前言

土壤是全球氣候變化中極為重要的碳源和碳匯，土壤呼吸對(duì)大氣CO₂含量的影響已經(jīng)引起越來(lái)越多研究者的注意,。SRS-2000 T是基于LCpro T光合儀加裝土壤呼吸室組成的便攜式土壤呼吸系統(tǒng)，專(zhuān)為測(cè)量土壤呼吸及其他野外氣體交換而設(shè)計(jì)。

組成

儀器包括一個(gè)觸摸屏控制臺(tái),、一個(gè)手柄和一個(gè)1升的土壤呼吸室,，可對(duì)呼吸室內(nèi)的CO₂和H₂O濃度進(jìn)行程序調(diào)控，模擬不同梯度下的土壤呼吸情況,。高精度微型CO₂紅外氣體分析儀直接安裝于手柄內(nèi),，大大減少CO₂到分析儀測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間。

上圖左為主機(jī)加土壤呼吸室測(cè)量土壤呼吸實(shí)例照片,，上圖右為英國(guó)劍橋科研人員使用該系統(tǒng)在南極洲測(cè)量土壤呼吸與藻類(lèi)光合作用現(xiàn)場(chǎng)照片

儀器測(cè)量過(guò)程以開(kāi)放模式進(jìn)行,，環(huán)境空氣與呼吸室氣體不斷循環(huán)，以保證作為樣品的土壤保持自然狀態(tài),。土壤呼吸室由一個(gè)上部呼吸室和一個(gè)下部不銹鋼環(huán)刀構(gòu)成,。上部呼吸室平衡設(shè)計(jì)極大的避免了氣壓和風(fēng)對(duì)于測(cè)量的影響。下部不銹鋼環(huán)刀插入土壤,，不論土壤條件如何,，保證上面的呼吸室處于最佳位置，并能夠保證對(duì)土壤的最小擾動(dòng),。

用戶可選擇PVC適配器,，以PVC管替代環(huán)刀，適合大面積多點(diǎn)布設(shè),，節(jié)約成本,。

測(cè)量室

選配不同葉室和呼吸室，可以測(cè)量葉片光合作用（選用不同類(lèi)型葉室）,、果實(shí)或整株植物光合作用（選配果蔬光合-呼吸室）,、小型群落光合-呼吸（選配透明群落光合-呼吸室）、土壤呼吸等,，全面分析研究土壤植物碳源碳匯功能,。

上圖從左到右依次為寬葉室、窄葉室,、LED光源,、熒光儀聯(lián)用葉室、小型葉室

上圖從左到右依次為針葉室,、果實(shí)測(cè)量室,、土壤呼吸室,、多功能測(cè)量室、冠層室

應(yīng)用領(lǐng)域

?碳源碳匯研究

?全球氣候變化

?土地利用方式改變

?生態(tài)修復(fù)研究

?植物生理生態(tài)研究

主要特點(diǎn)

l便攜性：拎之即走,，非常合適野外大面積多點(diǎn)采樣調(diào)查,。

l電池續(xù)航：滿電連續(xù)工作16小時(shí)。

lGPS定位：經(jīng)度,、緯度,、海拔數(shù)據(jù)與土壤呼吸數(shù)據(jù)同步獲取。

l環(huán)境因子：呼吸室CO₂和H₂O梯度調(diào)控,。

l堅(jiān)固可靠：控制臺(tái)包含全部功能,，呼吸室流量控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ),，彩色360度可見(jiàn)觸摸屏,。

l惡劣條件下使用：高濕度/多塵環(huán)境表現(xiàn)出色。

l空間和時(shí)間分布研究：用戶可自行設(shè)定采樣間隔,，儀器會(huì)自動(dòng)工作采集數(shù)據(jù),。

l數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸：SD卡存儲(chǔ)，用戶最喜愛(ài)的方式,，也可通過(guò)USB線下載數(shù)據(jù),。

技術(shù)指標(biāo)

¨CO₂氣體量程：0~3000ppm。

¨CO₂分辨率：1ppm,。

¨CO₂分析單元：開(kāi)路設(shè)計(jì),，鍍金、mini化,、時(shí)域差分設(shè)計(jì)(避免雙IRGA平衡校準(zhǔn)漂變) IRGA,，溫度、氣壓自動(dòng)補(bǔ)償,，零點(diǎn)自動(dòng)校正,。

¨H₂O分析單元：0~75mbar，0.1mbar 分辨率,，2個(gè)高精度激光微調(diào)濕度傳感器以提供超穩(wěn)定性蒸騰數(shù)據(jù),。

