土壤生物化學(xué)過程溫室氣體（CO₂和δ¹³C等）產(chǎn)生與輸送是生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵過程參數(shù)。需要解決土壤生物化學(xué)過程CO₂和δ¹³C產(chǎn)生與輸送的野外原位觀測(cè)的客觀儀器需求。
       穩(wěn)定同位素光譜和質(zhì)譜技術(shù)與方法的進(jìn)步使CO₂ δ¹³C的觀測(cè)成為可能，與箱式通量觀測(cè)技術(shù)和方法結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)土壤溫室氣體及其同位素通量觀測(cè)研究。
       目前已有的土壤CO₂ δ¹³C箱式通量觀測(cè)系統(tǒng)主要包括非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)兩種，且多為研究者自制，通常缺乏對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論要求和假設(shè)等問題的綜合考慮和評(píng)價(jià)。

技術(shù)壁壘：
       觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論要求和假設(shè)等問題的綜合考慮和評(píng)價(jià)主要包括兩個(gè)方面：首先，如何保證系統(tǒng)測(cè)定數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確度，即保證系統(tǒng)氣密性及氣體混合、箱體內(nèi)外氣體濃度和壓力保持一致等；其次，如何保證系統(tǒng)測(cè)定數(shù)據(jù)的代表性，即待測(cè)氣體的產(chǎn)生和運(yùn)輸不受影響等。

       基于此，北京普瑞億科科技有限公司與中科院地理科學(xué)與資源研究所合作研發(fā)了由氣室箱體、采樣氣路、氣體分析儀、控制系統(tǒng)和標(biāo)定系統(tǒng)等部分構(gòu)成的多通道雙循環(huán)土壤呼吸δ¹³C觀測(cè)系統(tǒng)，并在中科院寒旱所黑河遙感站成功安裝、順利運(yùn)行，為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵參量監(jiān)測(cè)設(shè)備研制與生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)示范助力。

多通道雙循環(huán)土壤呼吸δ¹³C觀測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)配置：
       采樣氣室為自主研發(fā)的閉路氣室，氣體分析儀為Picarro G2131-i，控制系統(tǒng)為自主研發(fā)的16通道復(fù)路系統(tǒng)，標(biāo)定系統(tǒng)則采用三點(diǎn)標(biāo)定方法。

技術(shù)難點(diǎn)與解決方案：

方案一

采樣模塊——土壤呼吸室打開狀態(tài)

• 呼吸室：透明/非透明（貼錫紙）

• 氣室尺寸：50cm（L）*50cm（W）*40cm（H）；

• 氣室重量：約15kg；

• 氣室工作方式：可控自動(dòng)旋轉(zhuǎn)開合（上窗90°，側(cè)窗45°）；

• 驅(qū)動(dòng)方式：電動(dòng)推桿；

• 控制方式：PLC、觸摸屏控制

• 供電：12V/50W；

• 測(cè)量體積：90.5L；

• 測(cè)量面積：0.25m²；

• 溫度監(jiān)測(cè)：-40℃—85℃；

• 測(cè)量精度：±2% ；

• 密封方式：密封條密封；

• 材質(zhì)：鋁合金、進(jìn)口透明PC板；

方案二

采樣模塊——土壤呼吸室打開狀態(tài)

• 氣室類型：透明（鋁合金）/非透明（亞克力）；

• 整體外形尺寸：440mm（L）×260mm（W）×260mm（H）

• 整體重量：5.0Kg；

• 攜帶方式：便攜式手提；

• 工作方式：可控自動(dòng)旋轉(zhuǎn)開合；

• 測(cè)量方式：動(dòng)壓平衡流通式測(cè)量；

• 驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

• 控制方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制；

• 腔室尺寸：200mm（D）*130mmm(H)（可根據(jù)需要調(diào)整腔室高度）

• 測(cè)量體積：4000cm³；

• 測(cè)量面積：315cm²；

性能優(yōu)勢(shì)：

通過箱式通量觀測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試，確認(rèn)分析系統(tǒng)密封性能良好。

• 漏率低于0.10μmol mol^-1 min^-1@1500μmol mol^-1 (相當(dāng)于0.015μmol m^-2 s^-1的排放通量)；

• 在自然風(fēng)速介于0-4m s^-1條件下，氣室內(nèi)外壓差穩(wěn)定在±2Pa范圍內(nèi)；

• 零通量精度絕對(duì)值介于0.00011-0.072 μmol m^-2 s^-1 之間

• 模擬通量測(cè)試設(shè)置2.5、5、10、15umol m^-2 s^-1 的排放通量，結(jié)果表明， CO₂通量4次重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差介于0.09-0.23umol m^-2 s^-1，在10umol m^-2 s^-1 (CO₂)條件下，F(xiàn)R和KP方法計(jì)算得到的δ¹³C通量4次重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.34‰和0.40‰，模擬通量與實(shí)測(cè)通量結(jié)果基本位于1:1線上。

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