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土壤碳研究监测技术

来宝网 2012/5/17点击2963次

土壤碳研究监测技术
 http://www.aozuo.com.cn 2012-03-12
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土壤表层CO2通量（CO2 efflux），或称土壤呼吸，是生物圈碳循环的主要组成部分，约占整个生态系统呼吸的四分之三（Law et al.， 2001）。由于土壤呼吸在全球变暖中的潜在和富有争议的角色地位，土壤CO2通量已成为当前气候变化研究的热点。另一方面，全球FLUXNET网络涡度相关CO2通量测量数据也需要通过土壤呼吸监测来解析和解释。土壤呼吸测量方法一般有气体抽样分析法、林冠下层涡度相关法及呼吸室法，由于前两种方法存在一些缺陷，呼吸室法（Chamber technique）已越来越被得到广泛的应用，另外近几年来土壤剖面CO2连续测量监测技术也越来越引起高度重视。有研究报道认为，土壤呼吸与总初级生产力（GPP）和冠层光合作用呈相关关系，同时与根系动态也呈很强的相关关系，但有关直接的野外测量数据仍然缺乏（Tang et al.，2005)。为了对我国土壤碳研究提供方法技术支撑，澳作公司特与国外先进仪器技术研发公司合作，就目前国际通用的有关研究技术方法进行汇总，如需更多详细内容可致电010-82675321/22/23.
 
 
一、ACE土壤呼吸监测
 
ACE土壤呼吸监测技术由英国ADC公司根据呼吸室法研制，ACE土壤呼吸监测仪（简称ACE）由可自动开启的呼吸室、内置CO2分析仪的旋转臂及控制单元组成一个完整紧凑的野外监测仪器，包括封闭透明式、封闭非透明式、开放透明式、开放非透明式等所有呼吸室测量方法技术，可定点全自动连续监测土壤呼吸及土壤温度、土壤水分和PAR，防水防尘，数据自动存储到存储卡中，12V 40Ah蓄电池可在野外连续监测约近1个月时间。 详细信息请参阅: http://www.aozuo.com.cn/Page/ProductDetailInfo.aspx?ProductId=1338
 
 
 
二、ACE-Net多通道土壤呼吸监测系统
 
1.      ACE-Net由ACE单机与中央控制单元（系统控制主机）组成，是目前世界上唯一可大面积多点（多通道）持续同步化监测土壤呼吸的仪器设备。通过中央控制箱可连接最多30个ACE单机（可根据预算及研究需求选配ACE单机数量及测量模式如开放式测量、封闭式测量、透明呼吸室、非透明呼吸室），从而组成土壤呼吸监测网络ACE-Net，ACE单机与中央控制箱通过一根电缆完成供电和数据传输功能，避免了因复杂的气路连接导致的气路滞留、响应时间慢、耗能大（需要大功率的气泵带动气流）、易损坏、不能大范围同步测量（没法进行时空分布格局研究）等缺点，ACE-Net可同步化持续监测直径200m区域范围内的土壤呼吸时空分布格局。
 
 
三、SRS便携式光合作用与土壤呼吸测量仪
 
SRS便携式光合作用与土壤呼吸测量仪（简称SRS）有SRS1000和SRS2000两种，是由英国ADC公司的LCi便携式光合仪和LCPro+便携式光合仪加土壤呼吸室组成的，其中SRS2000可以控制呼吸室内的温度、光照及CO2浓度等因子。高精度微型CO2红外气体分析仪直接安装在土壤呼吸室内，从而使分析仪直接测量土壤释放的CO2通量变化，响应时间快，另外还配有土壤温度传感器和PAR传感器。详细信息请参阅： http://www.aozuo.com.cn/Page/ProductDetailInfo.aspx?ProductId=1336
 
 
三、SoilBox-343便携式土壤CO2通量测量仪
 
Soilbox-343便携式土壤CO2通量测量仪由主机和手持式双通道数据采集显示器组成，有单通道、双通道及开放式和封闭式等几种配置供选择，用于野外土壤呼吸/CO2通量测量，SoilBox-343主机为内置CO2分析仪及空气温湿度传感器（还有PAR或太阳辐射传感器供选配）的土壤呼吸室，重量不足2kg，便携性强，可快速对不同测点的土壤CO2通量进行测量并存储在数据采集显示器内。
 
