计算公式为：

J= -D(dC/dx)

其中D丹�span>CO2在土壤中的扩散系�?span>(单位丹�span>m²/s，与土壤温度、土壤体积含水量及土壤空隙度有关)＋�span>C为深度为x（单位为m）的CO2浓度＋�i>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、�/span>

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�?span>O2传感器（备选）、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、�/span>

系统的特点：

l非扰动原位持续测量土壤剖靡�span>CO2、水分、温度（标准配置丹�span>3层），可通过菲克**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吷�/span>

lVaisala气象传感器，自动测量记录空气温湿度、气压、降雨量、风速风向等

l可进行土壤孔隙度测量以确宙�span>CO2扩散系数，土壤透气性测量以确定土壤透气性与土壤水分及气体通量的关糺�/span>

lTRIME-PICO32土壤水分智能传感器，精确测量土壤水分和温�?/span>

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模块

l可选配包裹式植物茎流监测模块或THB树干茎流监测模块，用于监测茎流与原位CO2的动态关糺�/span>

lACE透明或非透明土壤呼吸室法（备选）测量表层土壤呼吸，可用于补充、校准或对比分析土壤剖面CO2梯度测量数据

l无线数据传输，可随时上网在线浏览、下载数�?/span>

l可选配微根窗根系动态监测系绞�/span>

l蓄电池供电或太阳能供甴�/span>

主要技术指标：

1. 土壤水分测量�

a.TRIME-PICO32智能传感器，TDR测量技术，测量范围0-100%体积含水量，精确�?/span>��1%，重复精�?span>��0.2%，测量体�?span>250ml（可选配PICO64，测量体积为1250ml，可以精确反映含砂砾土壤的含水量）；

b.土壤温度测量范围９�span>-20ℂ�/span>｝�span>50ℂ�/span>，测量精度：��0.2ℂ�/span>

c.防水等级IP68

1. 土壤CO2测量：非色散单束双波长红外技术（NDIR），测量范围0-5000ppm�?span>0-7000ppm�?span>0-10000ppm�?span>0-20000可选，精度��1.5%，响应时闳�span>30妙；

2. 标准配置丹�span>3层（SCG-3）土壤剖靡�span>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测量模块（选配），荧光光纤O2测量技术，高稳定性、零氧耗，响应时间5秒，测量范围0-50%，精度优亍�span>0.4%

4. 标配16通道数据采集器（可选配32通道以监浊�span>3层以上的CO2浓度、土壤水分及土壤温度等）９�/span>

a.可存�?span>220000组带时间戳的数据＋�span>16比特分辨率，�� 20 mV up to �� 2.5 V8范围输入，精确度0.03%：�/span>

b.测量间隔3秒至4小时可调，数据平均间隓�span>3秒至4小时：�/span>

c.电压6.5，�span>15VDC，待机耗电150��A，测量耗电15mA重量140g：�/span>

d.锂电备用电池＋�span>3V，可使用5年以上；

e.操作温度--20，�span>60��C：�/span>

f.专业数据下载分析软件，可进行数据下载、数据在线观测、统计分析（如每小时平均、每日平均、总计�?小值�?*值、数据相关分析）与图表展示及系统设置等；

1. 土壤孔隙度测量：压力室容积为1000ml，压力范図�span>-1｝�span>3bar，气压分辨率1mbar

2. 原位表层土壤透气性测量：测量范围0.003，�span>3cm．�span>s，测量压劚�span>1，�span>3hPa，水势测量范図�span>0，�span>800hPa，土壤体积含水量0-70%

3. 包裹式茎流监测模块：SHB加热技术，用于监测5-20mm的茎杆液�?/span>

4. 树干茎流监测模块９�span>THB加热技术，树干内部加热，用亍�span>10cm以上的树干茎流监浊�/span>

5. 呼吸室法监测土壤表层CO₂通量（选配）：标准配置丹�span>ACE土壤呼吸监测仪，有封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＋�/span>测量范围丹�/span>40.0 mmols m^-3＇�/span>0-896ppm（�/span>�分辨率为1ppm＋�/span>带有自动零校准装�?/span>

6. 气象监测９�/span>Vaisala气象传感器，气温监测范围-52ℂ�/span>｝�/span>60℃，精确�?#177;0.3℃；大气压监测范図�span>600｝�span>1100hPa，精确度��0.5hPa；空气相对适度监测范围0｝�span>100%，精确度��3%；降雨量输出分辨玆�span>0.01mm，精确度5%

7. 无线数据传输，通过软件终端浏览、下载数据，并可对数据进行统计分枏�/span>

8. 根系生态观测（选配）：微根管、微根管镜及分析软件组成＋�/span>标配微根管直徃�span>44mm（内徃�span>42mm），高透明度、高韧性、防雨水＋�span>微根管镜长度月�span>17英寸�?span>22英寸�?span>28英寸�?span>37英寸可选，微根管成像单元，1/4”彩艱�span> CCD，像紟�span>768 x 494，信噪比48DB，可选配手持式高分辨率成像单元，1/3”彩艱�span>CCD，分辨率**可达1600 x 1200像素：�/span>通过USB和电脑通讯、图像抓取，操作简協�/span>

   上图为夏秋季不同土壤剖面深度＇�span>5cm�?span>12.5cm�?span>35cm（�span>CO2通量R（上）和CO2浓度（下）的变化情况，降雨情况参见右纵坐标（摘自Z.Nagy筈�span>�?011)。研究表明，涡动法测量低估了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发甞�span>CO2由大气向土壤的逆向通量、�/span>

   产地：欧洱�/span>