SCG-NСистема моніторингу градієнту CO2 в профілі грунту

Дихання грунту є основним джерелом вуглецю для наземних екосистем, і, як повідомляється, середній річний дихання грунту для 18 типів лісів Європейського потокового проекту EUROFLUX становить 49% від загальної первинної продуктивності.Janssens et al., 2001Дослідження Law et al. (2001) показали, що дихання грунту становить близько трьох чвертих дихання всієї екосистеми. Незначні зміни в вуглецевих резервуарах грунту будуть мати значний вплив на концентрацію CO2 в атмосфері, тому вивчення динаміки вуглецю в грунті та його викидів CO2 стає важливим питанням для прогнозування змін в концентрації CO2 в атмосфері. Багато досліджень щодо потоку CO2 на поверхні грунту (загальне дихання грунту), але цього, очевидно, недостатньо для пояснення процесу виробництва CO2 в грунті, і дослідження вертикального градієнту CO2 в профілі грунту стає все більш гарячою точкою для дослідження дихання грунту та навіть вуглецевого циклу в екосистемі. Постійний моніторинг виробництва СО2 на різних рівнях (глибинах) грунту має важливе значення для розуміння динаміки СО2 грунту, що дозволяє визначити зміни потоку СО2 з грунту в атмосферу в залежності від сезону, світла, температури, вологості та характеристик грунту. Крім того, моніторинг CO2 вертикального градієнту грунту може бути порівняний з широко використовуваним моніторингом, пов'язаним з вихором, що дозволяє кількісно досліджувати та аналізувати обмін вуглецю в екосистемі. Останніми роками за кордоном було проведено ряд творчих технологічних методів досліджень, а система моніторингу градієнту СО2 в профілі грунту SCG-3 є інтегрованою системою постійного моніторингу СО2 на основі вищезазначених досліджень.

На основіПерший закон Фіка (Fick's First Law)У випадку дифузії в стабільному стані, поток дифузійної речовини через одиницю перерізу вертикально до напрямку дифузії протягом одиниці часу (відомий як дифузійний поток).Jпропорційний градієнту концентрації (concentration gradient). Профіль грунту CO2 (μmol CO2 m⁻²s⁻¹Відповідно до цього закону, конкретна формула обчислення:

J= -D(dC/dx)

серед нихDКоефіцієнт диффузії CO2 в грунті (в одиницях м)²/s， Залежно від температури грунту, об'ємного вмісту води в грунті та порожнини грунту), C - концентрація CO2 на глибині x (в одиницях м),dC/dxДля градієнтів концентрації «–» означає, що напрямок диффузії є протилежним до градієнту концентрації, тобто диффузія поширюється з зони високої концентрації в зону низької концентрації.

SCGСистема моніторингу градієнту CO2 в профілі грунту складається з датчика CO2, датчика O2 (необхідно), датчика температури грунту, датчика вологості грунту, дихальної камери поверхні грунту (необхідно), збірника даних та наземної метеостанції. Дихальні камери поверхні грунту розділені на прозорі та непрозорі, в яких прозорі дихальні камери використовуються для вимірювання чистого дихання грунту та фотосинтезу рослин.

Особливості системи:

l Постійне вимірювання на місці профілю грунту CO2, вологи та температури (стандартна конфігурація з 3 шарами) без порушень. Можна отримати потік CO2 грунту (дихання грунту) за допомогою першого закону Фіка, щоб досягти моніторингу дихання грунту на місці з високою роздільною здатністю часу

l VaisalaДатчик погоди, який автоматично вимірює температуру повітря, вологість, тиск повітря, кількість опадів, швидкість вітру та напрямок вітру.

l Можна проводити вимірювання порності грунту для визначення коефіцієнту дифузії CO2, вимірювання пропускності грунту для визначення відношення пропускності грунту до вологості грунту та потоку газу

l TRIME-PICO32Інтеллектуальний датчик вологості грунту для точного вимірювання вологості та температури грунту

l Додатковий одноканальний або багатоканальний модуль моніторингу кисню в місці профілю грунту флуоресцентного волокна

l Додатковий модуль моніторингу потоку стебла рослин або модуль моніторингу потоку стебла стебла THB для моніторингу динамічного зв'язку потоку стебла та CO2 in situ

l ACEПрозорий або непрозорий метод дихання грунту (опційний) для вимірювання дихання поверхні грунту, який може бути використаний для доповнення, калібрування або порівняльного аналізу даних вимірювань градієнту CO2 в профілі грунту

l Бездротова передача даних, можливість перегляду та завантаження даних в Інтернеті в будь-який час

l Додаткова система динамічного моніторингу мікрокореневої системи вікон

l Батарея або сонячна енергія

Основні технічні показники:

