SCG-NSistem de monitorizare a gradientului CO2 al profilului solului

Respirația solului este principala sursă de carbon a ecosistemelor terestre, iar respirația solului anuală medie a celor 18 tipuri de păduri din cadrul proiectului european EUROFLUX reprezintă 49% din productivitatea primară totală.Janssens et al., 2001Un studiu realizat de Law et al. (2001) a constatat că respirația solului reprezintă aproximativ trei sferturi din respirația întregului ecosistem. Modificările minore ale rezervelor de carbon ale solului vor avea un impact semnificativ asupra concentrațiilor atmosferice de CO2, astfel încât studiul dinamicii carbonului solului și a emisiilor sale de CO2 devine un subiect important pentru a prezice schimbările în concentrațiile atmosferice de CO2. Există multe studii privind fluxul de CO2 la suprafața solului (respirația totală a solului), dar acest lucru nu este suficient pentru a explica procesul de producție a solului, iar studiul gradientului vertical al CO2 al profilului solului devine din ce în ce mai mult un punct fierbinte pentru respirația solului și chiar pentru cercetarea ciclului carbonului în ecosisteme. Monitorizarea continuă a producției de CO2 la diferite niveluri (adâncime) ale solului este extrem de importantă pentru înțelegerea dinamicii solului în ceea ce privește fluxul de CO2 din sol în atmosferă, în funcție de sezon, lumină, temperatură, umiditate și caracteristici ale solului. În plus, monitorizarea CO2 a gradientului vertical al solului poate fi comparată cu monitorizarea legată de turbulență utilizată pe scară largă pentru a analiza cantitativ schimbul de carbon în ecosisteme. În ultimii ani, o serie de cercetări tehnice creative au fost efectuate în străinătate, iar sistemul de monitorizare a gradientului de CO2 al profilului solului SCG-3 este un sistem integrat de monitorizare continuă a CO2 in situ pe baza cercetărilor menționate mai sus.

în bazaPrima lege a lui FickFluxul de materie difuzată (numit flux de difuzie) prin o suprafață de secțiune unitară verticală în direcția difuziei în timpul unității de timp (în cazul difuziei în stare stabilă),JEste proporțional cu gradientul de concentrare al secțiunii. Profilul solului flux de CO2 (μmol CO2 m⁻²s⁻¹În conformitate cu această lege, formula de calcul este:

J= -D(dC/dx)

DintreDCoeficientul de difuzie a CO2 în sol (în m)²/s， în funcție de temperatura solului, de conținutul voluminos de apă al solului și de gapul solului), C reprezintă concentrația de CO2 la adâncimea x (în unități m),dC/dxPentru gradientul de concentrare, "-" înseamnă că direcția de difuzie este direcția opusă gradientului de concentrare, adică difuzia se difuzează de la o zonă de concentrație ridicată la o zonă de concentrație scăzută.

SCGSistemul de monitorizare a gradientului CO2 al profilului solului constă din senzori de CO2, senzori de O2 (opțional), senzori de temperatură a solului, senzori de umiditate a solului, camere respiratorii de suprafață a solului (opțional), colectoare de date și stații meteorologice de la sol. Camerele respiratorii de suprafață ale solului sunt transparente și netransparente, în care camerele respiratorii transparente sunt utilizate pentru a măsura respirația solului și respirația netă pentru fotosinteza plantelor.

Caracteristicile sistemului:

l Măsurarea continuă in situ a profilului solului CO2, umiditate și temperatură (configurație standard cu 3 straturi) fără perturbații poate determina fluxul de CO2 al solului (respirația solului) prin prima lege a lui Fick, astfel încât să se realizeze monitorizarea in situ a respirației solului cu o rezoluție mare în timp

l VaisalaSenzor meteorologic pentru înregistrarea automată a temperaturii și umidității aerului, presiunii, precipitațiilor, vitezei vântului și direcției vântului.

l Măsurarea porosității solului poate fi efectuată pentru a determina coeficientul de difuzie a CO2 și măsurarea permeabilității solului pentru a determina relația dintre permeabilitatea solului și umiditatea solului și fluxul de gaze.

l TRIME-PICO32Senzor inteligent de umiditate a solului pentru măsurarea cu precizie a umidității și temperaturii solului

l Modul opțional de monitorizare in situ a oxigenului pentru profilul solului cu fibră fluorescentă cu un singur canal sau mai multe canale

l Modulul de monitorizare a fluxului tulpinilor de plante sau modulul de monitorizare a fluxului tulpinilor THB pentru monitorizarea relației dinamice dintre fluxul tulpinilor și CO2 in situ

l ACEMetoda de respirație a solului transparent sau opac (opțional) pentru măsurarea respirației solului de suprafață, care poate fi utilizată pentru completarea, calibrarea sau analiza comparativă a datelor de măsurare a gradientului CO2 al profilului solului

l Transfer de date wireless pentru navigarea online și descărcarea datelor în orice moment

l Opțional cu sistem de monitorizare dinamică a sistemului microradicale

l Alimentare cu baterii sau cu energie solară

Principalii indicatori tehnici:

