南宫NG28

泥土呼吸是陆地生态系统的重要碳源，据报路，欧洲通量项目EUROFLUX 18个丛林类型的均匀年泥土呼吸占其总低级出产力的49%（Janssens et al., 2001），Law等（Law et al. 2001）钻研发现，泥土呼吸约占整个生态系统呼吸的四分之三。泥土碳库轻微的变动都将对大气CO2浓度造成沉大影响，因而钻研泥土碳动态及其CO2排放对于预测大气CO2浓度变动成为火急的沉要课题。有关泥土表层CO2通量（泥土总呼吸）钻研好多，但这显然并不及以阐释泥土CO2出产过程，泥土剖面CO2垂直梯度钻研越来越成为泥土呼吸甚至生态系统碳循环钻研的热点。泥土分歧层面（深度）CO2出产的持续监测对于理解泥土CO2动态极为沉要，能够说明由泥土到大气CO2通量随季节、光照、温度、湿度及泥土个性的变动特点。另表，泥土垂直梯度CO2监测能够与宽泛使用的涡度有关监测比力，从而定量钻研分析生态系统的碳互换。近几年国表进行了一系列创造性技术步骤钻研，SCG-3泥土剖面CO2梯度监测系统即是凭据上述钻研而研发集成的原位CO2持续监测系统。

凭据菲克第肯定律(Fick’s first law)，在（稳态扩散的情况下）单元功夫内通过垂直于扩散方向的单元截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J暗示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比。泥土剖面CO2通量（μmol CO2 m^?2s^?1）即凭据该定律求出，具体推算公式为：

J= -D(dC/dx)

其中D为CO2在泥土中的扩散系数(单元为m²/s，与泥土温度、泥土体积含水量及泥土空地杜仔关)，C为深度为x（单元为m）的CO2浓度，dC/dx为浓度梯度，“–”号暗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泥土剖面CO2梯度监测系统由泥土剖面分歧埋深的CO2传感器、O2传感器（备。⒛嗤廖露却衅鳌⒛嗤了执衅鳌⒛嗤帘聿愫粑遥ū秆。⑹莶杉骷暗孛嫘蜗笳咀槌，泥土表层呼吸室分通明和非通明两种，其中通明呼吸室用于丈量泥土呼吸与植物光合作用的净呼吸。

系统的特点：

l非扰动原位持续丈量泥土剖面CO2、水分、温度（尺度配置为3层），可通过菲克第肯定律求出泥土CO2通量（泥土呼吸），从而实现高功夫解析度原位监测泥土呼吸

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

l可进行泥土孔隙度丈量以确定CO2扩散系数，泥土透气性丈量以确定泥土透气性与泥土水分及气体通量的关系

lTRIME-PICO32泥土水分智能传感器，精确丈量泥土水分和温度

l可选配单通路或多通路荧光光纤泥土剖面氧气原位监测？

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通明或非通明泥土呼吸室法（备。┱闪勘聿隳嗤梁粑，可用于补充、校准或对比分析泥土剖面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

重要技术指标：

1. 泥土水分丈量：

a.泥土水分传感器：丈量领域，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@泥土特定校准。

b.泥土温度丈量领域：，-40℃-80℃，精度±0.2℃，最大为满量程的±0.4℃。分辨率0.01℃。

c.泥土电介常数领域：1-80 ，分辨率0.01。

2. 泥土CO2丈量：非色散单束双波长红表技术（NDIR），丈量领域0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm、0-20000 可选，精度±1.5%，响应功夫30妙；

3. 尺度配置为3层（SCG-3）泥土剖面CO2、泥土水分和泥土温度监测

4. 单通路或多通路泥土剖面氧气丈量？椋ㄑ∨洌，荧光光纤O2丈量技术，高不变性、零氧耗，响应功夫5秒，丈量领域0-50%，精杜着于0.4%

5. 标配16通路数据采集器（可选配32通路以监测3层以上的CO2浓度、泥土水分及泥土温度等）：

a.可存储220000组带功夫戳的数据，16比特分辨率，± 20 mV up to ± 2.5 V 8领域输入，精确度0.03%；

b.丈量距离3秒至4幼时可调，数据均匀距离3秒至4幼时；

c.电压6.5－15VDC，待机耗电150μA，丈量耗电15mA沉量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.专业数据下载分析软件，可进行数据下载、数据在线观测、统计分析（如每幼时均匀、逐日均匀、总计、最幼值、最大值、数据有关分析）与图表展示及系统设置等；

6. 泥土孔隙度丈量：压力室容积为1000ml，压力领域-1～3bar，气压分辨率1mbar

7. 原位表层泥土透气性丈量：丈量领域0.003－3cm／s，丈量压力1－3hPa，水势丈量领域0－800hPa，泥土体积含水量0-70%

8. 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

9. 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

10. 呼吸室法监测泥土表层CO2通量（选配）：尺度配置为ACE泥土呼吸监测仪，有封关式和盛开式两种模式供选择，每种模式又有通明或非通明呼吸室供选配，丈量领域为 40.0 mmols m-3（0-896ppm）, 分辨率为1ppm，带有自动零校准装置

11. 形象监测：Vaisala形象传感器，气温监测领域-52℃～60℃，精确度±0.3℃；大气压监测领域600～1100hPa，精确度±0.5hPa；空气相对适度监测领域0～100%，精确度±3%；降雨量输出分辨率0.01mm，精确度5%

12. 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析

13. 根系生态观测（选配）：微根管、微根管镜及分析软件组成，标配微根管直径44mm（内径42mm），高通明度、高韧性、防雨水，微根管镜长杜仔17英寸、22英寸、28英寸、37英寸可选，微根管成像单元，1/4”彩色 CCD，像素768      x 494，信噪比48DB，可选配手持式高分辨率成像单元，1/3”彩色CCD，分辨率最高可达1600 x 1200像素；通过USB和电脑通讯、图像抓取，操作单一

上图为夏秋季分歧泥土剖面深度（5cm、12.5cm、35cm）CO2通量R（上）和CO2浓度（下）的变动情况，降雨情况拜见右纵坐标（摘自Z.Nagy等,2011)。钻研批注，涡动法丈量低估了CO2通量（出格是在通量较低的情况下），干旱区草原在暴雨后往往会产生CO2由大气向泥土的逆向通量。

产地：欧洲