自动土壤呼吸监测系统

一、用途

在自然环境下急速增加的CO2含量及其对未来环境的的影响测量越来越多地引起研究人员的兴趣，

其中土壤呼吸作为土壤净CO2交换的表征值和土壤生物量的微生物降解值，极大程度上反映了土壤的”健康”情况。土壤呼吸实验可与许多其他研究应用领域相关，共同研究土壤各种生理生态变化碳平衡。

土壤的呼吸可以定义为CO2的净产生和O2的净消耗。CO2气体交换的总量经常被看作是土壤微生物活性的指示。因为微生物是土壤中各种生化反应（腐烂、腐殖质的形成等等）的主体。土壤微生物的活性有时被看作土壤是否“健康”的标志。实际上土壤的呼吸是由土壤多种生物参与的，比如根、细菌、真菌、原生动物等。土壤的呼吸受多种因素影响，如生物含量、土壤湿度、土壤温度。

•碳平衡

•微生物生态学

•土壤生物量

•杀虫剂影响

•生物治疗

•涡度相关

二、工作原理

ACE开始测定前呼吸罩自动关闭，形成密闭的呼吸室。在呼吸室内，ACE具有一个高精度的CO2红外气体分析仪（IRGA）。由于红外分析仪直接内置于呼吸室内，其结构非常的紧凑，分析室与分开的分析仪之间无需长的连接管。分析仪紧凑的结构特点保证分析仪对CO2交换快速的响应，同时避免长气管通气过程中“气障”想象，仪器安装较为简单且便于田间应用。土壤呼吸室内存在压力释放阀和风扇设计，有效调节内部气体压力变化，满足测定起始点的设定压力要求。

三、系统特点

Ø ACE是专业气体分析仪，可自动操作，且操作过程简便易行，不需外接PDA或电脑

Ø *整合系统，可进行长期无人坚守的连续定点监测

Ø 整个CO2分析仪都在土壤呼吸室内，结构紧凑，缩短响应时间

Ø 可以单个单点使用，也可以多个组成网络系统使用

Ø 可连接4个土壤水分和6个土壤温度传感器

Ø 带有自动零校准装置

Ø 多种呼吸室类型(闭合式、开放式、透明/非透明)，各种呼吸室可自由更换(选配开放式)

ACE系统是一个完整的系统，包括土壤呼吸室及与主机相连的呼吸臂。主机有较大的液晶显示屏，通过5个键选择菜单，实现所有功能的程序控制。ACE系统显示并记录气体交换数据、土壤通量的计算及其它传感器的测量数据，读数通过容易更换的SD卡存储。ACE系统可通过电池、太阳能板或风轮供电，典型的40Ah汽车电池在ACE系统连续运行条件下，可用28天。

ACE系统可实现开放式或者密闭式系统配置，密闭系统设计用于快速测量，而开放式呼吸室内的土壤更接近于自然暴露状态，基本上可以消除呼吸室内外的气压差，测定值更接近于真实值。

开放式系统具有1L测量室，密闭式系统具有2.7L测量室，两种尺寸测量室均可采用铝材料或塑料制造。  

多个ACE系统共同使用时，可通过一个中央控制主机统一控制系统，可以连接多达30个单机，每台单机可单独测量，将数据传回主机。连接方式较为简单，可快速连接ACE系统与主机，同时进行多个呼吸试验时，通过主机程序控制每个ACE系统的取样时间及循环时间。主机具备图表显示功能，可以得到实时的曲线图，可视化土壤呼吸的变化趋势，便于更直观地进行监测。

网络系统：开放、闭路模式可选；每种模式网络系统有8台、16台、30台单机可选，也可单独选配。

最长可达200m范围内。

四、系统主要组成

ACE单机，网络控制主机，外接土壤温度和土壤水分传感器

五、技术指标

*红外气体分析仪：     内置于土壤呼吸室，气路很短，响应时间短，差分开路式或闭路式；

*CO2：测量范围：     标准范围0-896ppm,  分辨率：1ppm

PAR：            0-3000μmols m^-2 s^-1 硅光电池

*土壤温度热敏电阻探头：  测量范围：-20～50℃，可接多达6个土壤温度探头

*土壤水分探头SM300：  测定范围0～100vol% ；精度3％（针对土壤进行标定后）；测量土体范围：55mm x 70mm；可接多达4个土壤水分探头

*土壤水分探头Theta：   测量范围0-1.0 m3.m-3；精度±1%（特殊标定后）探头尺寸；探针60 mm 长，探头总长207mm；可接多达4个土壤水分探头

呼吸室流量控制：      200-5000ml/min (137-3425 µmols sec-1),精度：±流速的3%

*呼吸室类型：          开放式和闭合式两种模式可选

*呼吸室罩类型：        透明罩和不透明罩可选

*仪器操作：            独立主机，不需要PC/PDA

数据纪录：            1G移动存储卡（SD卡），可存储4000000万组数据

*电源供应：            外用电池、太阳能板或风力供应，12v、40Ah蓄电池最长可持续供电28天，仅网络式有内部电池1.0Ah

RS232输出：          可选择波特率，最大19200波特率

电子部分连接：        坚固，防水的3pin插口（头）

程序：         界面友好，通过5键控制

气体连接：            3 mm气路接头

显示：                240×64点阵 LCD屏幕

尺寸：                82×33×13cm

密封室体积：          2.6 L

开放室体积：          1.0 L

土壤呼吸环直径：      23 cm

重量：             9.0 kg

ACE网络系统技术特性：

*网络系统组成：       1台网络主机，可连接多达30台单机；

*测量区域范围：       直径可达200m；

*网络系统测量模式：   开放和闭合模式可选，也可开放和闭合模式单机混合选配；

*系统特性：       主机和单机均可独立运行，不需要PC和PDA；

*单机特性：       每台单机都可独立运行，不需要PC和PDA；

*网络系统中所有单机同时测量和传输数据；

*红外分析仪内置于呼吸室，气路短，省电，响应时间短且降低了水汽冷凝和动物啮咬的风险；

*主机数据管理功能*：可在主机上同时查看多台单机的一个参数数据，

可在主机上同时查看多台单机的所有参数数据，

可在主机上查看一台单机某时的所有参数数据，

可在主机上查看一台单机所有时刻所有参数的数据，

数据存储：CF卡

供电:100-240VAC，双12V电池

尺寸：40 x 40 x 20 cm

重量：12kg

五、参考文献：

l Measuring CO 2 efflux from agricultural soil in relation to tractor wheel traffic and the amount of manure

applied to the soil (Altikat et al., 2018).

l Monitoring CO 2 land/atmosphere flux in the High Arctic, Svalbard to further our understanding of factors

affecting CO 2 fluxes in sensitive ecosystems in the Arctic (Cannone et al., 2019).

l Measuring CO 2 flux between the atmosphere and the maize field fertilized with digestate from an

agricultural biogas plant (Czubaszek, Robert 2019).

l Measuring the carbon capture efficiency, yield, nutrient uptake and trafficability of different grass species

on a c*ted peat soil (Berglund Ö, Berglund K, Jordan S, Norberg L, 2019).

六、产地 英国