前言

  土壤是全球氣候變化中極為重要的碳源和碳匯,，土壤呼吸對大氣CO₂含量的影響已經(jīng)引起越來越多研究者的注意。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),，專為測量土壤呼吸及其他野外氣體交換而設(shè)計。

 

組成

  儀器包括一個觸摸屏控制臺,、一個手柄和一個1升的土壤呼吸室,，可對呼吸室內(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到分析儀測量的響應(yīng)時間。

 

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

 

  儀器測量過程以開放模式進(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),。土壤呼吸室由一個上部呼吸室和一個下部不銹鋼環(huán)刀構(gòu)成。上部呼吸室平衡設(shè)計極大的避免了氣壓和風(fēng)對于測量的影響,。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,，并能夠保證對土壤的最小擾動,。

  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。

 

測量室

選配不同葉室和呼吸室,，可以測量葉片光合作用（選用不同類型葉室）,、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)測量室,、土壤呼吸室、多功能測量室,、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)

• 便攜性：拎之即走,，非常合適野外大面積多點(diǎn)采樣調(diào)查。
• 電池續(xù)航：滿電連續(xù)工作16小時,。
• GPS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,。
• 環(huán)境因子：呼吸室CO₂和H₂O梯度調(diào)控,。
• 堅(jiān)固可靠：控制臺包含全部功能，呼吸室流量控制,，實(shí)時數(shù)據(jù)顯示和存儲,，彩色360度可見觸摸屏。
• 惡劣條件下使用：高濕度/多塵環(huán)境表現(xiàn)出色,。
• 空間和時間分布研究：用戶可自行設(shè)定采樣間隔,，儀器會自動工作采集數(shù)據(jù)。
• 數(shù)據(jù)存儲與傳輸：SD卡存儲,，用戶最喜愛的方式,，也可通過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：開路設(shè)計，鍍金,、mini化,、時域差分設(shè)計(避免雙IRGA平衡校準(zhǔn)漂變) IRGA，溫度,、氣壓自動補(bǔ)償,，零點(diǎn)自動校正。
• H₂O分析單元：0~75mbar,，0.1mbar 分辨率,，2個高精度激光微調(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,，對角線長109mm,。
• 數(shù)據(jù)與存儲：SD卡，最大支持32G,。
• 電池：7.5Ah,，12V鋰離子電池，提供16小時續(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

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

 

 

  石油產(chǎn)品污染土壤是一個主要的環(huán)境問題,，而石油產(chǎn)品是人類活動造成的常見土壤污染物,，它們正在引起土壤生物（特別是微生物）過程,，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估土壤濕度對柴油污染的白樺土壤的CO₂釋放的影響,。對兩個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），利用水滴滲透時間實(shí)驗(yàn)評估土壤拒水性,。對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，而對于更深的土壤層,，外排實(shí)際上與土壤含水量無關(guān),。柴油污染土壤會增加土壤的拒水性。

 

結(jié)果見下圖：

 

 

 

  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釋放會受到土壤含水量的影響,。

產(chǎn)地：英國

 

選配技術(shù)方案

1)可選配不同類型葉室以測量葉片光合作用

2)可選配不同呼吸室組件以測量果實(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、溫度變化對呼吸影響

5)可選配ECODRONE?無人機(jī)平臺搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進(jìn)行時空格局調(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.