¨環(huán)境因子調(diào)控：CO₂最大控制為2000ppm，H₂O控制可低于或高于當(dāng)前環(huán)境濕度,。

¨PAR傳感器：0~3000μmol m^-2 sec^-1,，硅光電池。

¨呼吸室溫度：0~50℃,，高精度熱電偶,，準(zhǔn)確度+/- 0.2°C。

¨土壤溫度：5°C~50°C,，手動(dòng)定位土壤溫度探頭,。

¨土壤呼吸室流速：68~340μmol m^-2 sec^-1,。

¨預(yù)熱時(shí)間：5 minutes @ 20°C。

¨顯示屏：彩色WQVGA LCD觸摸屏,，480 x 272像素，尺寸95 x 53.9 mm,，對(duì)角線長(zhǎng)109mm,。

¨數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)：SD卡，最大支持32G,。

¨電池：7.5Ah,，12V鋰離子電池，提供16小時(shí)續(xù)航,。

¨充電器：通用輸入電壓,，13.8V輸出。

¨數(shù)據(jù)輸出口1：Mini-B轉(zhuǎn)USB,。

¨數(shù)據(jù)輸出口2：RS232,，9針D型口。

¨操作溫度：5°C~45°C,。

¨控制臺(tái)尺寸與重量：230?110?170mm,，4.1kg。

¨手柄重量：0.8kg,。

¨呼吸室構(gòu)成：下部不銹鋼環(huán)刀,，上部丙烯塑料透明罩。

¨體積：1L,。

¨直徑：130mm,。

¨高度：不銹鋼環(huán)刀高75mm，丙烯塑料透明罩高70mm,。

¨重量：環(huán)刀325g,，透明罩320g。

應(yīng)用案例

柴油污染土壤會(huì)增加CO₂排放,，華沙的研究人員（Edyta Hewelke et al. 2018）此次評(píng)估了柴油燃料污染對(duì)森林土壤CO₂釋放量和疏水性的影響,。

石油產(chǎn)品污染土壤是一個(gè)主要的環(huán)境問(wèn)題，而石油產(chǎn)品是人類(lèi)活動(dòng)造成的常見(jiàn)土壤污染物,，它們正在引起土壤生物（特別是微生物）過(guò)程,，化學(xué)成分，結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的重大變化,。這項(xiàng)研究的主要目的是評(píng)估土壤濕度對(duì)柴油污染的白樺土壤的CO₂釋放的影響,。對(duì)兩個(gè)森林樣地的四土壤層進(jìn)行兩組污染處理（分別是3000和9000毫克柴油/千克土壤），兩個(gè)樣地初始土壤拒水性各不相同,。使用便攜式紅外氣體分析儀（LCpro+, ADC BioScientific, UK）測(cè)量CO₂排放,，土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室條件下干燥（從飽和到風(fēng)干）,，利用水滴滲透時(shí)間實(shí)驗(yàn)評(píng)估土壤拒水性。對(duì)CO₂排放數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（ANOVA）,，得到的結(jié)果表明,，柴油污染土壤的CO₂排放量高于未污染土壤的CO₂排放量。最初的拒水土壤被發(fā)現(xiàn)有更大的二氧化碳排放量,，土壤含水量與CO₂外排之間的非線性關(guān)系僅存在于土壤上層,，而對(duì)于更深的土壤層，外排實(shí)際上與土壤含水量無(wú)關(guān),。柴油污染土壤會(huì)增加土壤的拒水性,。

結(jié)果見(jiàn)下圖：

獲得的數(shù)據(jù)通常與Luo和Zhou（2006）的發(fā)現(xiàn)一致，即土壤含水量通過(guò)限制較高水含量下的氧擴(kuò)散和低含水量下可溶性底物的擴(kuò)散而間接影響CO₂釋放,。Chayawat等人的實(shí)地觀察結(jié)果2012）表明,，降雨事件后，土壤中的CO₂釋放會(huì)受到土壤含水量的影響,。

產(chǎn)地

英國(guó)

選配技術(shù)方案

1)可選配不同類(lèi)型葉室以測(cè)量葉片光合作用

2)可選配不同呼吸室組件以測(cè)量果實(shí)/整株植物/小型群落光合-呼吸作用

3)可選配高光譜成像以評(píng)估土壤微生物呼吸作用

4)可選配紅外熱成像研究土壤水分,、溫度變化對(duì)呼吸影響

5)可選配ECODRONE?無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進(jìn)行時(shí)空格局調(diào)查研究

部分參考文獻(xiàn)

1)Edyta Hewelke et al. 2018. The Impact of Diesel Oil Pollution on the Hydrophobicity and CO2 Efflux of Forest Soils. Water Air Soil Pollut, 229: 51.

2)Fér, M. et al. 2018. Influence of soil–water content on CO2 efflux within the elevation transect heavily impacted by erosion” Ecohydrology. 2018;e1989. https://doi.org/10.1002/eco.1989.

3)T F Wang et al. 2018. “Diurnal Change of Soil Carbon Flux of Binhai New District” IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 150 012007.

4)Lang, R. et al. 2017. “Seasonal differences in soil respiration and methane uptake in rubber plantation and rainforest” Agriculture, Ecosystems and Environment 240, 314-312.

5)Li, Xianwen, et al. 2016. “Evaluation of evapotranspiration and deep percolation under mulched drip irrigation in an oasis of Tarim basin, China.” Journal of Hydrology 538 (2016): 677-688.