SCG-NСистема мониторинга градиента CO2 в профиле почвы

Дыхание почвы является основным источником углерода для наземных экосистем, и, как сообщается, среднегодовое дыхание почвы составляет 49% от общей первичной продуктивности 18 типов лесов в рамках проекта EUROFLUX EUROFLUX (Janssens et al., 2001(Law et al. 2001) Исследование показало, что почвенное дыхание составляет около трех четвертей дыхания всей экосистемы. Любые незначительные изменения в почвенных пулах углерода будут оказывать значительное влияние на концентрацию CO2 в атмосфере, и поэтому изучение динамики углерода в почве и его выбросов CO2 является актуальным и важным вопросом для прогнозирования изменений концентрации CO2 в атмосфере. Многочисленные исследования, касающиеся потока CO2 на поверхности почвы (общее дыхание почвы), явно недостаточны для объяснения процесса производства CO2 в почве, и исследования вертикального градиента CO2 в профиле почвы все чаще становятся горячей точкой для изучения почвенного дыхания и даже круговорота углерода в экосистемах. Непрерывный мониторинг производства CO2 на различных уровнях (глубинах) почвы имеет решающее значение для понимания динамики CO2 в почве и может пролить свет на характеристики потока CO2 из почвы в атмосферу с сезонными, световыми, температурными, влажными и почвенными характеристиками. Кроме того, мониторинг CO2 с вертикальным градиентом почвы можно сравнить с широко используемым мониторингом, связанным с вихрем, что позволяет проводить количественные исследования для анализа углеродного обмена в экосистемах. В последние годы за рубежом был проведен ряд инновационных технологических методологических исследований, и система мониторинга градиента CO2 профиля почвы SCG - 3 представляет собой интегрированную систему непрерывного мониторинга CO2 на месте, разработанную на основе этих исследований.

В соответствии сПервый закон Фика (Fick 's first law)Поток диффузионного материала в единицу времени через площадь сечения на единицу, перпендикулярную направлению диффузии (называется диффузионным потоком Diffusion flux)JВыражается прямо пропорционально градиенту концентрации (concentration gradient) в этом сечении. Поток CO2 в почвенном профиле (μmol CO2 m^-2s^-1То есть, исходя из этого закона, вычисляется конкретная формула:

J= -D(dC/dx)

В том числеDКоэффициент диффузии CO2 в почве (в единицах m)²/s， Относится к температуре почвы, объемному содержанию воды в почве и пористости почвы) с концентрацией CO2 на глубине x (в единицах m),dC/dxДля градиента концентрации номер "-" указывает направление диффузии в обратном направлении градиента концентрации, т.е. диффузия распространяется из зоны высокой концентрации в зону низкой концентрации.

SCGСистема мониторинга градиента CO2 в профиле почвы состоит из датчиков CO2, датчиков O2 (альтернативный), датчиков температуры почвы, датчиков влажности почвы, поверхностных дыхательных камер почвы (альтернативный), коллекторов данных и наземных метеорологических станций с прозрачными и непрозрачными поверхностными дыхательными камерами, в которых прозрачные дыхательные камеры используются для измерения чистого дыхания почвенного дыхания и фотосинтеза растений.

Особенности системы:

l Непрерывные исходные позиции непрерывно измеряют профиль почвы CO2, влагу, температуру (стандартная конфигурация 3 слоя), поток CO2 в почве (дыхание почвы) может быть получен по определенному закону Фикке, что позволяет осуществлять мониторинг дыхания почвы на месте с высоким временным разрешением

l VaisalaМетеорологические датчики, автоматические измерения регистрируют температуру и влажность воздуха, давление воздуха, количество осадков, скорость ветра, направление ветра и т.д.

l Можно проводить измерения пористости почвы для определения коэффициента диффузии CO2, измерения воздухопроницаемости почвы для определения связи между воздухопроницаемостью почвы и потоком влаги и газа в почве

l TRIME-PICO32Интеллектуальный датчик влажности почвы для точного измерения влаги и температуры почвы

l Дополнительный модуль мониторинга кислорода на месте с одноканальным или многоканальным флуоресцентным волоконно - оптическим профилем почвы

l Можно выбрать модуль мониторинга стеблевого потока растений или модуль мониторинга стеблевого потока ствола THB для мониторинга динамической связи стеблевого потока с исходным CO2.

l ACEМетод прозрачных или непрозрачных почвенных дыхательных камер (альтернативный) для измерения поверхностного почвенного дыхания, который может использоваться для дополнения, калибровки или сравнительного анализа измерений градиента CO2 в профиле почвы

l Беспроводная передача данных, вы можете просматривать онлайн в любое время, загружать данные

l Системы динамического мониторинга корневой системы дифференцированных микроокон

l Аккумулятор или солнечная энергия

Основные технические показатели:

