SoilGAS 地上多组分气体通量监测系统

 

SoilGAS 地上多组分气体通量监测系统

 

   一、箱式法技术

生态系统碳氮水交换研究不仅可用于精确测定生态系统的碳氮水收支，而且有助于改善区域和全球的碳循环、氮循环、水平衡模型以及预测生态系统对全球变化的响应和适应，监测碳氮源、汇的变化，为评估生态系统的固碳能力及物质通量变化提供基础数据。

 

生态系统碳交换测量方法有三种：涡度相关（(eddy covariance)）、测树学(biometry)和箱式法(chamber methods)。涡度相关法可连续、直接地测定生态系统尺度的净碳交换，但不能直接区分总初级生产（GPP）和生态系统呼吸（Re），且场地要求严格，在某些气象条件和时间段不可用。

箱式法作为一种简单、快捷的观测手段，通过遮光、排除植物或其地上部分等实验手段，能够对低矮植被的净生态系统碳交换（NEE）、生态系统呼吸、土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）进行直接观测。

大量的研究发现涡度相关法、测树学法和箱式法在测量生态系统碳收支时结果差异很大。例如东北林大王兴昌团队通过分析文献数据，发现EC法测定的NEP平均比测树学法高25%，而EC法测定的的Re比箱式法低10%。

增大箱式法的箱体尺寸，集涡度相关法和箱式法于一体，在同样的尺度上对比研究，成为探究三种测量技术结果差异的途径之一。

二、箱式法尺度

王迎红等通过长期野外观测土壤温室气体的实验得出，农田生态系统宜使用65 cm × 65 cm × 90 cm的中大型采样箱，草地生态系统宜采用40 cm × 40 cm × 25 cm的中型采样箱[1]，生态系统的交换需要比观测土壤气体更大的箱体。

早期箱式法采用静态箱，因间歇式低频人工观测结果随机误差大、时间代表性差的问题，后来出现了自动开闭的自动箱。

自动箱有2种，一种测量时覆盖地表，测量完成后自动移动到侧面，对测点无遮挡，但这种自动箱面积小、高度低，一般只能用于测量裸地的土壤呼吸，测量覆地的草本生态系统时因面积小代表性差。另外一种是带框架的自动箱，不测量时无法完全打开，会影响测量点的气体扩散，影响测量精度。

自动箱底面积小、高度低	带框架的自动箱 无法完全打开(来自网络)

 

iChamber 群落自动箱是澳作公司拥有自主知识产权、自主研发、国内生产的产品，集六项设计专利于一体，独一无二的无框架、无立柱设计，高度随植物生长可调、面积可达1平米、高度2米，可用于生态系统碳交换在线测量。

 

 

   S120型iChamber面积1M²（直径1.2M），高度2.0米，可测量灌木、苗木，用于森林、湿地、荒漠植被等生态系统交换测量。

 

   S62型iChamber面积0.3M²（直径0.62M），高度1.1米，用于农田生态系统，带植被的湿地、荒漠生态系统，带藤曼、灌木的草地、城市生态系统。

 

S35型iChamber面积0.08M²（直径0.35M），高度0.5米，用于草地生态系统。

 

三、iChamber自动箱特点

  箱式法测量交换量有稳态和非稳态2种测量模式[2]，稳态法因气体调节复杂，只用于面积小、高度低的箱体，一般用于测量土壤呼吸；非稳态测量技术通过单位时间内透明箱内气体浓度变化计算净交换量。

  因箱效应对测量精度的影响随着箱体高度增大可明显降低，所以在线测量净交换量要采用面积大的高箱体。iChamber生态系统碳氮水交换在线测量系统在传统的自动箱技术上，进行了如下改进：

1、       箱体高度超过冠层

测量时，箱体自动升高，可达2米，可超过植被冠层，测量结束后，箱体高度自动下降。未测量时，测点和大田微气候条件一致，箱体不改变测点的环境因子，无需象静态箱法定期更换测量地点。

