土壤剖面 CO2 梯度监测系统

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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。对此近几年国外进行了一系列创造性技术方法研究，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。
性能特点：
本系统可集成土壤 CO2 传感器，土壤氧气传感器、土壤温湿度电导率传感器等原位同步测量。 二氧化碳传感器采用非色散单束双波长红外技术（NDIR),  氧气采用电化学原理。
多通道数据采集器可实现 3-9 层不同土壤深度测量。
80W 太阳能电池即可，选配无线模块，实现足不出户实施查看数据。
技术参数；
二氧化碳传感器：
单量程：0~ 10000ppm CO2
双量程：0~30000ppm 和 0~200000ppm CO2
精确度：CO2：±40ppm@25℃ , 1013hPa，0~3000ppm； ±2% @25℃ , 1013hPa，3000~ 10000ppm
校正不确定性：±18ppm@2000ppmCO2 ；±66ppmCO2 @10000ppmCO2
长期稳定性：CO2 ：±60ppm/年 @0~3000ppm

氧气传感器（选配）：
量程：0- 100% O2 ;  稳定性：±0.05%；重复性：±0.001% O2（10 ppm）

温湿度电导率传感器（选配）：
探针长度：120 或 300mm
土壤温度：-50℃-+70℃ , 分辨率：0.001℃ , 精确性：±0. 1℃（0-40℃) 或±0.5℃（全量程）
土壤湿度：0- 100%（体积含水量），分辨率：0.01%，精确性：±1%（EC<3dS/m）或±3%（EC<10dS/m） 土壤电导率：0-8dS/m ，分辨率：0.5% ，精确性：±（5%+0.05dS/m）
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。也可选配土壤氧气传感器 等。


研究结果：


参考文献：
1) 夏季石灰土 CO2 昼夜动态及其影响因素;
2) Long Term Soil Gas Monitoring as Tool to Understand Soil Processes