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ACE-Net多通道土壤呼吸觀測系統

ACE-Net多通道土壤呼吸觀測系統
  • 發布時間: 2018-11-15 10:08
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前言

ACE-Net由ACE單機與Master中央控制單元(簡稱Master)組成,是目前世界上唯一可大面積多點(多通道)持續同步化監測土壤呼吸的儀器設備。通過Master可連接最多30個ACE單機(可根據預算及研究需求選配ACE單機數量及測量模式如開放式測量、封閉式測量、透明呼吸室、非透明呼吸室),從而組成土壤呼吸監測網絡,ACE單機與Master通過一根電纜完成供電和數據傳輸功能,避免了因復雜的氣路連接導致的氣路滯留、響應時間慢、耗能大(需要大功率的氣泵帶動氣流)、易損壞、不能大范圍同步測量(沒法進行時空分布格局研究)等缺點,ACE-Net可同步化持續監測直徑200m區域范圍內的土壤呼吸時空分布格局。

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上圖為操作人員在實驗現場對儀器進行設置和采樣

應用領域

l? 區域土壤通量長期自動化監測

l? 土壤呼吸控制因子(溫度、濕度、PH、土地類型)

l? 土壤呼吸的時空變化特征(時間尺度、空間模式、梯度)

l? 土壤呼吸對干擾的影響(氣候變化、林火、耕作、施肥、污染)

l? 生態系統碳平衡

l? 區域及全球碳平衡

l? 土壤呼吸對全球氣候變化的影響

l? 土壤呼吸模型的建立

功能特點

l? 每個ACE單機既可進行獨立自動點測量監測,又可與Master連接組成多通道區域網絡化同步監測,是目前世界上唯一真正多通道同步化測量的儀器系統

l? Master與ACE單機之間只用一根電纜(負責信號傳輸、供電和遙控設置等)相連,無需氣路,具備響應時間短、功耗低(蓄電池供電)、可在野外長期監測等優點,避免了因氣路相連導致的阻塞或被動物踩踏、氣體滯留(導致誤差加大和響應時間拉長)及水汽凝結等問題

l? Master與ACE單機均具備LCD屏和功能操作鍵,通過顯示屏設置和瀏覽數據等,通過存儲卡保存數據,無需連接電腦或PDA,從而實現真正的野外長時間自動監測

l? 監測直徑可達200m,可用于土壤呼吸的區域異質性時空分布格局研究,不同土壤類型、不同植被類型或不同梯度的對比分析研究,通過選配透明呼吸室和非透明呼吸室分析評估生態系統的碳源碳匯功能等

系統組成

ACE單機,網絡控制主機,外接土壤溫度和土壤水分傳感器。中央控制箱通過電纜與單機相聯,對每個單機供電、數據傳輸和遙控,可與30個單機相聯組成區域網絡監測,從而實現對直徑200米范圍內土壤呼吸空間異質性的同步化監測研究。

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上圖左為操作人員現場查看數據,上圖右為數據界面

技術指標

1.? 測量單機:網絡主機可連接30臺單機,單機獨立均具分析器

2.? 測量區域范圍:直徑200m,同步化監測,優于順序測量

3.? 紅外氣體分析儀:測量范圍標準配置為 40.0 mmols m-3(0-896ppm),可選配0-2000ppm;分辨率為1ppm;帶有自動零校準裝置

4.? 數據紀錄:1G移動存儲卡(CF),可存儲400萬組數據

5.? 電源供應:外用電池、太陽能板或風力供應,單機12V、40Ah蓄電池最長可持續供電28天,ACE-Net單機內部蓄電池1.0Ah

6.? 顯示屏:240×64點陣 LCD屏幕,程序界面友好,通過5鍵控制

7.? 數據查看:主機具備圖表顯示功能,可以得到實時的曲線圖,可視化土壤呼吸的變化趨勢,便于更直觀地進行監測

8.? 數據下載:CF卡自動復制,也可用RS232傳輸

9.? PAR傳感器:0-3000μmol m-2 s-1,硅光傳感器,每臺單機均已配置

10.????? 土壤溫度傳感器:每臺單機可接6個土壤溫度傳感器,測量范圍:-20~50℃

11.????? 土壤水分探頭:每臺單機可接4個土壤水分探頭,選配Theta土壤水分探頭,測量范圍0-1.0 m3.m-3,精度±1%,探針60mm長

12.????? 呼吸室流量控制:200-5000ml/min (137-3425 μmol sec-1),流速精度±3%

13.????? 測量模式:開放式和閉合式兩種模式可選,不同單機可混合使用

14.????? 呼吸室體積:密封室體積2.6 L,開放室體積1.0 L

15.????? 呼吸室罩類型:透明和金屬可選

16.????? 土壤呼吸罩直徑:23 cm

17.????? 單機尺寸:82×33×13cm,重量:9.0 kg

18.????? 網絡控制主機尺寸:40×40×20cm,重量:12kg

19.????? 防水防塵:IP66

應用案例

在Zhongbing Lin等(2011)的研究中,使用多臺ACE單機組成網絡對不同樣地的土壤呼吸進行測量。同時ACE自帶的溫度傳感器和IMKO公司的TDR土壤水分傳感器測量樣地的溫度和土壤含水量。研究顯示高含水量時土壤呼吸和土壤含水量呈負相關(P<0.01)。土壤呼吸和土壤溫度之間有明顯的遲滯效應,不考慮遲滯效應將低估q10

產地

英國

選配技術方案

1)? 可選配土壤氧氣測量模塊

2)? 可選配高光譜成像以評估土壤微生物呼吸作用

3)? 可選配紅外熱成像研究土壤水分、溫度變化對呼吸影響

4)? 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查研究

部分參考文獻

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