1. Măsurarea umidității solului:

a.TRIME-PICO32Senzor inteligent, tehnologie de măsurare TDR, interval de măsurare 0-100% volum, precizie±1%Precizie repetată ± 0,2%, volumul de măsurare 250ml (opțional cu PICO64, volumul de măsurare 1250ml, care poate reflecta cu precizie conținutul de umiditate al solului cu gresie);

b.Intervalul de măsurare a temperaturii solului: -20℃～50℃Precizie de măsurare: ± 0,2℃

c.Rezistentă la apă IP68

2. Măsurarea solului de CO2: tehnologie de infraroșu cu lungime de undă dublă (NDIR), intervalul de măsurare 0-5000ppm, 0-7000ppm, 0-10000ppm, 0-20000 opțional, precizie ± 1,5%, timp de răspuns 30 de minute;

3. Monitorizarea CO2, umidității solului și temperaturii solului în profilul solului cu 3 straturi (SCG-3) în configurație standard

4. Modul de măsurare a oxigenului în profilul solului cu un canal sau mai multe canale (opțional), tehnologie de măsurare a O2 cu fibră fluorescentă, stabilitate ridicată, consum zero de oxigen, timp de răspuns de 5 secunde, interval de măsurare 0-50%, precizie mai bună decât 0,4%

5. Colector de date standard cu 16 canale (opțional cu 32 de canale pentru monitorizarea concentrațiilor de CO2, umiditatea solului și a temperaturii solului de peste 3 straturi, etc.):

a.Poate stoca 220.000 de seturi de date cu timbre de timp, rezoluție de 16 biți,± 20 mV up to ± 2.5 V 8Intrarea intervalului, precizie 0,03%;

b.Intervalul de măsurare poate fi reglat de la 3 secunde la 4 ore, iar intervalul mediu de date este de la 3 secunde la 4 ore;

c.Tensiunea 6.5-15VDC, consumul de energie de standby 150μA, consumul de energie de măsurare 15mA greutatea 140g;

d.Bateria de rezervă de litiu, 3V, poate fi utilizată mai mult de 5 ani;

e.Temperatura de funcționare - 20-60 ° C;

f.Software de descărcare și analiză a datelor profesionale, care poate efectua descărcarea datelor, observarea datelor online, analiza statistică (cum ar fi media pe oră, media zilnică, totalul, valoarea minimă, valoarea maximă, analiza legată de date) și afișarea graficelor și setările sistemului;

6. Măsurarea porozității solului: volumul camerei de presiune este de 1000 ml, intervalul de presiune - 1 ~ 3 bar, rezoluția presiunii de 1 mbar

7. Măsurarea in situ a permeabilității solului: intervalul de măsurare 0,003-3cm / s, presiunea de măsurare 1-3hPa, intervalul de măsurare a tensiunii apei 0-800hPa, conținutul de apă al solului 0-70%

8. Modulul de monitorizare a fluxului de tulpine înfășurat: Tehnologia de încălzire SHB pentru monitorizarea fluxului de lichid de tulpine de 5-20mm

9. Modulul de monitorizare a fluxului trunchiului: Tehnologia de încălzire THB, încălzire internă a trunchiului pentru monitorizarea fluxului trunchiului de peste 10 cm

10. Metoda camerei respiratorii pentru monitorizarea suprafeței solului CO₂Fluxul (opțional): configurat standard pentru monitorul respirației solului ACE,Există două moduri închise și deschise, fiecare cu camere respiratorii transparente sau opace.Domeniul de măsurarepentru40.0 mmols m^-3（0-896ppm）,Rezoluţie 1ppm，Cu calibrare automată zero

11. Monitorizare meteorologică: senzor meteorologic Vaisala, interval de monitorizare a temperaturii -52℃～60℃, precizie ± 0,3 ℃; Intervalul de monitorizare a presiunii atmosferice 600-1100 hPa, precizie ± 0,5 hPa; Intervalul de monitorizare relativ moderată a aerului 0-100%, precizie ± 3%; Rezoluţie de ieşire 0,01 mm, precizie 5%

12. Transferul de date fără fir pentru navigarea, descărcarea și analiza statistică a datelor prin intermediul terminalului software

13. Observarea ecologică a sistemului rădăcină (opțional): microtuburi, microtuburi și software-ul de analiză, cu diametrul standard al tubului microradăcină de 44 mm (diametrul interior de 42 mm), transparență ridicată, rezistență ridicată, rezistență la ploaie, microtuburi cu lungimi de 17 inch, 22 inch, 28 inch, 37 inch opționale, unitate de imagini microtuburi, 1/4" CCD colorat, 768 x 494 pixeli, raport semnal-zgomot 48DB, opțional cu unitate de imagini de înaltă rezoluție portabilă, 1/3" CCD colorat, rezoluție de până la 1600 x 1200 pixeli; Comunicare prin USB și computer, scanare de imagini, operare ușoară

Figura de mai sus prezintă variațiile în fluxul de CO2 R (sus) și concentrația de CO2 (jos) la diferite adâncime de profil al solului (5 cm, 12,5 cm, 35 cm) în timpul verii și toamnei, iar precipitațiile se referă la coordonatele longitudinale din dreapta (extrase din Z. Nagy et al., 2011). Cercetările arată că măsurătorile turbulente subestimează fluxul de CO2 (în special în cazuri de flux mai scăzut), iar pășunile din zonele aride tind să aibă fluxuri inverse de CO2 din atmosferă spre sol după ploaie intense.

Origine: Europa