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群落全株碳氮水過程監(jiān)測系統(tǒng)

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2025/8/31 8:59:13

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簡要描述：生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測任務(wù)中生態(tài)系統(tǒng)格局、生態(tài)要素監(jiān)測對實時性要求不高，間斷性監(jiān)測基本可以滿足要求，但生態(tài)系統(tǒng)過程監(jiān)測一般需要實時、連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于干擾因子的生態(tài)響應(yīng)或反饋研究，還需要人為設(shè)置控制條件才能實現(xiàn)

群落全株碳氮水過程監(jiān)測系統(tǒng)詳細信息

    生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測任務(wù)中生態(tài)系統(tǒng)格局、生態(tài)要素監(jiān)測對實時性要求不高，間斷性監(jiān)測基本可以滿足要求，但生態(tài)系統(tǒng)過程監(jiān)測一般需要實時、連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于干擾因子的生態(tài)響應(yīng)或反饋研究，還需要人為設(shè)置控制條件才能實現(xiàn)。區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)過程模型也需要樣地或樣點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)提供檢驗和驗證。

    LysiCosm-SPAC是一套高性價比土壤-植物-大氣連續(xù)體、實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以原位觀測群落生態(tài)系統(tǒng)或全株植物的碳、氮、水變化過程，也可以用于增溫、控水條件下群落生態(tài)系統(tǒng)的變化過程研究，記錄群落生態(tài)系統(tǒng)日NEE變化，夜間的暗呼吸，估算群落生態(tài)系統(tǒng)GPP，評估生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。

    一、工作原理

    LysiCosm-SPAC是基于控制型土柱的群落全株生態(tài)系統(tǒng)碳氮水過程（草地群落系統(tǒng)、作物整株系統(tǒng)）在線監(jiān)測設(shè)備

    主機測量地下剖面土壤水分、溫度、電導(dǎo)率、氧化還原等參數(shù)的同時，記錄地上全株植物或群落的CO2、H2O等參數(shù)，時間分辨率達秒級。同步測量根系的水平和垂直結(jié)構(gòu)及根區(qū)動物。

    土壤可在設(shè)定范圍內(nèi)變化，柱體帶邊界層控制功能。

    地上測量高度可隨植物高度調(diào)整，0.5-2.3米可調(diào)，也可定制高度。

    二、系統(tǒng)功能及應(yīng)用

    1、群落全株日間凈光合、夜間暗呼吸在線測量

    群落全株的光合、呼吸測量需要大的測量室。傳統(tǒng)的靜態(tài)箱法只能間斷測量，無法連續(xù)測量夜間的暗呼吸；自動箱的設(shè)計也有問題待解決，一種測量時覆蓋地表，測量完成后自動移動到側(cè)面，對測點無遮擋，但這種自動箱面積小、高度低，一般只能用于測量裸地的土壤呼吸，測量覆地的草本生態(tài)系統(tǒng)時因面積小代表性差。

    另外一種是帶框架的自動箱，不測量時無法全打開，會影響測量點的氣體擴散，影響測量精度，對測量的降水、輻射、風(fēng)速影響比較大，導(dǎo)致測量代表性差。

iChamber群落全株自動箱是業(yè)內(nèi)能連續(xù)測量全株的新型自動箱，是澳作公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、自主研發(fā)、國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品，集六項設(shè)計于一體，的無框架、無立柱設(shè)計，高度隨植物生長可調(diào)、面積可達1平米、高度2.3米，可用于群落全株的凈光合在線測量，業(yè)內(nèi)空白。

    iChamber群落全株自動箱有三種規(guī)格，適用于不同的生態(tài)類型，特殊需要，也可定制。

    S120型iChamber面積1M²（直徑1.2M），高度2.3米，可測量灌木、苗木，用于森林、濕地、荒漠植被等生態(tài)系統(tǒng)交換測量。

    可以配置1平米、高2米的控制型土柱，做碳氮水過程的控制試驗。

S62型iChamber面積0.3M²（直徑0.62M），高度1.1米，用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，帶植被的濕地、荒漠生態(tài)系統(tǒng)，帶藤曼、灌木的草地、城市生態(tài)系

S35型iChamber面積0.08M²（直徑0.35M），高度0.5米，用于草地生態(tài)系統(tǒng)。

冬小麥地一次日間、夜間的測量數(shù)據(jù)顯示趨勢和大田情況相符，曲線圖如下：

2、日間測量群落全株呼吸

iChamber箱體材料有透明和非透明可選，在日間也能測量呼吸。

3、群落全株CO2、N2O、H2O、CH4通量分鐘變化

    改變了過去觀測物質(zhì)種類單一、缺乏多種物質(zhì)組分集成觀測的情況，一臺分析儀同步測量CO2、N2O、H2O、CH4，還可選配測量13C-CO2、18O-CO2、15N、18O等同位素，可識別不同物質(zhì)排放過程之間的協(xié)同或消長關(guān)系。

