土壤碳通量测量(介绍)LML
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•根系的分布是多变的... •凋落物的分布是多变的... •动物的数量分布是多变的... •土壤的结构是多变的...
因此，土壤表面的CO2 扩散 随时间和空间的变化是非常大 的
一、土壤呼吸研究背景
土壤呼吸要求：足够多的取样
• 空间上的变异
采用短期调查室快速测量
• 时间上的变异
使用长期测量时对某一地点随着时间的过去自动连 续取样测量
CO2 (ppm)
LI-810wk.baidu.com 方法
LI-8100 CO2 Increase with Time
440 430
420 410 400
390
380 0
20
40
60
80
100 120 140 160
Time (s)
V C FCO2 S t
估算初始斜率
Ct Cx C0 Cx eatt0
三、LI-8100设计的独特之处
1、气室内外压力平衡问题的解决 ——压力通风口的独特设计
2、数据分析模型——指数拟合 3、特殊的气室驱动机制——减少对环境的扰动 4、气室基座多孔设计——避免CO2累积
传统的压力通风口
文氏管效应
缺陷：无法解决文氏管效应
三、LI-8100设计的独特之处
压力通风口 ——保持气室内外压力平衡（发明专利，LI-COR独有！）
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100的硬件介绍
二、土壤呼吸测量
LI-8100 方法
闭路式——关闭测量室，室内CO2 开始增加； 专用数学模型——在测量室内CO2 累积前，估
算出CO2增加的初始速度(initial rate)；
LI-8100设计的独特之处
特殊的气室驱动机制——减少对环境的扰动
104呼吸室
气室在测定过程中以较缓慢的速度打开或关闭，尽 可能减少了对周边大气环境的扰动，消除了对CO2 通量测定的影响。 8100-101 长期监测室以垂直驱动机制带动气室开合， 适宜测定垄间或垄内土壤CO2通量； 8100-104 长期监测室有六个张开角度，适合低矮冠 层或有障碍物的环境。
碳的排放量十分巨大 土壤碳通量是10x 石油 燃料和采伐森林资源的总和 (Pacala, S. W. et. al. 2001. Consistent land- and atmosphere-based U.S. carbon sink estimates. Science 292: 2316-2320)
LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 ——四种气室
土壤呼吸在整个生态系统呼吸中所占比例十分巨大 如山毛榉林为 92±15% (Longdoz, et al., 2000. Soil CO2 flux in a mixed forest:... Global Change Biol 6:907)
一、土壤呼吸研究背景
土壤CO2 通量的十分不确定性
气室顶部压力通风口的横截面为锥形，气室内外气压在静滞环境和 大风环境下均能够保持平衡，使得风向对气室内部空气的扰动最小， LI-8100 气室的通风口设计在真正意义上消除了文氏管效应（文氏 管效应导致管内出现负压，驱使土壤中的高浓度CO2气体快速扩散 到气室中来，导致最后的测定结果比正常值显著增高）。
土壤碳通量测量
基因有限公司农业环境科学部 北京力高泰科技有限公司 2009-03-16
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100硬件介绍
一、土壤呼吸研究背景
源与库/全球碳循环
单位：10亿吨碳
一、土壤呼吸研究背景
一、土壤呼吸研究背景
Initial rate = slope at C′ = C′0
dC' dt tt0 a(Cx 'C0 ' ) Final equation
FCO 2
10VPo
(1
Wo 1000
)
RS (To 273 .15)
C' t
The flux at the time when CO2-chamber = CO2-air
LI-8100设计的独特之处
气室基座多孔设计——避免CO2累积
Perforated Baseplate
气室基座的多孔设计大大减小了气室周边环 境（光照、降水、风等）扰动对气室内部测 定的影响，并有助于消除基座下部CO2浓 度梯度的改变，而无孔基座常常导致对土壤 CO2释放的抑制。
◆无孔基座（上图）由于 基座下部CO2富集，抑制 附近土壤CO2的扩散
LI-8100设计的独特之处
数据分析模型——指数拟合
Requirements: CO2-chamber = CO2-air
Fit to C′ (water vapor dilution corrected CO2 concentration) vs. time
Ct Cx C0 Cx eatt0
土壤 CO2 从哪里来?
• 植物根系和微生物的自养呼吸 • 土壤微生物费解土壤有机质和植物凋落物的异养呼吸 • 土壤的动物呼吸 • 土壤碳酸盐的水解
一、土壤呼吸研究背景
土壤CO2 通量研究的重要性?
