前言

土壤是氣候變化中極為重要的碳源和碳匯，土壤呼吸對大氣CO₂含量的影響已經(jīng)引起越來越多研究者的注意。SRS-2000 T便攜式土壤呼吸測量儀是基于LCpro T光合儀加裝土壤呼吸室組成的便攜式土壤呼吸系統(tǒng)，專為測量土壤呼吸及其他野外氣體交換而設(shè)計(jì)。

組成

儀器包括一個(gè)觸摸屏控制臺、一個(gè)手柄和一個(gè)1升的土壤呼吸室，可對呼吸室內(nèi)的CO₂和H₂O濃度進(jìn)行程序調(diào)控，模擬不同梯度下的土壤呼吸情況。高精度微型CO₂紅外氣體分析儀直接安裝于手柄內(nèi)，大大減少CO₂到分析儀測量的響應(yīng)時(shí)間。

上圖左為主機(jī)加土壤呼吸室測量土壤呼吸實(shí)例照片，上圖右為英國劍橋科研人員使用該系統(tǒng)在南極洲測量土壤呼吸與藻類光合作用現(xiàn)場照片

SRS-2000 T便攜式土壤呼吸測量儀測量過程以開放模式進(jìn)行，環(huán)境空氣與呼吸室氣體不斷循環(huán)，以保證作為樣品的土壤保持自然狀態(tài)。土壤呼吸室由一個(gè)上部呼吸室和一個(gè)下部不銹鋼環(huán)刀構(gòu)成。上部呼吸室平衡設(shè)計(jì)極大的避免了氣壓和風(fēng)對于測量的影響。下部不銹鋼環(huán)刀插入土壤，不論土壤條件如何，保證上面的呼吸室處于位置，并能夠保證對土壤的小擾動(dòng)。

用戶可選擇PVC適配器，以PVC管替代環(huán)刀，適合大面積多點(diǎn)布設(shè)，節(jié)約成本。

測量室

選配不同葉室和呼吸室，可以測量葉片光合作用（選用不同類型葉室）、果實(shí)或整株植物光合作用（選配果蔬光合-呼吸室）、小型群落光合-呼吸（選配透明群落光合-呼吸室）、土壤呼吸等，全面分析研究土壤植物碳源碳匯功能。

上圖從左到右依次為寬葉室、窄葉室、LED光源、熒光儀聯(lián)用葉室、小型葉室

上圖從左到右依次為針葉室、果實(shí)測量室、土壤呼吸室、多功能測量室、冠層室

應(yīng)用領(lǐng)域

• 碳源碳匯研究
• 氣候變化
• 土地利用方式改變
• 生態(tài)修復(fù)研究
• 植物生理生態(tài)研究

主要特點(diǎn)

• 便攜性：拎之即走，非常合適野外大面積多點(diǎn)采樣調(diào)查。
• 電池續(xù)航：滿電連續(xù)工作16小時(shí)。
• GPS定位：經(jīng)度、緯度、海拔數(shù)據(jù)與土壤呼吸數(shù)據(jù)同步獲取。
• 環(huán)境因子：呼吸室CO₂和H₂O梯度調(diào)控。
• 堅(jiān)固可靠：控制臺包含全部功能，呼吸室流量控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和存儲，彩色360度可見觸摸屏。
• 惡劣條件下使用：高濕度/多塵環(huán)境表現(xiàn)出色。
• 空間和時(shí)間分布研究：用戶可自行設(shè)定采樣間隔，儀器會(huì)自動(dòng)工作采集數(shù)據(jù)。
• 數(shù)據(jù)存儲與傳輸：SD卡存儲，用戶喜愛的方式，也可通過USB線下載數(shù)據(jù)。

技術(shù)指標(biāo)

