SCG-NСистема за мониторинг на градиента на CO2 в почвения профил

Дишането на почвата е основен източник на въглерод за сухоземните екосистеми, като средното годишно дишане на почвата за 18 вида гори в рамките на европейския проект EUROFLUX представлява 49% от общата им първична производителност.Janssens et al., 2001Изследванията на Law et al. (2001) показват, че дишането на почвата представлява около три четвърти от дишането на цялата екосистема. Незначителните промени в почвените въглеродни резервоари ще окажат значително въздействие върху концентрациите на въглероден диоксид в атмосферата, така че изучаването на динамиката на въглерода в почвата и нейните емисии на въглероден диоксид е спешно важно за прогнозирането на промените в концентрациите на въглероден диоксид в атмосферата. Има много проучвания за потока на CO2 на повърхността на почвата (общото дишане на почвата), но това очевидно не е достатъчно, за да обясни процеса на производство на CO2 в почвата, а проучването на вертикалния градиент на CO2 в почвения профил все повече се превръща в гореща точка за изследване на дишането на почвата и дори на въглеродния цикъл в екосистемите. Непрекъснатото наблюдение на производството на въглероден диоксид на различни нива (дълбочини) на почвата е от изключително значение за разбирането на динамиката на въглеродния диоксид в почвата и може да разкрие характеристиките на промяната на потока на въглероден диоксид от почвата в атмосферата в зависимост от сезона, светлината, температурата, влажността и характеристиките на почвата. Освен това мониторингът на CO2 във вертикалния градиент на почвата може да се сравни с широко използвания мониторинг, свързан с въртежите, което позволява количествено изследване и анализ на обмена на въглерод в екосистемите. През последните години в чужбина са извършени редица творчески технически методи за изследване, SCG-3 система за мониторинг на градиента на CO2 в почвения профил е интегрирана система за непрекъснато мониторинг на CO2 на място въз основа на горепосочените изследвания.

Въз основаПървият закон на ФикВ случай на дифузия в стабилно състояние, потокът на дифузионно вещество през единична площ на сечение вертикално към посоката на дифузия (наречен дифузионен поток) за единица време, използвайкиJПропорционално на градиента на концентрацията в тази секция. Профил на почвата CO2 поток (μmol CO2 m⁻²s⁻¹Съгласно този закон конкретната формула за изчисляване е:

J= -D(dC/dx)

Сред тяхDКоефициент на диффузия на CO2 в почвата (в единици m)²/s， в зависимост от температурата на почвата, обемното съдържание на вода в почвата и празнотата на почвата), C е концентрацията на CO2 с дълбочина x (в единици m),dC/dxЗа градиента на концентрацията "-" означава, че посоката на разпространение е обратната на градиента на концентрацията, т.е. разпространението се разпространява от зоната с висока концентрация към зоната с ниска концентрация.

SCGСистемата за мониторинг на градиента на CO2 в почвения профил се състои от CO2 сензори с различна дълбочина в почвения профил, O2 сензори (опционално), сензори за температура на почвата, сензори за влага на почвата, дихателни камери за повърхността на почвата (опционално), събирачи на данни и наземни метеорологични станции. Дихателните камери за повърхността на почвата са прозрачни и непрозрачни, като прозрачните дихателни камери се използват за измерване на нетното дишане на почвата и фотосинтезата на растенията.

Характеристики на системата:

l Ненарушаващо на място измерване на почвения профил CO2, влага, температура (стандартна конфигурация с 3 слоя), може да се установи потокът на почвения CO2 (дишането на почвата) чрез първия закон на Фик, за да се постигне мониторинг на дишането на почвата на място с висока резолюция във времето

l VaisalaМетеорологичен сензор, който автоматично измерва температурата и влажността на въздуха, налягането, валежите, скоростта на вятъра и посоката на вятъра и др.

l Може да се извърши измерване на порозността на почвата, за да се определи коефициентът на дифузия на CO2, измерване на пропускаемостта на почвата, за да се определи връзката между пропускаемостта на почвата и влагата на почвата и потока на газ

l TRIME-PICO32Интелигентен сензор за влажност на почвата за прецизно измерване на влажността и температурата на почвата

l Допълнителен модул за мониторинг на кислорода в място на профила на почвата с един или няколко канала флуоресцентни оптични влакна

l Модул за мониторинг на потока на стъблата на растенията или модул за мониторинг на потока на стъблата на дърветата THB за мониторинг на динамичната връзка между потока на стъблата и CO2 in situ

l ACEМетод на дихателната камера на прозрачната или непрозрачната почва (опционално) за измерване на дишането на повърхността на почвата, който може да се използва за допълване, калибриране или сравнителен анализ на измерваните данни за градиента на CO2 в профила на почвата

l Безжичен пренос на данни, онлайн сърфиране и изтегляне на данни по всяко време

l Опционална система за динамичен мониторинг на микрокоренната система

l Захранване с батерии или слънчева енергия

Основни технически показатели:

