前言

  土壤是全球气候变化中极为重要的碳源和碳汇，土壤呼吸对大气CO₂含量的影响已经引起越来越多研究者的注意。SRS-2000 T是基于LCpro T光合仪加装土壤呼吸室组成的便携式土壤呼吸系统，专为测量土壤呼吸及其他野外气体交换而设计。

 

组成

  仪器包括一个触摸屏控制台、一个手柄和一个1升的土壤呼吸室，可对呼吸室内的CO₂和H₂O浓度进行程序调控，模拟不同梯度下的土壤呼吸情况。高精度微型CO₂红外气体分析仪直接安装于手柄内，大大减少CO₂到分析仪测量的响应时间。

 

上图左为主机加土壤呼吸室测量土壤呼吸实例照片，上图右为英国剑桥科研人员使用该系统在南极洲测量土壤呼吸与藻类光合作用现场照片

 

  仪器测量过程以开放模式进行，环境空气与呼吸室气体不断循环，以保证作为样品的土壤保持自然状态。土壤呼吸室由一个上部呼吸室和一个下部不锈钢环刀构成。上部呼吸室平衡设计极大的避免了气压和风对于测量的影响。下部不锈钢环刀插入土壤，不论土壤条件如何，保证上面的呼吸室处于最佳位置，并能够保证对土壤的最小扰动。

  用户可选择PVC适配器，以PVC管替代环刀，适合大面积多点布设，节约成本。

 

测量室

选配不同叶室和呼吸室，可以测量叶片光合作用（选用不同类型叶室）、果实或整株植物光合作用（选配果蔬光合-呼吸室）、小型群落光合-呼吸（选配透明群落光合-呼吸室）、土壤呼吸等，全面分析研究土壤植物碳源碳汇功能。

 

上图从左到右依次为宽叶室、窄叶室、LED光源、荧光仪联用叶室、小型叶室

 

上图从左到右依次为针叶室、果实测量室、土壤呼吸室、多功能测量室、冠层室

 

应用领域

• 碳源碳汇研究
• 全球气候变化
• 土地利用方式改变
• 生态修复研究
• 植物生理生态研究

 

主要特点

• 便携性：拎之即走，非常合适野外大面积多点采样调查。
• 电池续航：满电连续工作16小时。
• GPS定位：经度、纬度、海拔数据与土壤呼吸数据同步获取。
• 环境因子：呼吸室CO₂和H₂O梯度调控。
• 坚固可靠：控制台包含全部功能，呼吸室流量控制，实时数据显示和存储，彩色360度可见触摸屏。
• 恶劣条件下使用：高湿度/多尘环境表现出色。
• 空间和时间分布研究：用户可自行设定采样间隔，仪器会自动工作采集数据。
• 数据存储与传输：SD卡存储，用户最喜爱的方式，也可通过USB线下载数据。

 

技术指标

• CO₂气体量程：0~3000ppm。
• CO₂分辨率：1ppm。
• CO₂分析单元：开路设计，镀金、mini化、时域差分设计(避免双IRGA平衡校准漂变) IRGA，温度、气压自动补偿，零点自动校正。
• H₂O分析单元：0~75mbar，0.1mbar 分辨率，2个高精度激光微调湿度传感器以提供超稳定性蒸腾数据。
• 环境因子调控：CO₂最大控制为2000ppm，H₂O控制可低于或高于当前环境湿度。
• PAR传感器：0~3000µmol m^-2 sec^-1，硅光电池。
• 呼吸室温度：0~50℃，高精度热电偶，准确度+/- 0.2°C。
• 土壤温度：5°C~50°C，手动定位土壤温度探头。
• 土壤呼吸室流速：68~340µmol m^-2 sec^-1。
• 预热时间：5 minutes @ 20°C。
• 显示屏：彩色WQVGA LCD触摸屏，480 x 272像素，尺寸95 x 53.9 mm，对角线长109mm。
• 数据与存储：SD卡，最大支持32G。
• 电池：7.5Ah，12V锂离子电池，提供16小时续航。
• 充电器：通用输入电压，13.8V输出。
• 数据输出口1：Mini-B转USB。
• 数据输出口2：RS232，9针D型口。
• 操作温度：5°C~45°C。
• 控制台尺寸与重量：230◊110◊170mm，4.1kg。
• 手柄重量：0.8kg。
• 呼吸室构成：下部不锈钢环刀，上部丙烯塑料透明罩。
• 体积：1L。
• 直径：130mm。
• 高度：不锈钢环刀高75mm，丙烯塑料透明罩高70mm。
• 重量：环刀325g，透明罩320g。

 

应用案例

  柴油污染土壤会增加CO₂排放，华沙的研究人员（Edyta Hewelke et al. 2018）此次评估了柴油燃料污染对森林土壤CO₂释放量和疏水性的影响。

 

 

  石油产品污染土壤是一个主要的环境问题，而石油产品是人类活动造成的常见土壤污染物，它们正在引起土壤生物（特别是微生物）过程，化学成分，结构和物理性质的重大变化。这项研究的主要目的是评估土壤湿度对柴油污染的白桦土壤的CO₂释放的影响。对两个森林样地的四土壤层进行两组污染处理（分别是3000和9000毫克柴油/千克土壤），两个样地初始土壤拒水性各不相同。使用便携式红外气体分析仪（LCpro+, ADC BioScientific, UK）测量CO₂排放，土壤样品在实验室条件下干燥（从饱和到风干），利用水滴渗透时间实验评估土壤拒水性。对CO₂排放数据进行方差分析（ANOVA），得到的结果表明，柴油污染土壤的CO₂排放量高于未污染土壤的CO₂排放量。最初的拒水土壤被发现有更大的二氧化碳排放量，土壤含水量与CO₂外排之间的非线性关系仅存在于土壤上层，而对于更深的土壤层，外排实际上与土壤含水量无关。柴油污染土壤会增加土壤的拒水性。

 

结果见下图：

 

 

 

  获得的数据通常与Luo和Zhou（2006）的发现一致，即土壤含水量通过限制较高水含量下的氧扩散和低含水量下可溶性底物的扩散而间接影响CO₂释放。Chayawat等人的实地观察结果2012）表明，降雨事件后，土壤中的CO₂释放会受到土壤含水量的影响。

产地：英国

 

选配技术方案

1)可选配不同类型叶室以测量叶片光合作用

2)可选配不同呼吸室组件以测量果实/整株植物/小型群落光合-呼吸作用

3)可选配高光谱成像以评估土壤微生物呼吸作用

4)可选配红外热成像研究土壤水分、温度变化对呼吸影响

5)可选配ECODRONE®无人机平台搭载高光谱和红外热成像传感器进行时空格局调查研究

 

部分参考文献

1)Edyta Hewelke et al. 2018. The Impact of Diesel Oil Pollution on the Hydrophobicity and CO2 Efflux of Forest Soils. Water Air Soil Pollut, 229: 51.

2)Fér, M. et al. 2018. Influence of soil–water content on CO2 efflux within the elevation transect heavily impacted by erosion” Ecohydrology. 2018;e1989. https://doi.org/10.1002/eco.1989.

3)T F Wang et al. 2018. “Diurnal Change of Soil Carbon Flux of Binhai New District” IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 150 012007.

4)Lang, R. et al. 2017. “Seasonal differences in soil respiration and methane uptake in rubber plantation and rainforest” Agriculture, Ecosystems and Environment 240, 314-312.

5)Li, Xianwen, et al. 2016. “Evaluation of evapotranspiration and deep percolation under mulched drip irrigation in an oasis of Tarim basin, China.” Journal of Hydrology 538 (2016): 677-688.