SoilGAS 地上多組分氣體通量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一、箱式法技術(shù)

生態(tài)系統(tǒng)碳氮水交換研究不僅可用于精確測(cè)定生態(tài)系統(tǒng)的碳氮水收支，而且有助于改善區(qū)域和全球的碳循環(huán)、氮循環(huán)、水平衡模型以及預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)，監(jiān)測(cè)碳氮源、匯的變化，為評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力及物質(zhì)通量變化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

  生態(tài)系統(tǒng)碳交換測(cè)量方法有三種：渦度相關(guān)（(eddy covariance)）、測(cè)樹學(xué)(biometry)和箱式法(chamber methods)。渦度相關(guān)法可連續(xù)、直接地測(cè)定生態(tài)系統(tǒng)尺度的凈碳交換，但不能直接區(qū)分總初級(jí)生產(chǎn)（GPP）和生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re），且場(chǎng)地要求嚴(yán)格，在某些氣象條件和時(shí)間段不可用。

箱式法作為一種簡(jiǎn)單、快捷的觀測(cè)手段，通過遮光、排除植物或其地上部分等實(shí)驗(yàn)手段，能夠?qū)Φ桶脖坏膬羯鷳B(tài)系統(tǒng)碳交換（NEE）、生態(tài)系統(tǒng)呼吸、土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）進(jìn)行直接觀測(cè)。

大量的研究發(fā)現(xiàn)渦度相關(guān)法、測(cè)樹學(xué)法和箱式法在測(cè)量生態(tài)系統(tǒng)碳收支時(shí)結(jié)果差異很大。例如東北林大王興昌團(tuán)隊(duì)通過分析文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)EC法測(cè)定的NEP平均比測(cè)樹學(xué)法高25%，而EC法測(cè)定的的Re比箱式法低10%。

增大箱式法的箱體尺寸，集渦度相關(guān)法和箱式法于一體，在同樣的尺度上對(duì)比研究，成為探究三種測(cè)量技術(shù)結(jié)果差異的途徑之一。

二、箱式法尺度

王迎紅等通過長(zhǎng)期野外觀測(cè)土壤溫室氣體的實(shí)驗(yàn)得出，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)宜使用65 cm × 65 cm × 90 cm的中大型采樣箱，草地生態(tài)系統(tǒng)宜采用40 cm × 40 cm × 25 cm的中型采樣箱^[1]，生態(tài)系統(tǒng)的交換需要比觀測(cè)土壤氣體更大的箱體。

早期箱式法采用靜態(tài)箱，因間歇式低頻人工觀測(cè)結(jié)果隨機(jī)誤差大、時(shí)間代表性差的問題，后來出現(xiàn)了自動(dòng)開閉的自動(dòng)箱。

自動(dòng)箱有2種，一種測(cè)量時(shí)覆蓋地表，測(cè)量完成后自動(dòng)移動(dòng)到側(cè)面，對(duì)測(cè)點(diǎn)無遮擋，但這種自動(dòng)箱面積小、高度低，一般只能用于測(cè)量裸地的土壤呼吸，測(cè)量覆地的草本生態(tài)系統(tǒng)時(shí)因面積小代表性差。另外一種是帶框架的自動(dòng)箱，不測(cè)量時(shí)無法打開，會(huì)影響測(cè)量點(diǎn)的氣體擴(kuò)散，影響測(cè)量精度。

自動(dòng)箱底面積小、高度低

                                  帶框架的自動(dòng)箱 無法打開(來自網(wǎng)絡(luò))

iChamber 群落自動(dòng)箱是澳作公司擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、自主研發(fā)、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品，集六項(xiàng)設(shè)計(jì)于一體，的無框架、無立柱設(shè)計(jì)，高度隨植物生長(zhǎng)可調(diào)、面積可達(dá)1平米、高度2米，可用于生態(tài)系統(tǒng)碳交換在線測(cè)量。