 

2、       箱体高透光，直接测量净交换量

透明箱体采用高透光率材料，测量时不影响植被的光合过程。也可选用非透明箱体只测量呼吸过程。因iChamber生态系统碳氮水交换在线测量系统可全时、自动测量，透明箱体可在夜间自动测量呼吸过程，确保观测数据的连续性。

 

四、多组分气体分析仪特点

  SoilGAS多组分气体通量监测系统，气体分析仪采用激光光谱技术，通过激光波长扫描气体分子的吸收线，获取分子的高分辨率吸收光谱，来测量气体组分和浓度。 测量速度快，且精度高。

五、系统设计

   SoilGAS 地上多组分气体通量监测系统由气体分析仪、iChamber自动箱、多路控制器等组成，可在线、连续测量多个小区的土壤CO2、CH4、N2O、H2O排放通量。系统布设图如下：

      

六、技术参数

1、自动箱尺寸：

面积1M²（直径1.2M）高度2.0米；

面积0.3M²（直径0.62M）高度1.1米；

面积0.08M²（直径0.35M）高度0.5米

2、升降高度：随植物长高自动调节

3、呼吸罩类型：透光/不透光可选

4、气体测量原理：激光吸收光谱

5、气体浓度范围及精度

5.1 SoilGAS-300N CO2 CH4 H2O分析仪 推荐指标

技术指标	CO2	CH4	H20
精度（1s）	0.13ppm	10ppb	10ppm
精度（10s）	0.1ppm	7ppb	6ppm
精度确保范围	0~2000ppm	0~100ppm	0~5%

 

 

 

 

 

（不推荐指标，CO2范围太大）

技术指标	CO2	CH4	H20
精度（1s）	0.4ppm	50ppb	50ppm
精度确保范围	0~10000ppm	0~100ppm	0~5%

 

 

 

 

5.2 SoilGAS-300N3C CO CO2 CH4分析仪

技术指标	CO2	CH4	CO
精度（1s）	0.13ppm	10ppb	0.13ppm
精度（10s）	0.1ppm	7ppb	0.1ppm
精度确保范围	0~2000ppm	0~100ppm	0~100ppm
测量误差	±1%	±1%	±1%
采样速率	2HZ	2HZ	2HZ

 

 

 

 

 

 

 

5.3 SoilGAS-200M N2O H2O分析仪

技术指标	N2O	H20
精度（1s）	0.2ppb	1ppm
精度（10s）	0.12ppb	0.6ppm
精度确保范围	0~100ppm	0~5%
测量误差	±1%
采样速率	2HZ	2HZ

 

5.4 SoilGAS-400M CO2 CH4 N2O H2O分析仪

技术指标	CO2	CH4	N2O	H20
精度（1s）	0.13ppm	10ppb	0.2ppb	10ppm
精度（10s）	0.1ppm	7ppb	0.12ppb	6ppm
精度确保范围	0~2000ppm	0~100ppm	0~100ppm	0~5%

 

5.5 SoilGAS-400MM CO2 CH4 N2O H2O分析仪

技术指标	CO2	CH4	N2O	H20
精度（1s）	0.13ppm	1ppb	0.2ppb	10ppm
精度（10s）	0.1ppm	0.5ppb	0.12ppb	6ppm
精度确保范围	0~2000ppm	0~100ppm	0~100ppm	0~5%

 

分析仪其它参数：

取样温度	-20~60℃
取样湿度	＜90%RH，无冷凝
取样流速	可选配
数据输出	RS485
供电	DC24V

 

6. iChamber-G采气矛
7.  
8. 采气矛最大浸水深度<30cm

6.2与土壤气体平衡时间：<600秒

6.3采气矛规格

透气孔直径：0.1um

气体交换面积：110cm²

采气腔体容积：20ml

直径：长度150mm

6.4导气管长度：3米（最多可延长至5米）

6.5导气管直径：外径4mm, 内径2mm

 

产地: 中国 澳作公司