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時間。

 

上圖左為主機加土壤呼吸室測量土壤呼吸實例照片，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。上部呼吸室平衡設計極大的避免了氣壓和風對于測量的影響。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，適合大面積多點布設，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、果實測量室、土壤呼吸室、多功能測量室、冠層室

 

應用領域

• 碳源碳匯研究
• 全球氣候變化
• 土地利用方式改變
• 生態(tài)修復研究
• 植物生理生態(tài)研究

 

主要特點

• 便攜性：拎之即走，非常合適野外大面積多點采樣調(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。
• 堅固可靠：控制臺包含全部功能，呼吸室流量控制，實時數(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

• CO₂氣體量程：0~3000ppm。
• CO₂分辨率：1ppm。
• CO₂分析單元：開路設計，鍍金、mini化、時域差分設計(避免雙IRGA平衡校準漂變) IRGA，溫度、氣壓自動補償，零點自動校正。
• 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，化學成分，結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的重大變化。這項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，土壤樣品在實驗室條件下干燥（從飽和到風干），利用水滴滲透時間實驗評估土壤拒水性。對CO₂排放數(shù)據(jù)進行方差分析（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系僅存在于土壤上層，而對于更深的土壤層，外排實際上與土壤含水量無關。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散和低含水量下可溶性底物的擴散而間接影響CO₂釋放。Chayawat等人的實地觀察結(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/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?無人機平臺搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進行時空格局調(diào)查研究

 

部分參考文獻

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.