SCG-NHệ thống giám sát gradient CO2 cho hồ sơ đất

Hô hấp đất là nguồn carbon chính của hệ sinh thái đất liền, và hô hấp đất trung bình hàng năm của 18 loại rừng trong dự án EUROFLUX của châu Âu được báo cáo là 49% tổng năng suất ban đầu của nó (Janssens et al., 2001Nghiên cứu của Law et al. (2001) cho thấy hơi thở của đất chiếm khoảng ba phần tư hơi thở của toàn bộ hệ sinh thái. Tất cả những thay đổi tinh tế trong hồ chứa carbon đất sẽ có tác động đáng kể đến nồng độ CO2 trong khí quyển, vì vậy nghiên cứu động lực carbon của đất và lượng khí thải CO2 của nó trở thành một chủ đề cấp bách và quan trọng để dự đoán sự thay đổi nồng độ CO2 trong khí quyển. Có rất nhiều nghiên cứu về dòng CO2 bề mặt đất (tổng hô hấp đất), nhưng điều này rõ ràng là không đủ để giải thích quá trình sản xuất CO2 của đất, và nghiên cứu gradient dọc CO2 của hồ sơ đất ngày càng trở thành điểm nóng trong nghiên cứu về hô hấp đất và thậm chí là chu trình carbon của hệ sinh thái. Giám sát liên tục sản xuất CO2 ở các cấp độ khác nhau của đất (độ sâu) là cực kỳ quan trọng để hiểu động lực CO2 của đất và có thể làm rõ các đặc điểm thay đổi của dòng CO2 từ đất sang khí quyển theo mùa, ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và đặc tính của đất. Ngoài ra, giám sát CO2 gradient dọc của đất có thể được so sánh với giám sát liên quan đến xoáy được sử dụng rộng rãi, cho phép nghiên cứu định lượng phân tích trao đổi carbon của hệ sinh thái. Trong những năm gần đây, nước ngoài đã tiến hành một loạt các nghiên cứu phương pháp kỹ thuật sáng tạo, hệ thống giám sát gradient CO2 của SCG-3 là hệ thống giám sát liên tục CO2 tại chỗ được nghiên cứu và phát triển tích hợp dựa trên các nghiên cứu trên.

Theo nhưĐịnh luật đầu tiên của Fick (Fick's first law)Lưu lượng vật chất khuếch tán trong một đơn vị thời gian (trong trường hợp khuếch tán trạng thái ổn định) thông qua một mặt cắt đơn vị vuông góc với hướng khuếch tán (được gọi là thông lượng khuếch tán Diffusion flux), vớiJB5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2) mạc đường ruột muqueuses digestives (μmol CO2 m⁻²s⁻¹(Tức là theo định luật này, công thức tính toán cụ thể là:

J= -D(dC/dx)

Trong đóDHệ số khuếch tán CO2 trong đất tính bằng m²/s， liên quan đến nhiệt độ đất, hàm lượng nước thể tích đất và độ rỗng của đất), C là nồng độ CO2 có độ sâu x (tính bằng m),dC/dxĐối với gradient nồng độ, số "-" biểu thị hướng khuếch tán là hướng ngược lại của gradient nồng độ, tức là khuếch tán từ vùng nồng độ cao đến vùng nồng độ thấp.

SCGHồ sơ đất Hệ thống giám sát gradient CO2 bao gồm cảm biến CO2 với độ sâu chôn khác nhau của hồ sơ đất, cảm biến O2 (thay thế), cảm biến nhiệt độ đất, cảm biến độ ẩm đất, buồng hô hấp bề mặt đất (thay thế), bộ thu thập dữ liệu và trạm khí tượng mặt đất. Buồng hô hấp bề mặt đất có hai loại trong suốt và không trong suốt, trong đó buồng hô hấp trong suốt được sử dụng để đo hơi thở thuần của đất và quang hợp thực vật.

