LI-8100A土壤碳通量测量系统

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1、土壤碳通量测量土壤碳通量测量基因有限公司农业环境科学部基因有限公司农业环境科学部北京力高泰科技有限公司北京力高泰科技有限公司2011大纲大纲l一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景l二、土壤呼吸测量原理二、土壤呼吸测量原理l三、三、LI-8100A设计的独特之处设计的独特之处l四、四、LI-8100A的硬件与软件操作的硬件与软件操作 介绍介绍源与库源与库/全球碳循环全球碳循环单位：单位：10亿吨碳亿吨碳一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景土壤土壤 CO2 从哪里来从哪里来? 植物根系和微生物的自养呼吸植物根系和微生物的自养呼吸 土壤微生物费解土壤有

2、机质和植物凋落物的异养呼吸土壤微生物费解土壤有机质和植物凋落物的异养呼吸 土壤的动物呼吸土壤的动物呼吸 土壤碳酸盐的水解土壤碳酸盐的水解一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景土壤土壤CO2 通量研究的重要性通量研究的重要性?l土壤碳储藏量十分巨大土壤碳储藏量十分巨大l2x 大气碳大气碳, 3x 陆地植物陆地植物, 0.3x 全部石油燃料储量全部石油燃料储量 (Schlesinger, 1991)l碳的排放量十分巨大碳的排放量十分巨大l土壤碳通量是土壤碳通量是10 x 石油石油 燃料和采伐森林资源的总和燃料和采伐森林资源的总和 (Pacala, S. W. et. al. 2001. Cons

3、istent land- and atmosphere-based U.S. carbon sink estimates. Science 292: 2316-2320)l土壤呼吸在整个生态系统呼吸中所占比例十分巨大土壤呼吸在整个生态系统呼吸中所占比例十分巨大l如山毛榉林为如山毛榉林为 9215% (Longdoz, et al., 2000. Soil CO2 flux in a mixed forest:. Global Change Biol 6:907)一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景土壤土壤CO2 通量的十分不确定性通量的十分不确定性根系的分布是多变的根系的分布是多变的.凋落

4、物的分布是多变的凋落物的分布是多变的.动物的数量分布是多变的动物的数量分布是多变的.土壤的结构土壤的结构是多变的是多变的.因此，土壤表面的因此，土壤表面的CO2 扩散扩散随时间和空间的变化是非常大随时间和空间的变化是非常大的的一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景土壤呼吸要求：足够多的取样土壤呼吸要求：足够多的取样空间上的变异空间上的变异采用短期调查室快速测量采用短期调查室快速测量时间上的变异时间上的变异使用长期测量时对某一地点随着时间的过去自动连使用长期测量时对某一地点随着时间的过去自动连续取样测量续取样测量一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景大纲大纲l一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸

5、研究背景l二、土壤呼吸测量原理二、土壤呼吸测量原理l三、三、LI-8100A设计的独特之处设计的独特之处l四、四、LI-8100A的硬件与软件操作的硬件与软件操作 介绍介绍LI-8100A （6400-09）测定原理）测定原理闭路式测量法闭路式测量法 关闭测量室，室内关闭测量室，室内CO2 开始增加开始增加二、土壤呼吸测量二、土壤呼吸测量tCSVFCO2LI-8100A 测量方法测量方法大纲大纲l一、土壤呼吸研究背景一、土壤呼吸研究背景l二、土壤呼吸测量原理二、土壤呼吸测量原理l三、三、LI-8100A设计的独特之处设计的独特之处l四、四、LI-8100A的硬件与软件操作的硬件与软件操作 介绍

6、介绍三、三、LI-8100A设计的独特之处设计的独特之处1、通风口专利设计，保证测量室内外压力平衡、通风口专利设计，保证测量室内外压力平衡2、指数拟合，拟合值更接近初始测定值、指数拟合，拟合值更接近初始测定值3、特殊的气室驱动机制特殊的气室驱动机制减少对环境的扰动减少对环境的扰动4、气室基座多孔设计、气室基座多孔设计避免避免CO2累积累积传统的压力通风口传统的压力通风口缺陷：无法解决文氏管效应缺陷：无法解决文氏管效应文氏管效应文氏管效应文氏管效应文氏管效应文丘管效应的原理文丘管效应的原理则：是当风吹过阻则：是当风吹过阻挡物时，在阻挡物挡物时，在阻挡物的背风面上方端口的背风面上方端口附近气压相对