1. Вимірювання вологості грунту:

a.TRIME-PICO32Розумні датчики, технологія вимірювання TDR, діапазон вимірювання 0-100% об'ємного вмісту вологи, точність±1%Повторювана точність ± 0,2%, обсяг вимірювання 250 мл (необхідно з PICO64, обсяг вимірювання 1250 мл, який може точно відображати вміст вологи в гравільному грунті);

b.Диапазон вимірювання температури грунту: -20℃～50℃Точність вимірювання: ± 0,2℃

c.Водонепронікальність IP68

2. Вимірювання углекислого газу в грунті: технологія інфрачервоної довжини подвійної хвильової довжини (NDIR), діапазон вимірювання 0-5000ppm, 0-7000ppm, 0-10000ppm, 0-20000 необов'язково, точність ± 1,5%, час реакції 30 мільйонів;

3. Стандартна конфігурація з 3-шаровим (SCG-3) профілем грунту для моніторингу CO2, вологості грунту та температури грунту

4. Модуль вимірювання кисню в одноканальному або багатоканальному профілі грунту (опційно), технологія вимірювання флуоресцентного волокна O2, висока стабільність, нулеве споживання кисню, час реакції 5 секунд, діапазон вимірювань 0-50%, точність перевищує 0,4%

5. Стандартний 16-канальний збірник даних (необхідно 32 канали для моніторингу концентрації CO2, вологості грунту та температури грунту понад 3 шари):

a.Можна зберігати 220 000 наборів даних з часовими штампами, 16-бітна роздільна здатність,± 20 mV up to ± 2.5 V 8Вхід діапазону, точність 0,03%;

b.Інтервал вимірювання регулюється від 3 секунд до 4 годин, середній інтервал даних від 3 секунд до 4 годин;

c.Напруга 6,5-15VDC, споживання енергії в режимі очікування 150μA, вимірювання споживання енергії 15mA вага 140g;

d.літієва резервна батарея, 3 В, може використовуватися більше 5 років;

e.Температура роботи - 20-60°C;

f.Професійне програмне забезпечення для аналізу завантаження даних, онлайн-спостереження за даними, статистичний аналіз (наприклад, середній годинний, середній щоденний, загальний, мінімальний, максимальний, аналіз даних), показ графіків та налаштування системи тощо;

6. Вимірювання порності грунту: обсяг камери тиску 1000 мл, діапазон тиску -1 ~ 3 бар, роздільна здатність тиску повітря 1 мбар

7. Вимірювання дихання поверхні грунту в місці: діапазон вимірювання 0,003-3 см / с, вимірювальний тиск 1-3 гПа, діапазон вимірювання водного потенціалу 0-800 гПа, вміст води в грунті 0-70%

8. Упакований модуль моніторингу потоку стебла: технологія нагрівання SHB для моніторингу потоку рідини стебла 5-20 мм

9. Модуль моніторингу потоку стебла: технологія нагрівання THB, внутрішнє нагрівання стебла для моніторингу потоку стебла вище 10 см

10. Дихальний камерний метод моніторингу поверхні грунту CO₂Проток (необхідно): стандартна конфігурація з монітором дихання грунту ACE,Є два режими: закритий і відкритий, кожен з яких має прозору або непрозору дихальну камеру.Діапазон вимірюваньдля40.0 mmols m^-3（0-896ppm）,роздільна здатність 1 ppm，З автоматичним пристроєм нульової калібрування

11. Моніторинг погоди: датчик погоди Vaisala, діапазон моніторингу температури -52℃～60℃, точність ± 0,3 ℃; Диапазон моніторингу атмосферного тиску від 600 до 1100 гПа, точність ± 0,5 гПа; Відносно помірний діапазон моніторингу повітря від 0 до 100%, точність ± 3%; Вихідна роздільна здатність 0,01 мм, точність 5%

12. Бездротова передача даних для перегляду, завантаження та статистичного аналізу даних через програмний термінал

13. Екологічне спостереження кореневої системи (необхідно): мікрокоренева трубка, мікрокоренева трубка та аналітичне програмне забезпечення, стандартний діаметр мікрокореневої трубки 44 мм (внутрішній діаметр 42 мм), висока прозорість, висока стійкість, стійкість до дощу, мікрокоренева трубка довжиною 17 дюймів, 22 дюймів, 28 дюймів, 37 дюймів, необхідно, мікрокоренева трубка, 1/4 "кольоровий CCD, пікселі 768 х 494, співвідношення сигналу і шуму 48 ДБ, необхідно ручний блок з високою роздільною здатністю, 1/3" кольоровий CCD Зв'язок через USB і комп'ютер, сканування зображень, проста робота

Вище показано зміни потоку CO2 R (верхнє) і концентрації CO2 (нижче) на різних глибинах профілю грунту (5 см, 12,5 см, 35 см) влітку і восени, дощ див. правовертикальні координати (з Z. Nagy et al., 2011). Дослідження показують, що вимірювання віхронології недооцінюють поток CO2 (особливо при низьких потоках), а засушливі зони мають тенденцію до зворотного потоку CO2 з атмосфери в грунт після сильних дощів.

Місце походження: Європа