Các tính năng của hệ thống:

l Các phép đo liên tục CO2, độ ẩm, nhiệt độ của đất (cấu hình tiêu chuẩn là 3 lớp) tại chỗ không bị xáo trộn, thông lượng CO2 của đất (hô hấp đất) có thể được tìm thấy thông qua Định luật đầu tiên của Fick, cho phép theo dõi hô hấp đất tại chỗ với độ phân giải cao

l VaisalaCảm biến thời tiết, đo lường tự động ghi lại nhiệt độ và độ ẩm không khí, áp suất không khí, lượng mưa, tốc độ gió và hướng gió vv

l Đo độ xốp của đất có thể được thực hiện để xác định hệ số khuếch tán CO2, đo độ thấm của đất để xác định mối quan hệ giữa độ thấm của đất và độ ẩm của đất và thông lượng khí

l TRIME-PICO32Cảm biến thông minh về độ ẩm đất, đo chính xác độ ẩm và nhiệt độ của đất

l Mô-đun giám sát tại chỗ oxy cho cấu hình đất sợi quang huỳnh quang đơn hoặc đa kênh tùy chọn

l Mô-đun giám sát dòng thân cây bọc hoặc mô-đun giám sát dòng thân cây THB có thể được tùy chọn để theo dõi mối quan hệ năng động của dòng thân cây với CO2 tại chỗ

l ACEPhương pháp hô hấp đất trong suốt hoặc không trong suốt (thay thế) đo hơi thở đất bề mặt, có thể được sử dụng để bổ sung, hiệu chuẩn hoặc phân tích tương phản dữ liệu đo gradient CO2 của hồ sơ đất

l Truyền dữ liệu không dây, có thể duyệt web trực tuyến, tải dữ liệu bất cứ lúc nào

l Tùy chọn hệ thống giám sát động của rễ microroot

l Cung cấp pin hoặc năng lượng mặt trời

Các chỉ số kỹ thuật chính:

1. Đo độ ẩm đất:

a.TRIME-PICO32Cảm biến thông minh, công nghệ đo TDR, phạm vi đo 0-100% độ ẩm thể tích, độ chính xác±1%Độ chính xác lặp lại ± 0,2%, thể tích đo 250ml (PICO64 tùy chọn, thể tích đo 1250ml, có thể phản ánh chính xác hàm lượng nước của đất có sỏi);

b.Phạm vi đo nhiệt độ đất: -20℃～50℃, Độ chính xác đo: ± 0,2℃

c.Đánh giá chống thấm IP68

2. Đo CO2 đất: công nghệ hồng ngoại bước sóng kép không phân tán chùm đơn (NDIR), phạm vi đo 0-5000ppm, 0-7000ppm, 0-10000ppm, 0-20000 tùy chọn, độ chính xác ± 1,5%, thời gian đáp ứng tuyệt vời 30;

3. Cấu hình tiêu chuẩn là 3 lớp (SCG-3) Cấu hình đất CO2, độ ẩm đất và giám sát nhiệt độ đất

4. Mô-đun đo oxy cấu hình đất đơn hoặc đa kênh (tùy chọn), công nghệ đo sợi quang huỳnh quang O2, độ ổn định cao, tiêu thụ oxy bằng không, thời gian đáp ứng 5 giây, phạm vi đo 0-50%, độ chính xác tốt hơn 0,4%

5. Bộ thu thập dữ liệu 16 kênh tiêu chuẩn (32 kênh tùy chọn để theo dõi nồng độ CO2 trên 3 lớp, độ ẩm đất và nhiệt độ đất, v.v.):

a.Có thể lưu trữ 220.000 nhóm dữ liệu có dấu thời gian, độ phân giải 16 bit,± 20 mV up to ± 2.5 V 8Phạm vi đầu vào, độ chính xác 0,03%;

b.Khoảng thời gian đo từ 3 giây đến 4 giờ có thể điều chỉnh, khoảng thời gian trung bình dữ liệu từ 3 giây đến 4 giờ;

c.Điện áp 6,5-15VDC, tiêu thụ điện ở chế độ chờ 150 μA, đo tiêu thụ điện 15mA Trọng lượng 140g;

d.Pin dự phòng Lithium, 3V, có thể sử dụng hơn 5 năm;

e.Nhiệt độ hoạt động: -20-60 ° C;

f.Tải xuống phần mềm phân tích dữ liệu chuyên nghiệp để tải xuống dữ liệu, quan sát dữ liệu trực tuyến, phân tích thống kê (như trung bình hàng giờ, trung bình hàng ngày, tổng cộng, tối thiểu, tối đa, phân tích dữ liệu liên quan) và hiển thị biểu đồ và cài đặt hệ thống;