7、较低附近气压相对较低，从而产生吸附作，从而产生吸附作用并导致空气的流用并导致空气的流动。动。 文氏管的原文氏管的原理其实很简单，它理其实很简单，它就是把气流由粗变就是把气流由粗变细，以加快气体流细，以加快气体流速，使气体在文氏速，使气体在文氏管出口的后侧形成管出口的后侧形成一个一个“真空真空”区。区。 LI-8100A测量室通风口设计测量室通风口设计保持气室内外压力平衡保持气室内外压力平衡（发明专利，（发明专利，LI-COR独有！）独有！） 气室顶部压力通风口的横截面为锥形，气室内外气压在静滞环境和气室顶部压力通风口的横截面为锥形，气室内外气压在静滞环境和大风环境下均能够保持平衡，使得风向对气

8、室内部空气的扰动最小，大风环境下均能够保持平衡，使得风向对气室内部空气的扰动最小， LI-8100A 气室的通风口设计在气室的通风口设计在真正意义上消除了文氏管效应真正意义上消除了文氏管效应（文（文氏管效应导致管内出现负压，驱使土壤中的高浓度氏管效应导致管内出现负压，驱使土壤中的高浓度CO2气体快速扩气体快速扩散到气室中来，导致最后的测定结果比正常值显著增高）。散到气室中来，导致最后的测定结果比正常值显著增高）。LI-8100A测量室压力通风口效果测量室压力通风口效果Wind (m s-1)024Time (s)0100200300400500P (Pa)-4-2024ABInitial ra

9、te = slope at C = C0) (00CCadtdCxtt 00ttaxxeCCCtCFit to C (water vapor dilution corrected CO2 concentration) vs. timeFinal equationtCTRSWVPFoooCO)15.273()10001 (102Requirements: CO2-chamber = CO2-airThe flux at the time when CO2-chamber = CO2-air LI-8100A指数拟合设计指数拟合设计LI-8100A特殊的气室驱动机制特殊的气室驱动机制 减少对环境的

10、扰动减少对环境的扰动104呼吸室气室在测定过程中以较缓慢的速度打开或关闭，尽气室在测定过程中以较缓慢的速度打开或关闭，尽可能减少了对周边大气环境的扰动，消除了对可能减少了对周边大气环境的扰动，消除了对CO2通量测定的影响。通量测定的影响。8100-101 长期监测室以垂直驱动机制带动气室开合，长期监测室以垂直驱动机制带动气室开合，适宜测定垄间或垄内土壤适宜测定垄间或垄内土壤CO2通量；通量；8100-104 长期监测室有六个张开角度，适合低矮冠长期监测室有六个张开角度，适合低矮冠层或有障碍物的环境。层或有障碍物的环境。 LI-8100A测量室基座多孔设计测量室基座多孔设计 避免避免CO2累积累

11、积Perforated BaseplatePerforated Baseplate气室基座的多孔设计大大减小了气室周边环气室基座的多孔设计大大减小了气室周边环境（光照、降水、风等）扰动对气室内部测境（光照、降水、风等）扰动对气室内部测定的影响，并有助于消除基座下部定的影响，并有助于消除基座下部CO2浓度浓度梯度的改变，而无孔基座常常导致对土壤梯度的改变，而无孔基座常常导致对土壤CO2释放的抑制。释放的抑制。 无孔基座（上图）由于无孔基座（上图）由于基座下部基座下部CO2富集，抑制富集，抑制附近土壤附近土壤CO2的扩散的扩散多孔基座（下图）通过外多孔基座（下图）通过外露孔间露孔间CO2的扩散克服