    主機采用激光光譜測量氣體分子，時間分辨率可達秒級。

    冬小麥地24小時，每半小時一次CO2通量

    4、邊界層控制功能，調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)

    邊界層控制功能可調(diào)控土柱的水文過程與野外一致，確?；谟^測柱體的數(shù)據(jù)可以代表野外的生態(tài)系統(tǒng)變化過程；或穩(wěn)定在設(shè)定的控制試驗條件，觀測生態(tài)系統(tǒng)的氣候變化響應(yīng)過程。

    提供水位和水勢2種邊界層控制功能，滿足不同的氣候類型。南方地下水位高的生態(tài)系統(tǒng)，可采用水位控制；北方地下水埋深低的，可采用水勢控制。

    土壤增溫功能，模擬冬夏季不同的熱通量。

    LysiCosm-SPAC系統(tǒng)可調(diào)控如下參數(shù)，實現(xiàn)大田原位條件下的控制實驗。

    水位控制范圍：0.1～20m精度：±2mm

    水勢控制：+1000～-750hpa精度：±20hpa

    溫度控制：0.1～5℃精度：±0.2℃

    降雨控制：0.1～200mm/H精度：±0.5mm

    光強度：1～3000umol精度：±30umol

    CO2：400～3000ppm精度：±30ppm

    5、地下根系生長動態(tài)監(jiān)測

    獲取根系水平和垂直拓撲結(jié)構(gòu)，研究原狀土壤條件下，根的垂直及水平方向的動態(tài)生長過程，同步、同點觀測的土壤水力學(xué)參數(shù)及土壤溶質(zhì)變化，為根際環(huán)境因子與根系生態(tài)的交互作用、根際動物行為研究等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

    土壤水勢及地下水位的控制能力還為根系的抗性研究提供不同根際環(huán)境。

    根區(qū)溫度可在0.1-5°變化，研究根區(qū)增溫對根系生長和碳氮排放的影響。

    RhizoCam原位根系自動測量系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守測量，監(jiān)測根系動態(tài)變化的時間分辨率可達分鐘。

6、根區(qū)動物監(jiān)測

4800dpi高清、大視野拍照功能，實時清晰顯示土壤、根系和動物情況。可用于研究土壤動物對根系的影響。微根窗管中能清晰觀察到植物幼根、細根的生長、發(fā)育、死亡，觀察到多種類型土壤動物跳蟲、螞蟻、蜘蛛和蚯蚓等地下動物活動。

7、地下溫室氣體廓線監(jiān)測

iChamber-G土壤采氣矛用于土壤剖面氣體采集，埋入土壤剖面的不同深度，采氣矛管壁的小孔與土壤氣體交換平衡后將氣體泵出，與氣體分析儀通過管路連接，可以測量土壤剖面不同深度處土壤氣體成分的實時濃度。

設(shè)置不同的土壤溫度和土壤水分，用于研究控制條件下土壤溫室氣體排放的變化。

可以用于常規(guī)土壤或積水土壤（濕地）。

    二、技術(shù)指標

    1、控制型柱體0.08-4平米，高0.3-4米

    2、邊界層控制

    水量分辨率：0.001mm,水量精度：0.01mm（潛水蒸發(fā)測量精度：0.01mm）

    水位控制范圍：0-1500mm水位控制精度：±5mm

    3、稱重類型：直接稱重系統(tǒng)，高精度直接稱重傳感器

    稱重范圍：0-6000.0kg，

    稱重分辨率：分辨率0.01kg，0.01mm水深（1平米）

    綜合精度：0.01%

    顯示屏：分辨率6位有效數(shù)字

    4、iChamber群落全株自動箱

    面積0.08-1平米，高0.5-2.3米

    升降高度：隨植物長高自動調(diào)節(jié)

    呼吸罩類型：透光/不透光可選

    升降速度：50mm/s

    5、氣體測量

    測量原理：激光光譜技術(shù)

技術(shù)指標	CO2	CH4	N2O	H20
精度（1s）	0.4ppm	10ppb	0.2ppb	10ppm
精度（10s）	0.1ppm	7ppb	0.12ppb	6ppm
精度確保范圍	0~10000ppm	0~100ppm	0~100ppm	0~5%