  S120型iChamber面積1M2（直徑1.2M），高度2.0米，可測(cè)量灌木、苗木，用于森林、濕地、荒漠植被等生態(tài)系統(tǒng)交換測(cè)量。

S62型iChamber面積0.3M2（直徑0.62M），高度1.1米，用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，帶植被的濕地、荒漠生態(tài)系統(tǒng)，帶藤曼、灌木的草地、城市生態(tài)系統(tǒng)。

                                S35型iChamber面積0.08M2（直徑0.35M），高度0.5米，用于草地生態(tài)系統(tǒng)。

三、iChamber自動(dòng)箱特點(diǎn)

    箱式法測(cè)量交換量有穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)2種測(cè)量模式^[2]，穩(wěn)態(tài)法因氣體調(diào)節(jié)復(fù)雜，只用于面積小、高度低的箱體，一般用于測(cè)量土壤呼吸；非穩(wěn)態(tài)測(cè)量技術(shù)通過單位時(shí)間內(nèi)透明箱內(nèi)氣體濃度變化計(jì)算凈交換量。

因箱效應(yīng)對(duì)測(cè)量精度的影響隨著箱體高度增大可明顯降低，所以在線測(cè)量?jī)艚粨Q量要采用面積大的高箱體。

iChamber生態(tài)系統(tǒng)碳氮水交換在線測(cè)量系統(tǒng)在傳統(tǒng)的自動(dòng)箱技術(shù)上，進(jìn)行了如下改進(jìn)：

1、 箱體高度超過冠層

測(cè)量時(shí)，箱體自動(dòng)升高，可達(dá)2米，可超過植被冠層，測(cè)量結(jié)束后，箱體高度自動(dòng)下降。未測(cè)量時(shí)，測(cè)點(diǎn)和大田微氣候條件一致，箱體不改變測(cè)點(diǎn)的環(huán)境因子，無需象靜態(tài)箱法定期更換測(cè)量地點(diǎn)。

2、 箱體高透光，直接測(cè)量?jī)艚粨Q量

透明箱體采用高透光率材料，測(cè)量時(shí)不影響植被的光合過程。也可選用非透明箱體只測(cè)量呼吸過程。因iChamber生態(tài)系統(tǒng)碳氮水交換在線測(cè)量系統(tǒng)可全時(shí)、自動(dòng)測(cè)量，透明箱體可在夜間自動(dòng)測(cè)量呼吸過程，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

四、多組分氣體分析儀特點(diǎn)

SoilGAS多組分氣體通量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，氣體分析儀采用激光光譜技術(shù)，通過激光波長(zhǎng)掃描氣體分子的吸收線，獲取分子的高分辨率吸收光譜，來測(cè)量氣體組分和濃度。 測(cè)量速度快，且精度高。

五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

   SoilGAS 地上多組分氣體通量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由氣體分析儀、iChamber自動(dòng)箱、多路控制器等組成，可在線、連續(xù)測(cè)量多個(gè)小區(qū)的土壤CO₂、CH₄、N₂O、H₂O排放通量。系統(tǒng)布設(shè)圖如下：

六、技術(shù)參數(shù)

1、自動(dòng)箱尺寸：

面積1M2（直徑1.2M）高度2.0米；

面積0.3M2（直徑0.62M）高度1.1米；

面積0.08M2（直徑0.35M）高度0.5米

2、升降高度：隨植物長(zhǎng)高自動(dòng)調(diào)節(jié)

3、呼吸罩類型：透光/不透光可選

4、氣體測(cè)量原理：激光吸收光譜

5、氣體濃度范圍及精度

CO₂：0-10000ppm，CH₄：0-100ppm N₂O：0-100ppm  H₂O:0-5%

檢測(cè)精度：CO₂≤0.15ppm，CH₄≤10ppb N₂O≤10ppb  H₂O≤1ppm

產(chǎn)地: 中國(guó) 澳作公司