SoilGAS 土壤多气体通量监测系统

 

 

土壤多气体通量监测是精确测定生态系统的碳氮水收支的重要措施，群落全株气体通量的观测有助于改善区域和全球的碳循环、氮循环、水平衡模型以及预测生态系统对全球变化的响应和适应，监测碳氮源、汇的变化，为评估生态系统的固碳能力及物质通量变化提供基础数据。

系统不仅测量地表排放的碳、氮气体通量，还可以同步测量地下土壤气体廓线及群落全株植物的碳交换，用于实时监测日间群落的生态系统净交换（NEE）和夜间生态系统呼吸（Re）。

 

 

一、测量原理

SoilGAS土壤多气体通量监测系统采用箱体通量技术，气体分析仪指标符合世界气象组织（WMO）温室气体（GHG）观测规范要求，采用激光光谱吸收技术，通过激光波长扫描气体分子的吸收线，获取分子的高分辨率吸收光谱，来测量气体组分和浓度。 测量速度快，且精度高。

 

二、系统设计

SoilGAS 土壤多气体通量监测系统由气体分析仪、iChamber群落全株自动箱、多路控制器等组成，可在线、连续测量多个小区的土壤CO2、CH4、N2O、H2O排放通量。系统布设图如下：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、系统特点

1、iChamber群落全株自动箱设计

传统的自动箱有2种，一种测量时覆盖地表，测量完成后自动移动到侧面，对测点无遮挡，但这种自动箱面积小、高度低，一般只能用于测量裸地的土壤呼吸，测量覆地的草本生态系统时因面积小代表性差。另外一种是带框架的自动箱，不测量时无法完全打开，会影响测量点的气体扩散，影响测量精度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

iChamber 群落自动箱是澳作公司拥有自主知识产权、自主研发、国内生产的产品，集六项设计专利于一体，独一无二的无框架、无立柱设计，高度随植物生长可调、面积可达1平米、高度2米，可用于生态系统碳交换在线测量。

 

2、iChamber系列自动箱规格

 iChamber群落全株自动箱有四种，S120、S62、S35及iChamber-G。

 

S120型iChamber面积1M²（直径1.2M），高度2.0米，可测量灌木、苗木，用于森林、湿地、荒漠植被等生态系统交换测量。

 

 

 

 

S62型iChamber面积0.3M²（直径0.62M），高度1.1米，用于农田生态系统，带植被的湿地、荒漠生态系统，带藤曼、灌木的草地、城市生态系统。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S35型iChamber面积0.08M²（直径0.35M），高度0.5米，用于草地生态系统。

 

 

 

 

 

 

iChamber-G土壤采气矛用于土壤剖面气体采集，埋入土壤剖面的不同深度，采气矛管壁的小孔与土壤气体交换平衡后将气体泵出，与气体分析仪通过管路连接，可以测量土壤剖面不同深度处土壤气体成分的实时浓度

 

 

 

 

 

 

3、iChamber群落全株自动箱特点

        因箱效应对测量精度的影响随着箱体高度增大可明显降低，所以在线测量净交换量要采用面积大的高箱体。

        iChamber在传统的自动箱技术上，进行了如下改进：

3.1箱体高度超过冠层

测量时，箱体自动升高，可达2米，可超过植被冠层，测量结束后，箱体高度自动下降。未测量时，测点和大田微气候条件一致，箱体不改变测点的环境因子，无需象静态箱法定期更换测量地点。

3.2       箱体高透光，直接测量净交换量

透明箱体采用高透光率材料，测量时不影响植被的光合过程。也可选用非透明箱体只测量呼吸过程。因iChamber生态系统碳氮水交换在线测量系统可全时、自动测量，透明箱体可在夜间自动测量呼吸过程，确保观测数据的连续性。

 

 

 

 

4、多自动箱自动测量

        系统配置的多路控制最多可带27个自动箱、一个零气和2种标气。每个自动箱的测量时间可设定，若每个自动测量3分钟，27个自动箱完成一个测量周期需要2小时，18个自动箱完成一个测量周期需要1小时。

 

5、野外温控共功能

        系统配置野外温度控制箱，气体分析仪在野外温差超过5度时仍能确保测量精度。

 

四、技术参数

1、自动箱尺寸：

面积1M²（直径1.2M）高度2.0米；

面积0.3M²（直径0.62M）高度1.1米；

面积0.08M²（直径0.35M）高度0.5米

2、升降高度：随植物长高自动调节

3、呼吸罩类型：透光/不透光可选

4、气体测量原理：激光吸收光谱

5、AZG-LM气体分析仪

5.1 AZG-LM/3N 气体分析仪

技术指标	CO2	CH4	H20
精度（1s）	0.13ppm	10ppb	10ppm
精度（10s）	0.1ppm	7ppb	6ppm
精度确保范围	0~2000ppm	0~100ppm	0~5%

5.2 AZG-LM/4M 气体分析仪 

技术指标	CO2	CH4	N2O	H20
精度（1s）	0.13ppm	10ppb	0.2ppb	10ppm
精度（10s）	0.1ppm	7ppb	0.12ppb	6ppm
精度确保范围	0~2000ppm	0~100ppm	0~100ppm	0~5%

 

5.3 AZG-LM/4MM 气体分析仪 

技术指标	CO2	CH4	N2O	H20
精度（1s）	0.13ppm	1ppb	0.2ppb	10ppm
精度（10s）	0.1ppm	0.5ppb	0.12ppb	6ppm
精度确保范围	0~2000ppm	0~100ppm	0~100ppm	0~5%

 

5.4 AZG-LM/QCL 6参数气体分析仪 

技术指标	CO2	CH4	N2O	NH3	CO	H20
精度（2min，1σ）	≤0.1ppm	≤1 ppb	≤1 ppb	≤1 ppb	≤1 ppb	≤100ppm
精度确保范围	0~10000ppm	0~100ppm	0~100ppm	0~10ppm	0~100ppm	0~3%

 

分析仪其它参数：

取样温度	-20~60℃
取样湿度	＜90%RH，无冷凝
取样流速	可选配
数据输出	RS485
供电	DC24V

 

6、                      iChamber-G采气矛

6.1       采气矛最大浸水深度<30cm

6.2与土壤气体平衡时间：<600秒

6.3采气矛规格

透气孔直径：0.1um

气体交换面积：110cm2 

采气腔体容积：10ml

直径：长度150mm

6.4导气管长度：3米（最多可延长至5米）

6.5导气管直径：外径4mm, 内径2mm

 

五、技术应用

SoilGAS 土壤多气体通量监测系统在中国农业大学石羊河试验站完成安装。该系统由SoilGAS多组分温室气体分析仪和16个iChamber-S120群落全株自动箱组成 （15个运行，一个备用）。

主机测量CO2、CH4、H20 三种气体。iChamber-S120群落全株自动箱面积1平米、高可达2.3米，此次高度设置在1.0米。12套S120安装春小麦、3套S120安装在冬小麦地。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

产地: 中国 澳作公司