ACE-Net多通道土壤呼吸觀測系統(tǒng)
前言
ACE-Net由ACE單機(jī)與Master中央控制單元（簡稱Master）組成，是目前世界上可大面積多點(diǎn)（多通道）持續(xù)同步化監(jiān)測土壤呼吸的儀器設(shè)備。通過Master可連接多30個ACE單機(jī)（可根據(jù)預(yù)算及研究需求選配ACE單機(jī)數(shù)量及測量模式如開放式測量、封閉式測量、透明呼吸室、非透明呼吸室），從而組成土壤呼吸監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，ACE單機(jī)與Master通過一根電纜完成供電和數(shù)據(jù)傳輸功能，避免了因復(fù)雜的氣路連接導(dǎo)致的氣路滯留、響應(yīng)時間慢、耗能大（需要大功率的氣泵帶動氣流）、易損壞、不能大范圍同步測量（沒法進(jìn)行時空分布格局研究）等缺點(diǎn)，ACE-Net可同步化持續(xù)監(jiān)測直徑200m區(qū)域范圍內(nèi)的土壤呼吸時空分布格局。
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上圖為操作人員在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場對儀器進(jìn)行設(shè)置和采樣
應(yīng)用領(lǐng)域
區(qū)域土壤通量長期自動化監(jiān)測
土壤呼吸控制因子（溫度、濕度、PH、土地類型）
土壤呼吸的時空變化特征（時間尺度、空間模式、梯度）
土壤呼吸對干擾的影響（氣候變化、林火、耕作、施肥、污染）
生態(tài)系統(tǒng)碳平衡
區(qū)域及碳平衡
土壤呼吸對氣候變化的影響
土壤呼吸模型的建立
功能特點(diǎn)
每個ACE單機(jī)既可進(jìn)行獨(dú)立自動點(diǎn)測量監(jiān)測，又可與Master連接組成多通道區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化同步監(jiān)測，是目前世界上真正多通道同步化測量的儀器系統(tǒng)
Master與ACE單機(jī)之間只用一根電纜（負(fù)責(zé)信號傳輸、供電和遙控設(shè)置等）相連，無需氣路，具備響應(yīng)時間短、功耗低（蓄電池供電）、可在野外長期監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，避免了因氣路相連導(dǎo)致的阻塞或被動物踩踏、氣體滯留（導(dǎo)致誤差加大和響應(yīng)時間拉長）及水汽凝結(jié)等問題
Master與ACE單機(jī)均具備LCD屏和功能操作鍵，通過顯示屏設(shè)置和瀏覽數(shù)據(jù)等，通過存儲卡保存數(shù)據(jù)，無需連接電腦或PDA，從而實(shí)現(xiàn)真正的野外長時間自動監(jiān)測
監(jiān)測直徑可達(dá)200m，可用于土壤呼吸的區(qū)域異質(zhì)性時空分布格局研究，不同土壤類型、不同植被類型或不同梯度的對比分析研究，通過選配透明呼吸室和非透明呼吸室分析評估生態(tài)系統(tǒng)的碳源碳匯功能等
系統(tǒng)組成
ACE單機(jī)，網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)，外接土壤溫度和土壤水分傳感器。中央控制箱通過電纜與單機(jī)相聯(lián)，對每個單機(jī)供電、數(shù)據(jù)傳輸和遙控，可與30個單機(jī)相聯(lián)組成區(qū)域網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對直徑200米范圍內(nèi)土壤呼吸空間異質(zhì)性的同步化監(jiān)測研究。
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上圖左為操作人員現(xiàn)場查看數(shù)據(jù)，上圖右為數(shù)據(jù)界面
技術(shù)指標(biāo)
1. 測量單機(jī)：網(wǎng)絡(luò)主機(jī)可連接30臺單機(jī)，單機(jī)獨(dú)立均具分析器
2. 測量區(qū)域范圍：直徑200m，同步化監(jiān)測，優(yōu)于順序測量
3. 紅外氣體分析儀：測量范圍標(biāo)準(zhǔn)配置為 40.0 mmols m-3（0-896ppm），可選配0-2000ppm；分辨率為1ppm；帶有自動零校準(zhǔn)裝置
4. 數(shù)據(jù)紀(jì)錄：1G移動存儲卡（CF），可存儲400萬組數(shù)據(jù)
5. 電源供應(yīng)：外用電池、太陽能板或風(fēng)力供應(yīng)，單機(jī)12V、40Ah蓄電池長可持續(xù)供電28天，ACE-Net單機(jī)內(nèi)部蓄電池1.0Ah
6. 顯示屏：240×64點(diǎn)陣 LCD屏幕，程序界面友好，通過5鍵控制
7. 數(shù)據(jù)查看：主機(jī)具備圖表顯示功能，可以得到實(shí)時的曲線圖，可視化土壤呼吸的變化趨勢，便于更直觀地進(jìn)行監(jiān)測
8. 數(shù)據(jù)下載：CF卡自動復(fù)制，也可用RS232傳輸
9. PAR傳感器：0-3000μmol m-2 s-1，硅光傳感器，每臺單機(jī)均已配置
10. 土壤溫度傳感器：每臺單機(jī)可接6個土壤溫度傳感器，測量范圍：-20～50℃
11. 土壤水分探頭：每臺單機(jī)可接4個土壤水分探頭，選配Theta土壤水分探頭，測量范圍0-1.0 m3.m-3，精度±1%，探針60mm長
12. 呼吸室流量控制：200-5000ml/min (137-3425 μmol sec-1)，流速精度±3%
13. 測量模式：開放式和閉合式兩種模式可選，不同單機(jī)可混合使用
14. 呼吸室體積：密封室體積2.6 L，開放室體積1.0 L
15. 呼吸室罩類型：透明和金屬可選
16. 土壤呼吸罩直徑：23 cm
17. 單機(jī)尺寸：82×33×13cm，重量：9.0 kg
18. 網(wǎng)絡(luò)控制主機(jī)尺寸：40×40×20cm，重量：12kg
19. 防水防塵：IP66
應(yīng)用案例
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在Zhongbing Lin等（2011）的研究中，使用多臺ACE單機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)對不同樣地的土壤呼吸進(jìn)行測量。同時ACE自帶的溫度傳感器和IMKO公司的TDR土壤水分傳感器測量樣地的溫度和土壤含水量。研究顯示高含水量時土壤呼吸和土壤含水量呈負(fù)相關(guān)（P<0.01）。土壤呼吸和土壤溫度之間有明顯的遲滯效應(yīng)，不考慮遲滯效應(yīng)將低估q10。
產(chǎn)地
英國
選配技術(shù)方案
1) 可選配土壤氧氣測量模塊
2) 可選配高光譜成像以評估土壤微生物呼吸作用
3) 可選配紅外熱成像研究土壤水分、溫度變化對呼吸影響
4) 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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