土壤碳储藏量十分巨大 2x 大气碳, 3x 陆地植物, 0.3x 全部石油燃料储量 (Schlesinger, 1991)
红色=低通量速率；蓝色=高 通量速率
◇多孔基座（下图）通过外露 孔间CO2的扩散克服了抑制 作用，使得测量更为准确。
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100的硬件介绍
四、LI-8100的硬件与软件操作 介绍
LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 ——主机
Initial rate = slope at C′= C′0 dC' dt tt0 a(Cx 'C0 ' )
FCO 2
10VPo
(1
Wo 1000
)
RS (To 273 .15)
C' t
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100的硬件介绍
因此，土壤表面的CO2 扩散 随时间和空间的变化是非常大 的
一、土壤呼吸研究背景
土壤呼吸要求：足够多的取样
• 空间上的变异
采用短期调查室快速测量
• 时间上的变异
使用长期测量时对某一地点随着时间的过去自动连 续取样测量
CO2 (ppm)
LI-810wk.baidu.com 方法
LI-8100 CO2 Increase with Time
440 430
420 410 400
390
380 0
20
40
60
80
100 120 140 160
Time (s)
V C FCO2 S t
估算初始斜率
Ct Cx C0 Cx eatt0
三、LI-8100设计的独特之处
1、气室内外压力平衡问题的解决 ——压力通风口的独特设计
2、数据分析模型——指数拟合 3、特殊的气室驱动机制——减少对环境的扰动 4、气室基座多孔设计——避免CO2累积
传统的压力通风口
文氏管效应
缺陷：无法解决文氏管效应
三、LI-8100设计的独特之处
压力通风口 ——保持气室内外压力平衡（发明专利，LI-COR独有！）
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100的硬件介绍
二、土壤呼吸测量
LI-8100 方法
闭路式——关闭测量室，室内CO2 开始增加； 专用数学模型——在测量室内CO2 累积前，估
算出CO2增加的初始速度(initial rate)；
LI-8100设计的独特之处
特殊的气室驱动机制——减少对环境的扰动
104呼吸室
气室在测定过程中以较缓慢的速度打开或关闭，尽 可能减少了对周边大气环境的扰动，消除了对CO2 通量测定的影响。 8100-101 长期监测室以垂直驱动机制带动气室开合， 适宜测定垄间或垄内土壤CO2通量； 8100-104 长期监测室有六个张开角度，适合低矮冠 层或有障碍物的环境。
碳的排放量十分巨大 土壤碳通量是10x 石油 燃料和采伐森林资源的总和 (Pacala, S. W. et. al. 2001. Consistent land- and atmosphere-based U.S. carbon sink estimates. Science 292: 2316-2320)
LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 ——四种气室
土壤呼吸在整个生态系统呼吸中所占比例十分巨大 如山毛榉林为 92±15% (Longdoz, et al., 2000. Soil CO2 flux in a mixed forest:... Global Change Biol 6:907)
一、土壤呼吸研究背景
土壤CO2 通量的十分不确定性
气室顶部压力通风口的横截面为锥形，气室内外气压在静滞环境和 大风环境下均能够保持平衡，使得风向对气室内部空气的扰动最小， LI-8100 气室的通风口设计在真正意义上消除了文氏管效应（文氏 管效应导致管内出现负压，驱使土壤中的高浓度CO2气体快速扩散 到气室中来，导致最后的测定结果比正常值显著增高）。
土壤碳通量测量
基因有限公司农业环境科学部 北京力高泰科技有限公司 2009-03-16
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100硬件介绍
一、土壤呼吸研究背景
源与库/全球碳循环
单位：10亿吨碳
一、土壤呼吸研究背景
一、土壤呼吸研究背景
Initial rate = slope at C′ = C′0
dC' dt tt0 a(Cx 'C0 ' ) Final equation
FCO 2
10VPo
(1
Wo 1000
)
RS (To 273 .15)
C' t
The flux at the time when CO2-chamber = CO2-air
LI-8100设计的独特之处
气室基座多孔设计——避免CO2累积
Perforated Baseplate
气室基座的多孔设计大大减小了气室周边环 境（光照、降水、风等）扰动对气室内部测 定的影响，并有助于消除基座下部CO2浓 度梯度的改变，而无孔基座常常导致对土壤 CO2释放的抑制。
◆无孔基座（上图）由于 基座下部CO2富集，抑制 附近土壤CO2的扩散
LI-8100设计的独特之处
数据分析模型——指数拟合
Requirements: CO2-chamber = CO2-air
Fit to C′ (water vapor dilution corrected CO2 concentration) vs. time
Ct Cx C0 Cx eatt0
土壤 CO2 从哪里来?
• 植物根系和微生物的自养呼吸 • 土壤微生物费解土壤有机质和植物凋落物的异养呼吸 • 土壤的动物呼吸 • 土壤碳酸盐的水解
一、土壤呼吸研究背景
土壤CO2 通量研究的重要性?
土壤碳储藏量十分巨大 2x 大气碳, 3x 陆地植物, 0.3x 全部石油燃料储量 (Schlesinger, 1991)
红色=低通量速率；蓝色=高 通量速率
◇多孔基座（下图）通过外露 孔间CO2的扩散克服了抑制 作用，使得测量更为准确。
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100的硬件介绍
四、LI-8100的硬件与软件操作 介绍
LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 ——主机
Initial rate = slope at C′= C′0 dC' dt tt0 a(Cx 'C0 ' )
FCO 2
10VPo
(1
Wo 1000
)
RS (To 273 .15)
C' t
主要内容
一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量 三、LI-8100设计的独特之处 四、LI-8100的硬件介绍