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SCG-3土壤剖面CO2梯度監(jiān)測系統(tǒng)

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳源，據(jù)報(bào)道，歐洲通量項(xiàng)目EUROFLUX 18個(gè)森林類型的平均年土壤呼吸占其總初級生產(chǎn)力的49%（Janssens et al., 2001），Law等（Law et al. 2001）研究發(fā)現(xiàn)，土壤呼吸約占整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)呼吸的四分之三。土壤碳庫細(xì)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(dòng)態(tài)及其CO2排放對于預(yù)測大氣CO2濃度變化成為迫切的重要課題。有關(guān)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(chǎn)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(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)。土壤不同層面（深度）CO2生產(chǎn)的持續(xù)監(jiān)測對于理解土壤CO2動(dòng)態(tài)極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節(jié)、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。對此近幾年國外進(jìn)行了一系列創(chuàng)造性技術(shù)方法研究，SCG-3土壤剖面CO2梯度監(jiān)測系統(tǒng)即是根據(jù)上述研究而研發(fā)集成的原位CO2持續(xù)監(jiān)測集成系統(tǒng)。

根據(jù)菲克第一定律(Fick’s first law)，在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量（稱為擴(kuò)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(jù)該定律求出，具體計(jì)算公式為：J= -D(dC/dx)，其中D 為CO2在土壤中的擴(kuò)散系數(shù)(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(guān))，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(kuò)散方向?yàn)闈舛忍荻鹊姆捶较颍磾U(kuò)散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。

SCG土壤剖面CO2梯度監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)的特點(diǎn)：

l???????? 非擾動(dòng)原位持續(xù)測量土壤剖面CO2、水分、溫度（標(biāo)準(zhǔn)配置為3層），可通過菲克第一定律求出土壤CO2通量

l???????? 自動(dòng)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(bǔ)充或校準(zhǔn)土壤剖面CO2梯度測量數(shù)據(jù)

l???????? 基本配置為高性價(jià)比配置，配置有國產(chǎn)氣象站

l???????? 光合監(jiān)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(jiān)測分析植物光呼吸、暗呼吸及凈光合與根系呼吸的關(guān)系

l???????? 可選配BTC微根窗根系動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

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(biāo)（摘自Z.Nagy等,2011)

主要技術(shù)指標(biāo)：

1.???? 土壤水分測量： TDR測量技術(shù)，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(shù)（NDIR），測量范0-2000ppm、0-3000ppm、0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm 可選，精度±1.5%，相應(yīng)時(shí)間30妙。

產(chǎn)地：歐洲