SCG-NBodenprofilüberwachungssystem für CO2-Gradienten

Die Atmung des Bodens ist die wichtigste Kohlenstoffquelle des landwirtschaftlichen Ökosystems, und das europäische Flussprojekt EUROFLUX berichtet, dass die durchschnittliche jährliche Atmung des Bodens in 18 Wäldertypen 49% ihrer gesamten Primärproduktivität ausmacht.Janssens et al., 2001In einer Studie von Law et al. (2001) wurde festgestellt, dass die Atmung des Bodens etwa drei Viertel der Atmung des gesamten Ökosystems ausmacht. Kleine Veränderungen in den Kohlenstoffbanken im Boden haben erhebliche Auswirkungen auf die CO2-Konzentration in der Atmosphäre, weshalb die Untersuchung der Kohlenstoffdynamik im Boden und ihrer CO2-Emissionen ein dringendes wichtiges Thema für die Prognose von Veränderungen in den CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre ist. Es gibt viele Studien über den CO2-Fluss der Bodenoberfläche (die Gesamtatmung des Bodens), aber dies reicht offensichtlich nicht aus, um den CO2-Produktionsprozess des Bodens zu erklären, und die Studie des vertikalen Gradienten von CO2 im Bodenprofil wird zunehmend zu einem Hotspot für die Studie der Bodenatmung und sogar des Kohlenstoffkreislaufs im Ökosystem. Die kontinuierliche Überwachung der CO2-Produktion auf verschiedenen Ebenen (Tiefen) des Bodens ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der CO2-Dynamik des Bodens und kann die variierenden Merkmale des CO2-Flusses vom Boden in die Atmosphäre mit der Jahreszeit, Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und Bodeneigenschaften aufklären. Darüber hinaus kann die CO2-Überwachung des vertikalen Gradienten des Bodens mit der weit verbreiteten Wirbelschnell-bezogenen Überwachung verglichen werden, um quantitativ zu untersuchen und den Kohlenstofftaustausch des Ökosystems zu analysieren. In den letzten Jahren wurden im Ausland eine Reihe von kreativen technischen Methoden untersucht, und das SCG-3-Bodenprofilüberwachungssystem ist ein integriertes in situ entwickeltes kontinuierliches Überwachungssystem für CO2 auf der Grundlage der oben genannten Studien.

basierendDas erste Gesetz von FickDer Durchfluss von Diffusionsstoff durch einen Schnittbereich, der senkrecht zur Diffusionrichtung liegt, innerhalb einer Einheitszeit (im Falle einer stationären Diffusion) (als Diffusionsfluss bezeichnet),JProportional zum Konzentrationsgradient an diesem Schnitt. Bodenprofil CO2-Durchfluss (μmol CO2 m⁻²s⁻¹Gemäß diesem Gesetz lautet die spezifische Berechnungsformel:

J= -D(dC/dx)

VonDDer Diffusionskoeffizient von CO2 im Boden (Einheit m)²/s， Abhängig von Bodentemperatur, Bodenvolumenwassergehalt und Bodenläufigkeit) ist C die CO2-Konzentration mit einer Tiefe von x (in m),dC/dxFür den Konzentrationsgradient bedeutet das Zeichen "-" die Diffusionsrichtung in der entgegengesetzten Richtung des Konzentrationsgradients, d. h. die Diffusion von einem Bereich mit hoher Konzentration in einen Bereich mit niedriger Konzentration.

SCGDas CO2-Gradientüberwachungssystem besteht aus CO2-Sensoren mit unterschiedlichen Tiefen im Bodenprofil, O2-Sensoren (optional), Bodentemperatursensoren, Bodenfeuchtigkeitssensoren, Atemkammern auf der Bodenoberfläche (optional), Datensammelgeräten und Bodenweterstationen. Die Atemkammern auf der Bodenoberfläche sind transparent und undurchsichtig, wobei die transparenten Atemkammern zur Messung der Nettoatme des Bodens und der Pflanzenfotosynthese verwendet werden.