6. Đo độ xốp của đất: thể tích buồng áp suất là 1000ml, dải áp suất -1~3bar, độ phân giải áp suất không khí 1mbar

7. Đo độ thấm của đất bề mặt tại chỗ: Phạm vi đo 0,003-3cm/s, áp suất đo 1-3hPa, phạm vi đo thế nước 0-800hPa, độ ẩm thể tích đất 0-70%

8. Mô-đun giám sát dòng chảy thân cây bọc Công nghệ sưởi ấm SHB để giám sát dòng chảy chất lỏng thân cây 5-20mm

9. Mô-đun giám sát luồng thân cây THB Công nghệ sưởi ấm bên trong thân cây để giám sát luồng thân cây trên 10cm

10. Phương pháp phòng hô hấp theo dõi lớp đất bề mặt CO₂Flux (tùy chọn): Cấu hình tiêu chuẩn là máy theo dõi hơi thở đất ACE,Có hai chế độ đóng và mở để lựa chọn, mỗi chế độ lại có buồng thở trong suốt hoặc không trong suốt để lựa chọn,Phạm vi đoĐối với40.0 mmols m^-3（0-896ppm）,Độ phân giải 1ppm，Với thiết bị hiệu chuẩn Zero tự động

11. Giám sát thời tiết: Cảm biến thời tiết Vaisala, Phạm vi giám sát nhiệt độ -52℃～60℃, độ chính xác ± 0,3 ℃; Phạm vi giám sát áp suất không khí 600~1100hPa, độ chính xác ± 0,5hPa; Phạm vi giám sát không khí tương đối vừa phải 0~100%, độ chính xác ± 3%; Lượng mưa Độ phân giải đầu ra 0,01mm Độ chính xác 5%

12. Truyền dữ liệu không dây, duyệt qua phần mềm thiết bị đầu cuối, tải xuống dữ liệu và phân tích thống kê dữ liệu có sẵn

13. Quan sát sinh thái rễ (tùy chọn): Micro Root, Micro Root Mirror và thành phần phần mềm phân tích, tiêu chuẩn với đường kính Micro Root 44mm (ID 42mm), độ trong suốt cao, độ dẻo dai cao, chống mưa, chiều dài Micro Root Mirror 17 inch, 22 inch, 28 inch, 37 inch tùy chọn, đơn vị hình ảnh Micro Root, CCD màu 1/4 ", pixel 768 x 494, tỷ lệ tín hiệu và tiếng ồn 48DB, tùy chọn với đơn vị hình ảnh có độ phân giải cao cầm tay, CCD màu 1/3", độ phân giải lên đến 1600 x 1200 pixel; Thông qua giao tiếp USB và máy tính, thu thập hình ảnh, hoạt động dễ dàng

Biểu đồ trên cho thấy sự thay đổi độ sâu của các hồ sơ đất khác nhau (5cm, 12,5cm, 35cm) thông lượng CO2 R (trên) và nồng độ CO2 (dưới) vào mùa hè và mùa thu, xem tọa độ dọc bên phải cho lượng mưa (từ Z. Nagy et al. 2011). Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phép đo bằng phương pháp xoáy đã đánh giá thấp dòng chảy CO2 (đặc biệt là nếu dòng chảy thấp) và đồng cỏ khô có xu hướng xảy ra dòng chảy ngược của CO2 từ khí quyển sang đất sau những trận mưa lớn.

Xuất xứ: Châu Âu