• CO₂氣體量程：0~3000ppm。
• CO₂分辨率：1ppm。
• CO₂分析單元：開路設(shè)計(jì)，鍍金、mini化、時(shí)域差分設(shè)計(jì)(避免雙IRGA平衡校準(zhǔn)漂變) IRGA，溫度、氣壓自動(dòng)補(bǔ)償，零點(diǎn)自動(dòng)校正。
• H₂O分析單元：0~75mbar，0.1mbar 分辨率，2個(gè)高精度激光微調(diào)濕度傳感器以提供超穩(wěn)定性蒸騰數(shù)據(jù)。
• 環(huán)境因子調(diào)控：CO₂大控制為2000ppm，H₂O控制可低于或高于當(dāng)前環(huán)境濕度。
• PAR傳感器：0~3000µmol m^-2 sec^-1，硅光電池。
• 呼吸室溫度：0~50℃，高精度熱電偶，準(zhǔn)確度+/- 0.2°C。
• 土壤溫度：5°C~50°C，手動(dòng)定位土壤溫度探頭。
• 土壤呼吸室流速：68~340µmol m^-2 sec^-1。
• 預(yù)熱時(shí)間：5 minutes @ 20°C。
• 顯示屏：彩色WQVGA LCD觸摸屏，480 x 272像素，尺寸95 x 53.9 mm，對角線長109mm。
• 數(shù)據(jù)與存儲：SD卡，大支持32G。
• 電池：7.5Ah，12V鋰離子電池，提供16小時(shí)續(xù)航。
• 充電器：通用輸入電壓，13.8V輸出。
• 數(shù)據(jù)輸出口1：Mini-B轉(zhuǎn)USB。
• 數(shù)據(jù)輸出口2：RS232，9針D型口。
• 操作溫度：5°C~45°C。
• 控制臺尺寸與重量：230◊110◊170mm，4.1kg。
• 手柄重量：0.8kg。
• 呼吸室構(gòu)成：下部不銹鋼環(huán)刀，上部丙烯塑料透明罩。
• 體積：1L。
• 直徑：130mm。
• 高度：不銹鋼環(huán)刀高75mm，丙烯塑料透明罩高70mm。
• 重量：環(huán)刀325g，透明罩320g。

應(yīng)用案例

柴油污染土壤會(huì)增加CO₂排放，華沙的研究人員（Edyta Hewelke et al. 2018）此次評估了柴油燃料污染對森林土壤CO₂釋放量和疏水性的影響。

石油產(chǎn)品污染土壤是一個(gè)主要的環(huán)境問題，而石油產(chǎn)品是人類活動(dòng)造成的常見土壤污染物，它們正在引起土壤生物（特別是微生物）過程，化學(xué)成分，結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的重大變化。這項(xiàng)研究的主要目的是評估土壤濕度對柴油污染的白樺土壤的CO₂釋放的影響。對兩個(gè)森林樣地的四土壤層進(jìn)行兩組污染處理（分別是3000和9000毫克柴油/千克土壤），兩個(gè)樣地初始土壤拒水性各不相同。使用便攜式紅外氣體分析儀（LCpro+, ADC BioScientific, UK）測量CO₂排放，土壤樣品在實(shí)驗(yàn)室條件下干燥（從飽和到風(fēng)干），利用水滴滲透時(shí)間實(shí)驗(yàn)評估土壤拒水性。對CO₂排放數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（ANOVA），得到的結(jié)果表明，柴油污染土壤的CO₂排放量高于未污染土壤的CO₂排放量。初的拒水土壤被發(fā)現(xiàn)有更大的二氧化碳排放量，土壤含水量與CO₂外排之間的非線性關(guān)系僅存在于土壤上層，而對于更深的土壤層，外排實(shí)際上與土壤含水量無關(guān)。柴油污染土壤會(huì)增加土壤的拒水性。

結(jié)果見下圖：

獲得的數(shù)據(jù)通常與Luo和Zhou（2006）的發(fā)現(xiàn)*，即土壤含水量通過限制較高水含量下的氧擴(kuò)散和低含水量下可溶性底物的擴(kuò)散而間接影響CO₂釋放。Chayawat等人的實(shí)地觀察結(jié)果2012）表明，降雨事件后，土壤中的CO₂釋放會(huì)受到土壤含水量的影響。

產(chǎn)地

英國

選配技術(shù)方案

• 可選配不同類型葉室以測量葉片光合作用
• 可選配不同呼吸室組件以測量果實(shí)/整株植物/小型群落光合-呼吸作用
• 可選配高光譜成像以評估土壤微生物呼吸作用
• 可選配紅外熱成像研究土壤水分、溫度變化對呼吸影響
• 可選配ECODRONE®無人機(jī)平臺搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進(jìn)行時(shí)空 格局調(diào)查研究

部分參考文獻(xiàn)

• Edyta Hewelke et al. 2018. The Impact of Diesel Oil Pollution on the Hydrophobicity and CO2 Efflux of Forest Soils. Water Air Soil Pollut, 229: 51.
• Fér, M. et al. 2018. Influence of soil–water content on CO2 efflux within the elevation transect heavily impacted by erosion” Ecohydrology. 2018;e1989. 
• T F Wang et al. 2018. “Diurnal Change of Soil Carbon Flux of Binhai New District” IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 150 012007.
• Lang, R. et al. 2017. “Seasonal differences in soil respiration and methane uptake in rubber plantation and rainforest” Agriculture, Ecosystems and Environment 240, 314-312.
• Li, Xianwen, et al. 2016. “Evaluation of evapotranspiration and deep percolation under mulched drip irrigation in an oasis of Tarim basin, China.” Journal of Hydrology 538 (2016): 677-688.