Eigenschaften des Systems:

l Störungsfreie kontinuierliche Messung des Bodenprofils CO2, Feuchtigkeit und Temperatur (Standard-Konfiguration mit 3 Schichten), kann durch das erste Gesetz von Fick den Boden-CO2-Durchfluss (Bodenatmung) ermitteln, um eine hochzeitliche Auflösung der Überwachung der Bodenatmung vor Ort zu erreichen

l VaisalaMeteorologischer Sensor, der automatisch Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Niederschläge, Windgeschwindigkeit und Richtung erfasst

l Bodenporositätsmessung zur Bestimmung des CO2-Diffusionskoeffizienten und Bodenperformabilitätsmessung zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen Bodenperformabilität und Bodenfeuchte und Gasfluss

l TRIME-PICO32Intelligenter Sensor für die genaue Messung von Bodenfeuchte und Bodentemperatur

l Optionales in-situ-Sauerstoffüberwachungsmodul für ein- oder mehrkanaliges Fluoreszenzfaserbodenprofil

l Optional mit verpacktem Pflanzenstammstromüberwachungsmodul oder THB-Stämmstromüberwachungsmodul zur Überwachung der dynamischen Beziehung zwischen Stämmstrom und CO2 in situ

l ACETransparente oder undurchsichtige Bodenatme (optional) zur Messung der Bodenatme auf der Oberfläche zur Ergänzung, Kalibrierung oder Vergleichsanalyse von CO2-Gradientenmessungen im Bodenprofil

l Drahtlose Datenübertragung, jederzeit online surfen und Daten herunterladen

l Optionale dynamische Überwachung des Mikro-Wurzel-Fenstersystems

l Batterie oder Solarenergie

Haupttechnische Indikatoren:

1. Bodenfeuchtigkeitsmessung:

a.TRIME-PICO32Intelligenter Sensor, TDR-Messtechnik, Messbereich 0-100% Volumenwassergehalt, Genauigkeit±1%Wiederholungsgenauigkeit ± 0,2%, Messvolumen 250 ml (optional mit PICO64, Messvolumen von 1250 ml, das den Feuchtigkeitsgehalt des Kiesbodens genau widerspiegelt);

b.Bodentemperaturmessbereich: -20℃～50℃Messgenauigkeit: ± 0,2℃

c.Wasserdichtigkeit IP68

2. Boden-CO2-Messung: Nicht-Dispersionsstrahl-Doppelwellenlängen-Infrarot-Technologie (NDIR), Messbereich 0-5000ppm, 0-7000ppm, 0-10000ppm, 0-20000 optional, Genauigkeit ± 1,5%, Reaktionszeit 30.

3. Standardkonfiguration für die Überwachung von Bodenprofilen mit 3 Schichten (SCG-3) für CO2, Bodenfeuchte und Bodentemperatur

4. Einkanal- oder Mehrkanal-Sauerstoffmessmodul für Bodenprofile (optional), Fluoreszenzfaser-O2-Messtechnik, hohe Stabilität, Null Sauerstoffverbrauch, Reaktionszeit 5 Sekunden, Messbereich 0-50%, Genauigkeit über 0,4%

5. Standard mit 16-Kanal-Datenerfasser (optional mit 32-Kanal zur Überwachung von CO2-Konzentrationen, Bodenfeuchte und Bodentemperatur auf mehr als 3 Schichten):

a.Speicherung von 220.000 Datensätzen mit Zeitstempel, 16-Bit-Auflösung,± 20 mV up to ± 2.5 V 8Bereich Eingang, Genauigkeit 0,03%;

b.Messintervalle von 3 Sekunden bis 4 Stunden einstellbar, durchschnittliche Datenintervalle von 3 Sekunden bis 4 Stunden;

c.Spannung 6,5-15VDC, Standby Stromverbrauch 150μA, Messung Stromverbrauch 15mA Gewicht 140g;

d.Lithium-Ersatzbatterie, 3V, kann über 5 Jahre verwendet werden;

e.Betriebstemperatur -20-60°C;

f.Professionelle Datendownload-Analysesoftware für den Download von Daten, die Online-Beobachtung von Daten, die statistische Analyse (wie stündlicher Durchschnitt, täglicher Durchschnitt, Gesamt, Minimum, Maximum, datenbezogene Analyse) und die Darstellung von Diagrammen und Systemeinstellungen;