 
四、Soilbox-FMS便携式土壤气体通量测量系统
 
SoilBox-FMS便携式土壤气体通量测量系统由主机和SoilBox土壤呼吸室组成，主机内置CO2分析仪、O2分析仪及水汽分析仪（选配），并配备了气体抽样控制装置、双通道气路转换器及数据采集器，用于测量土壤呼吸（包括土壤O2、土壤CO2及呼吸商）、土壤根系呼吸、湿地气体通量测量、垃圾填埋场气体通量测量、地质碳排放、土壤异氧微生物呼吸、土壤动物呼吸、动物洞穴呼吸及生态系统净光合与净呼吸等，可广泛应用于碳源碳汇研究、生态修复研究、土壤活力监测、气候变化及动植物生理生态研究等土壤碳通量（CO2和CH4）及土壤蒸散、植被光合作用与呼吸等，还可与多通道气路转换器组成多通道测量，并可通过与土壤剖面气体抽样探头进行土壤剖面气体通量测量。
 
五、SoilLab多通道实验室土壤呼吸测量系统
 
实验室多通道土壤呼吸测量系统用于实验室土壤呼吸测量和控制实验，系统由气流发生控制装置、土壤呼吸室、多通道气路转换器、气体分析仪及数据采集器和软件（用于系统控制、数据采集、分析）组成，其中气体分析仪有H2O、CO2、CH4及O2分析仪可供选择，分辨率都达到1ppm，标准配置为CO2和H2O分析仪及温度测量。该系统可用于实验测量土壤微生物、根系乃至土壤动物的呼吸，可广泛应用于土壤微生物调查，土壤活力检测，土壤碳排放控制实验分析，各种土壤处理措施对土壤的影响分析，土壤生态修复研究检测与评估，土壤污染检测研究，气候变化对土壤碳通量的影响研究等。通过配置专用呼吸室，该系统也可用于野外原位（in-situ）测量实验。详情请参阅：
 
 
六、土壤剖面CO2梯度监测系统
 
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，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Tang等（2003，2005）和Hrano等（2003）集成的原位CO2持续监测系统，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、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。
 
 
七、ET-100微根窗根系动态监测系统（BTC-2、BTC-100、BTC-Borescope）
 
土壤根系是土壤呼吸的重要来源，也是土壤碳汇的重要来源、植物生产力的重要组成部分，土壤细根（小于2mm）约占全球陆地净初级生产力（NPP）的30％(Jackson et al.， 1997 )，其重要性常跟植物的叶相比拟(Tjoelker et al.， 2005 )。研究土壤呼吸及土壤碳循环等问题必然涉及到根系动态问题。ET-100微根窗根系生态（动态）监测系统是由美国Bartz公司利用微根窗（Minirhizotron）技术原理研制而成，由一个插入土壤中的微根窗管、摄像机、标定手柄及I-CAP控制系统（由控制器和I-CAP计算机等集成安装于野外工作箱中）组成。将摄像头伸入埋设在根系周围的透明管内，通过I-CAP控制系统进行图像抓取根系照相，然后借助专业根系分析软件系统对混合图像进行分析，从而跟踪了解其生长过程 用于非破坏性监测分析根系动态的仪器技术，其最大优点是在不干扰细根生长过程的前提下，能连续监测单个细根从出生到死亡的变化过程，也能记录细根乃至根毛和菌根的生长、生产和物候等特征，是估计生态系统地下C分配和N平衡研究的有效方法，结合所提供根系分析软件，能够将根系相关数据定量化，包括根的长度、面积、根尖数量、直径分布格局、死亡根及存活根数量等等根系动态。还可以根据用户需求监测土壤水分及土壤剖面CO2浓度状况。 Hulugalle等（2010）利用ET-100微根窗技术研究了作物根系对土壤有机碳（SOC）输入的动态，Iversen等（2008）利用BTC微根窗技术研究了森林生态系统CO2浓度增高（控制实验）对土壤通过根系的碳氮输入动态。
 
八、 VIS-NIR土壤光谱勘测系统
 
土壤光谱勘测系统由可见光－近红外光谱仪及车载式采样测量系统组成，可同时配备单层或双层土壤电导传感器，通过GPS定位和数据处理测绘软件，可以根据土壤反射光谱绘制出土壤碳的含量分布图及土壤电导分布图，进而全面分析反映土壤质地、盐碱度、持水能力、阳离子交换能力、根系深度乃至土壤碳等的含量分布。可用于土壤碳汇评估、碳汇农业（土壤碳储量估算）及精准农业的研究示范。土壤剖面勘测系统还可以测量分析土壤剖面的碳分布。 VIS-NIR测量采用350－1000nm和1100－2200nm两个光谱测量仪，用于测绘土壤碳氮空间分布等，测量深度为2.5－10cm，VIS-NIR土壤剖面探头测量深度可达115cm。下左图为根据VIS-NIR土壤光谱勘测绘制的美国Illiinois州的碳分布情况，并与实验室采样分析做对比（Lund，2008），右图为Nebraska大学应用VIS-NIR土壤光谱勘测绘制的土壤有机质和土壤N分布图。详情请参阅：http://www.aozuo.com.cn/page/ProductDetailInfo.aspx?ProductId=1337
 
 
 
 



 

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