SCG-3土壤剖面CO2梯度监测系统

土壤呼吸是陆地生态系统的主要碳源，据报道，欧洲通量项目EUROFLUX 18个森林类型的平均年土壤呼吸占其总初级生产力的49%（Janssens et al., 2001），Law等（Law et al. 2001）研究发现，土壤呼吸约占整个生态系统呼吸的四分之三。土壤碳库细微的变化都将对大气CO2浓度造成重大影响，因此研究土壤碳动态及其CO2排放对于预测大气CO2浓度变化成为迫切的重要课题。有关土壤表层CO2通量（土壤总呼吸）研究很多，但这显然并不足以阐释土壤CO2生产过程，土壤剖面CO2垂直梯度研究越来越成为土壤呼吸乃至生态系统碳循环研究的热点。土壤不同层面（深度）CO2生产的持续监测对于理解土壤CO2动态极为重要，可以阐明由土壤到大气CO2通量随季节、光照、温度、湿度及土壤特性的变化特征。对此近几年国外进行了一系列创造性技术方法研究，SCG-3土壤剖面CO2梯度监测系统即是根据上述研究而研发集成的原位CO2持续监测集成系统。

根据菲克第一定律(Fick’s first law)，在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J表示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m⁻² s⁻¹）即根据该定律求出，具体计算公式为：J= -D(dC/dx)，其中D 为CO2在土壤中的扩散系数(单位为m²/s，与土壤温度、土壤体积含水量及土壤空隙度有关)，C为深度为x（单位为m）的CO2浓度，dC/dx为浓度梯度，“–”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散由高浓度区向低浓度区扩散。

SCG土壤剖面CO2梯度监测系统由土壤剖面不同埋深的CO2传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、土壤表层呼吸室（备选）、数据采集器及地面气象站组成，土壤表层呼吸室分透明和非透明两种，其中透明呼吸室用于测量土壤呼吸与植物光合作用的净呼吸。

系统的特点：

l         非扰动原位持续测量土壤剖面CO2、水分、温度（标准配置为3层），可通过菲克第一定律求出土壤CO2通量

l         自动测量记录空气温湿度、气压、PAR等

l         透明或非透明土壤呼吸室法测量表层土壤呼吸，可用于补充或校准土壤剖面CO2梯度测量数据

l         基本配置为高性价比配置，配置有国产气象站

l         光合监测配置配有宽叶或窄叶光合测量室，有透明叶室和非透明叶室，可监测分析植物光呼吸、暗呼吸及净光合与根系呼吸的关系

l         可选配BTC微根窗根系动态监测系统

l         蓄电池供电或太阳能供电

上图为夏秋季不同剖面深度CO2通量R（上）和CO2浓度（下）的变化情况，降雨情况参见右纵坐标（摘自Z.Nagy等,2011)

主要技术指标：

1.     土壤水分测量： TDR测量技术，测量范围0-100%体积含水量，精确度±2%

2.     土壤温度测量范围：-15℃~+50℃（可定制其他温度量程），测量精度：±0.2℃

3.     土壤CO2测量：CARBOCAP^âCO2传感器，非色散单束双波长红外技术（NDIR），测量范0-2000ppm、0-3000ppm、0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm 可选，精度±1.5%，相应时间30妙。

产地：欧洲