6. Bodenporositätsmessung: Druckkammervolumen von 1000 ml, Druckbereich von -1 bis 3 bar, Luftdruckauflösung von 1 mbar

7. Messung der Luftdurchlässigkeit des Bodens in situ: Messbereich 0,003-3 cm / s, Messdruck 1-3 hPa, Messbereich 0-800 hPa, Bodenvolumengehalt 0-70%

8. Umhülltes Stengelstromüberwachungsmodul: SHB-Heiztechnologie zur Überwachung des Stengelstroms von 5-20 mm

9. Stammstromüberwachungsmodul: THB-Heiztechnologie, Stamminnenheizung für die Überwachung von Stammstromen über 10 cm

10. Atmungskammer-Methode zur Überwachung der Bodenoberfläche CO₂Durchfluss (optional): Standardkonfiguration als ACE Bodenatmenmeter,Es stehen zwei Modelle zur Auswahl, geschlossen und offen, jeweils mit transparenten oder undurchsichtigen Atemräumen zur Auswahl.Messbereichfür40.0 mmols m^-3（0-896ppm）,Auflösung 1ppm，Mit automatischer Nullkalibrierung

11. Wetterüberwachung: Vaisala Wettersensor, Temperaturüberwachungsbereich-52℃～60℃, Genauigkeit ± 0,3 ℃; Atmosphärische Drucküberwachung im Bereich von 600 bis 1100 hPa, Genauigkeit ± 0,5 hPa; Luft relativ moderate Überwachungsbereich von 0 bis 100%, Genauigkeit ± 3%; Regenausgangsauflösung 0,01 mm, Genauigkeit 5%

12. Drahtlose Datenübertragung, Durchsuchen, Herunterladen und statistische Analyse über das Software-Terminal

13. Ökologische Beobachtung des Wurzelsystems (optional): Mikro-Wurzelröhre, Mikro-Wurzelröhre und Analysesoftware, Standard-Mikro-Wurzelröhre Durchmesser 44 mm (Innendurchmesser 42 mm), hohe Transparenz, hohe Zähigkeit, Regenschutz, Mikro-Wurzelröhre mit einer Länge von 17 Zoll, 22 Zoll, 28 Zoll und 37 Zoll, Mikro-Wurzelröhre-Bildgebungseinheit, 1/4" Farb-CCD, 768 x 494 Pixel, Signal-Rausch-Verhältnis von 48DB, optional mit Handheld-Hochauflösungsbildgebungseinheit, 1/3" Farb-CCD, Auflösung bis zu 1600 x 1200 Pixel; Kommunikation über USB und Computer, Bilderfassung und einfache Bedienung

Die obige Abbildung zeigt die Veränderungen des CO2-Durchflusses R (oben) und der CO2-Konzentration (unten) in den verschiedenen Bodenprofiltiefen (5 cm, 12,5 cm, 35 cm) im Sommer und Herbst, die Niederschläge siehe die rechten Longitudinalkoordinaten (Auszug von Z. Nagy et al., 2011). Studien haben gezeigt, dass turbulente Messungen den CO2-Durchfluss unterschätzen (insbesondere bei niedrigeren Durchflussen), und trockene Prairien neigen dazu, einen umgekehrten CO2-Durchfluss von der Atmosphäre in den Boden nach heftigen Regenfällen aufzutreten.

Herkunft: Europa