? ACE自動土壤呼吸測量儀
前言
ACE土壤呼吸監(jiān)測技術(shù)由英國ADC公司根據(jù)呼吸室法研制，ACE土壤呼吸監(jiān)測儀（簡稱ACE）由可自動開/閉呼吸室、內(nèi)置CO2分析儀的旋轉(zhuǎn)臂及控制單元組成一個完整緊湊的野外監(jiān)測儀器，有封閉式測量儀和開放式測量儀兩種，包括封閉透明式、封閉非透明式、開放透明式、開放非透明式等所有呼吸室測量方法技術(shù)，可定點全自動連續(xù)監(jiān)測土壤呼吸及土壤溫度、土壤水分和PAR，整機(jī)防水防塵，數(shù)據(jù)自動存儲到存儲卡中，12V 40Ah蓄電池可在野外連續(xù)監(jiān)測近1個月時間。
ACE是目前世界上可長期放置在野外進(jìn)行土壤呼吸監(jiān)測的高度集成儀器。
上圖中研究人員分別使用開放式透明和開放式非透明兩種呼吸室進(jìn)行測量
應(yīng)用領(lǐng)域
碳收支平衡研究，為碳交易提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源
與氣候變化數(shù)據(jù)相結(jié)合，研究溫室氣體排放對氣候變化的影響
與渦度相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合，對通量變化做出合理解釋
對土壤呼吸的影響因子及調(diào)控機(jī)制進(jìn)行研究
不同作物或耕作類型或殺蟲劑對土壤呼吸的影響
微生物生態(tài)學(xué)
土壤污染的恢復(fù)研究
填埋垃圾場土壤呼吸狀態(tài)研究
工作原理
ACE采用兩種測量模式：封閉式和開放式。兩種模式采用不同的工作原理。
1：封閉式測量原理：開始測定前呼吸罩自動關(guān)閉，形成密閉的呼吸室。緊鄰呼吸室的機(jī)械臂內(nèi)，具有一個高精度的CO2紅外氣體分析器（IRGA）。每隔10s對呼吸室的氣體進(jìn)行分析，在測量結(jié)束后通過分析數(shù)據(jù)自動計算土壤表面通量（土壤呼吸值）。
2：開放式測量原理：開始測量前呼吸罩自動關(guān)閉，測量過程中，呼吸室與環(huán)境氣體相連，頂部設(shè)有壓力釋放裝置，保持內(nèi)外氣壓穩(wěn)定。在一定流速下達(dá)到穩(wěn)態(tài)后測量泵入和泵出氣體的CO2濃度差Δc，自動計算出通量值。
功能特點
高度集成、全自動化、一體式土壤呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，自動開/閉呼吸室，CO2分析儀、數(shù)據(jù)采集器及操作系統(tǒng)集成在一起，便于攜帶移動，無需額外配置計算機(jī)等外部設(shè)備，無需管路連接等復(fù)雜耗時的安裝過程
內(nèi)置微機(jī)五鍵式操作系統(tǒng)，大型240×64點陣LCD屏用于設(shè)置操作、數(shù)據(jù)瀏覽及診斷
有封閉式和開放式供選配，在干旱區(qū)等土壤呼吸微弱的情況下，建議選配封閉式測量
呼吸室面積達(dá)415cm2，有透明呼吸室和非透明呼吸室供選擇，前者適合用于測量低矮草本或禾苗群落碳通量，或用于測量有大量光合海藻類（如藍(lán)藻）、苔蘚地衣類植物的土壤碳通量（既有光合作用又有呼吸作用）
高精度、高靈敏度CO2分析儀，分辨率為1ppm
可連接6個土壤溫度傳感器，4個土壤水分傳感器，以監(jiān)測不同剖面土壤水分與溫度
供電方式可從太陽能、蓄電池、220V交流電中三選一
可購買多個ACE進(jìn)行多點監(jiān)測，可選配幾個透明呼吸室和幾個非透明呼吸室用于監(jiān)測分析土壤及地上光合生物（如生物結(jié)皮、苔蘚、低矮植被等）總光合、凈光合、總呼吸、凈呼吸及其相互關(guān)系和晝夜動態(tài)變化格局等
技術(shù)指標(biāo)
紅外氣體分析儀：內(nèi)置于土壤呼吸室，氣路很短，響應(yīng)時間短
CO2：測量范圍：標(biāo)準(zhǔn)范圍0-896ppm（可定制大量程和范圍）分辨率：1ppm
PAR：0-3000μmol m-2 s-1硅光電池
土壤溫度熱電阻探頭：測量范圍：-20-50℃，可接多達(dá)6個土壤溫度探頭
土壤水分探頭SM300：測定范圍0-100vol%；精度3％（針對土壤進(jìn)行標(biāo)定后）；測量土體范圍：55mm x 70mm；可接多達(dá)4個土壤水分探頭
土壤水分探頭Theta：測量范圍0-1.0 m3.m-3；精度±1%（特殊標(biāo)定后）探頭尺寸；探針60 mm 長，探頭總長207mm；可接多達(dá)4個土壤水分探頭
呼吸室流量控制：200-5000ml/min (137-3425 μmol sec-1)，精度：±流速的3%
呼吸室類型：開放透明、開放非透明、封閉透明、封閉非透明四種呼吸室供選
儀器操作：獨立主機(jī)，不需要PC/PDA
數(shù)據(jù)紀(jì)錄：2G移動存儲卡（SD），可存儲800萬組以上數(shù)據(jù)
電源供應(yīng)：外部電池、太陽能板或風(fēng)力供應(yīng)，12v、40Ah蓄電池長可持續(xù)供電28天，僅網(wǎng)絡(luò)式有內(nèi)部電池1.0Ah
數(shù)據(jù)下載：讀取SD卡或使用USB連接
電子部分連接：堅固、防水的3pin插口（頭）
程序：界面友好，通過5鍵控制
氣體連接：3 mm氣路接頭
顯示：240×64點陣 LCD屏幕
尺寸：82×33×13cm
密封室體積：2.6 L
開放室體積：1.0 L
土壤呼吸罩直徑：23 cm
重量：9.0 kg
上圖左為預(yù)埋鋼圈，右為ACE連接土壤水分和土壤度傳感器實物圖
呼吸室的選配
封閉式與開放式的差別
封閉式測量在測定時呼吸室完全閉合。測定簡單，速度快 (5-10mins)，應(yīng)用為普遍。但精確度較低。 開放式測量時呼吸室與外界大氣聯(lián)通，精確度更高，但時間較長，受劇烈環(huán)境變化影響明顯。 |
透明與非透明的區(qū)別
非透明呼吸室，只測定呼吸（包括土壤呼吸和植物地上部呼吸） 透明呼吸室，測定碳通量（包括土壤呼吸，植物地上部呼吸和光合作用） |
操作屏幕和結(jié)果
應(yīng)用案例
屈冉等（2010）在秦嶺利用ACE研究了土壤微生物和有機(jī)酸對土壤呼吸時的影響。研究顯示土壤呼吸速率與土壤細(xì)菌、放線菌、草酸和檸檬酸呈極顯著正相關(guān)。
產(chǎn)地：英國
1) 可選配多個ACE進(jìn)行多點監(jiān)測，與ACE MASTER主機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測方案
2) 可選配土壤氧氣測量模塊
3) 可選配高光譜成像以評估土壤微生物呼吸作用
4) 可選配紅外熱成像研究土壤水分、溫度變化對呼吸影響
5) 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)行時空格局調(diào)查研究
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