SCG-3土壤剖面CO2梯度監測系統

土壤呼吸是陸地生態系統的主要碳源，據報道，歐洲通量項目EUROFLUX 18個森林類型的平均年土壤呼吸占其總初級生產力的49%（Janssens et al., 2001），Law等（Law et al. 2001）研究發現，土壤呼吸約占整個生態系統呼吸的四分之三。土壤碳庫細微的變化都將對大氣CO2濃度造成重大影響，因此研究土壤碳動態及其CO2排放對于預測大氣CO2濃度變化成為迫切的重要課題。有關土壤表層CO2通量（土壤總呼吸）研究很多，但這顯然并不足以闡釋土壤CO2生產過程，土壤剖面CO2垂直梯度研究越來越成為土壤呼吸乃至生態系統碳循環研究的熱點。土壤不同層面（深度）CO2生產的持續監測對于理解土壤CO2動態極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。對此近幾年國外進行了一系列創造性技術方法研究，SCG-3土壤剖面CO2梯度監測系統即是根據上述研究而研發集成的原位CO2持續監測集成系統。

根據菲克第一定律(Fick’s first law)，在單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質流量（稱為擴散通量Diffusion flux，用J表示）與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m^?2 s^?1）即根據該定律求出，具體計算公式為：J= -D(dC/dx)，其中D 為CO2在土壤中的擴散系數(單位為m²/s，與土壤溫度、土壤體積含水量及土壤空隙度有關)，C為深度為x（單位為m）的CO2濃度，dC/dx為濃度梯度，“–”號表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散由高濃度區向低濃度區擴散。

SCG土壤剖面CO2梯度監測系統由土壤剖面不同埋深的CO2傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、土壤表層呼吸室（備選）、數據采集器及地面氣象站組成，土壤表層呼吸室分透明和非透明兩種，其中透明呼吸室用于測量土壤呼吸與植物光合作用的凈呼吸。

系統的特點：

l???????? 非擾動原位持續測量土壤剖面CO2、水分、溫度（標準配置為3層），可通過菲克第一定律求出土壤CO2通量

l???????? 自動測量記錄空氣溫濕度、氣壓、PAR等

l???????? 透明或非透明土壤呼吸室法測量表層土壤呼吸，可用于補充或校準土壤剖面CO2梯度測量數據

l???????? 基本配置為高性價比配置，配置有國產氣象站

l???????? 光合監測配置配有寬葉或窄葉光合測量室，有透明葉室和非透明葉室，可監測分析植物光呼吸、暗呼吸及凈光合與根系呼吸的關系

l???????? 可選配BTC微根窗根系動態監測系統

l???????? 蓄電池供電或太陽能供電

上圖為夏秋季不同剖面深度CO2通量R（上）和CO2濃度（下）的變化情況，降雨情況參見右縱坐標（摘自Z.Nagy等,2011)

主要技術指標：

1.???? 土壤水分測量： TDR測量技術，測量范圍0-100%體積含水量，精確度±2%

2.???? 土壤溫度測量范圍：-15℃~+50℃（可定制其他溫度量程），測量精度：±0.2℃

3.???? 土壤CO2測量：CARBOCAP^aCO2傳感器，非色散單束雙波長紅外技術（NDIR），測量范0-2000ppm、0-3000ppm、0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm 可選，精度±1.5%，相應時間30妙。

產地：歐洲