1. Измерване на влажността на почвата:

a.TRIME-PICO32Интелигентен сензор, TDR измервателна технология, измервателен диапазон 0-100% обемно съдържание на вода, точност±1%с повтаряща се точност ± 0,2%, обем на измерване 250 ml (опционално с PICO64, обем на измерване 1250 ml, който точно отразява съдържанието на вода в пясъчната почва);

b.Температура на почвата: -20℃～50℃Точност на измерване: ± 0,2℃

c.Водоустойчивост IP68

2. Измерване на CO2 на почвата: нецветен лъч с двойна дължина на вълната инфрачервена технология (NDIR), измервателен диапазон 0-5000ppm, 0-7000ppm, 0-10000ppm, 0-20000 по избор, точност ± 1,5%, време на отговор 30 милиарда;

3. Мониторинг на CO2, почвената влага и температурата на почвата в стандартна конфигурация с 3-слоен (SCG-3) почвен профил

4. Едноканален или многоканален модул за измерване на кислорода в почвения профил (опционално), технология за измерване на флуоресцентни оптични влакна O2, висока стабилност, нулева консумация на кислород, време на отговор 5 секунди, диапазон от измерване 0-50%, прецизност по-добра от 0,4%

5. Стандартен 16-канален събирач на данни (32-канален опционален за мониторинг на концентрациите на CO2, влажността на почвата и температурата на почвата над 3 слоя):

a.Може да съхранява 220 000 набора данни с времеви печати, 16-битова резолюция,± 20 mV up to ± 2.5 V 8Вход в диапазона, точност 0,03%;

b.Интервалът на измерване е регулируем от 3 до 4 часа, а средният интервал на данни е от 3 до 4 часа;

c.Напрежение 6.5-15VDC, консумация на енергия в режим на готовност 150μA, измерване на консумацията на енергия 15mA тегло 140g;

d.Литиева резервна батерия, 3V, може да се използва повече от 5 години;

e.Работна температура - 20-60°C;

f.Професионален софтуер за анализ на изтегляне на данни, който може да извършва изтегляне на данни, онлайн наблюдения на данни, статистически анализи (като средно на час, средно на ден, общо, минимално, максимално, анализ на данни) и представяне на диаграми и настройки на системата;

6. Измерване на порозността на почвата: обем на камерата за налягане 1000 ml, диапазон на налягане -1 ~ 3 bar, резолюция на въздушното налягане 1 mbar

7. Измерване на дихателността на почвата на повърхността: измервателен диапазон 0,003-3 см / с, измервателно налягане 1-3 hPa, измервателен диапазон на водата 0-800 hPa, обемното съдържание на вода в почвата 0-70%

8. Модул за мониторинг на потока на стъблата с опаковка: технология за отопление SHB за мониторинг на потока на течността на стъблата от 5-20 мм

9. Модул за мониторинг на потока на стволовите стъбла: THB технология за отопление, вътрешно отопление на стволовите стъбла, за мониторинг на потока на стволовите стъбла над 10 см

10. Дихателна камера за мониторинг на повърхността на почвата CO₂Проток (по избор): стандартно оборудван като монитор на дишането на почвата ACE,Възможни са два режима: затворен и отворен, всеки с прозрачна или непрозрачна дихателна камера.Обхват на измерванеза40.0 mmols m^-3（0-896ppm）,Разрешение 1 ppm，С автоматична нулева калибрация

11. Мониторинг на времето: метеорологичен сензор Vaisala, температурен диапазон за мониторинг -52℃～60℃, точност ± 0,3 ℃; Мониторинг на налягането в диапазона от 600 до 1100 hPa с точност ± 0,5 hPa; Относно умерен диапазон на наблюдение на въздуха от 0 до 100%, точност ± 3%; Изходна резолюция на валежите 0,01 mm, точност 5%

12. Безжичен пренос на данни за сърфиране, изтегляне и статистически анализ на данни чрез софтуерен терминал

13. Екологично наблюдение на коренната система (по избор): микрокоренна тръба, микрокоренна тръба и софтуер за анализ, стандартен диаметър на микрокоренната тръба 44 мм (вътрешен диаметър 42 мм), висока прозрачност, висока устойчивост, устойчивост на дъжд, дължина на микрокоренната тръба 17 инча, 22 инча, 28 инча, 37 инча за избор, устройство за изображение на микрокоренната тръба, 1/4" цветен CCD, 768 x 494 пиксела, съотношение сигнал и шум 48DB, опционално с ръчен устройство за изображение с висока резолюция, 1/3" цветен CCD, резолюция до 1600 x 1200 пиксела; Комуникация чрез USB и компютър, сканиране на изображения, лесна работа

Графиката по-горе показва промените в потока на CO2 R (горе) и концентрацията на CO2 (долу) на различните дълбочини на профила на почвата през лятото и есента (5 см, 12,5 см, 35 см). Изследванията показват, че измерванията на вибрацията подценяват потока на въглероден диоксид (особено при по-ниски потоци), а засушените зони са склонни да имат обратен поток на въглероден диоксид от атмосферата към почвата след бурни дъждове.

Произход: Европа