1. Измерение влажности почвы:

a.TRIME-PICO32Интеллектуальный датчик, измерительная технология TDR, диапазон измерений 0 - 100% объемного содержания воды, точность±1%Точность повторения ± 0,2%, объем измерения 250 мл (можно выбрать PICO64, измеренный объем 1250 мл, может точно отражать содержание воды в гравийной почве);

b.Диапазон измерений температуры почвы: - 20°C- 50.°CТочность измерений: ±0,2°C

c.Водонепроницаемость IP68

2. Измерение CO2 почвы: нераспределенная однолучевая двухволновая длинноволновая инфракрасная технология (NDIR), диапазон измерений 0 - 5000ppm, 0 - 7000ppm, 0 - 10000ppm, 0 - 20000 необязательно, точность ±1,5%, время отклика 30 замечательных;

3. Стандартная конфигурация 3 слоя (SCG - 3) Профиль почвы CO2, влага почвы и мониторинг температуры почвы

4. Модуль измерения кислорода в одноканальном или многоканальном профиле почвы (выбор), технология измерения O2 из флуоресцентного волокна, высокая стабильность, нулевое потребление кислорода, время отклика 5 секунд, диапазон измерений 0 - 50%, точность лучше 0,4%

5. Стандартный 16 - канальный коллектор данных (32 канала для мониторинга концентрации CO2, влаги почвы, температуры почвы и т.д. выше 3 слоев):

a.Возможность хранения 220 000 наборов данных с временными метками с разрешением 16 бит,±20 мВ up to ±2,5 В 8Ввод диапазона, точность 0,03%;

b.Интервал измерений от 3 секунд до 4 часов, средний интервал между данными от 3 секунд до 4 часов;

c.Напряжение 6.5 - 15VDC, потребление энергии в режиме ожидания 150 мкА, измерение расхода энергии 15 мА вес 140 г;

d.Литиево - электрический резервный аккумулятор, 3В, может использоваться более 5 лет;

e.Эксплуатационная температура 1730 - 60°C;

f.Профессиональное программное обеспечение для загрузки и анализа данных, которое может выполнять загрузку данных, онлайн - наблюдения данных, статистический анализ (например, среднее за час, среднесуточное, общее, минимальное, максимальное значение, анализ, связанный с данными) и отображение диаграмм и системных настроек;

6. Измерение пористости почвы: объем камеры давления 1000 мл, диапазон давления - 1 - 3 бар, барометрическое разрешение 1 мбар

7. Измерение воздухопроницаемости почвы в исходном поверхностном слое: диапазон измерений 0003 - 3cm / s, измеренное давление 1 - 3hPa, диапазон гидрометрических измерений 0 - 800hPa, объемное содержание воды в почве 0 - 70%

8. Модуль мониторинга стеблевого потока пакетного типа: технология нагрева SHB для мониторинга потока стеблевого стержня 5 - 20 мм

9. Модуль мониторинга потока стволовых стеблей: технология нагрева THB, внутреннее нагревание ствола, для мониторинга потока стволовых стеблей более 10 см

10. Дыхательно - камерный контроль поверхностного слоя почвы₂Поток (выбор): стандартная конфигурация для мониторинга почвенного дыхания ACE,Есть как закрытые, так и открытые модели, каждый из которых имеет прозрачную или непрозрачную дыхательную камеру.Диапазон измеренийДля40.0 mmols m^-3（0-896ppm),Разрешение 1 ppm，С автоматическим устройством нулевой калибровки

11. Метеорологический мониторинг: метеорологический датчик Vaisala, диапазон мониторинга температуры - 52°C- 60.°C, с точностью ±0,3°C; Диапазон мониторинга атмосферного давления 600 - 1100 лПа с точностью ±0,5 лПа; Относительно умеренный диапазон мониторинга воздуха 0 - 100%, точность ±3%; Разрешение выхода осадков 0,01 мм, точность 5%

12. Беспроводная передача данных, просмотр, загрузка данных через программный терминал и статистический анализ данных

13. Корневые экологические наблюдения (выбор): микрокорневые трубки, микрокорневые трубки зеркала и аналитическое программное обеспечение, стандартное диаметр микрокорневой трубки 44 мм (внутренний диаметр 42 мм), высокая прозрачность, высокая вязкость, защита от дождя, длина микрокорневых трубчатых зеркал 17 дюймов, 22 дюйма, 28 дюймов, 37 дюймов необязательно, микрокорневые трубки изображения один элемент, 1 / 4 "цветной CCD, пиксель 768 x 494, отношение сигнала и шума к 48DB, необязательно с портативным блоком изображения с высоким разрешением, 1 / 3" цветной CCCD, разрешение до 1600 x 1200 пикселей; Связь через USB и компьютер, сканирование изображений, простая работа

На приведенном выше рисунке показаны изменения глубины различных профилей почвы летом и осенью (5cm, 12,5cm, 35cm) потока CO2 R (выше) и концентрации CO2 (ниже), осадки см. в правых продольных координатах (взяты из Z.Nagy et al., 2011). Исследования показывают, что вихревые измерения недооценивают поток CO2 (особенно при более низких потоках), и что в степях засушливых районов после сильных дождей часто происходит обратный поток CO2 из атмосферы в почву.

Происхождение: Европа