Li8100土壤呼吸手册
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空气 CO2 浓度的升高和其地球气候的可能影响，使科学家越来越重视“碳源”和“碳汇”问题 以及碳与空气之间的交换。土壤呼吸是陆地生态系统中碳素返回大气的主要途径，在全球范围内， 土壤呼吸量在 68 Pg C·a-1～100 Pg C·a-1 之间。土壤呼吸是土壤中生命活动的表征，对土壤 CO2 的释放量的准确与否是评价生态系统中生物学过程的关键；而且通过对土壤呼吸及与之相关联参数 的监测能够估测出根系和土壤中微生物对气候变化的反应。土壤呼吸在一定程度上反映了土壤养分 转化和供应的能力，是土壤质量和肥力的重要生物学指标和土壤健康状况的指示因子。
在每一个观察的最后，三个摘要数据将被保存。这三个数据显示测量中每个测量变量的初始值、 平均值和波动范围（最大－最小）。另外，摘要记录还包括计算的流量数值和一些相关的统计分析等， 如吻合度、变异系数等。在 CO2 和 H2O 的时间变化基础上，计算得到每一个 观察的 CO2 流量。CO2 和 H2O 的变化 分析必须考虑一下两点：
短期测量叶室
一个独特的压力/真空空气流量系统扩大，从而使 风箱位置升高，降低土壤圈上叶室的位置，完成流量 测量。新颖的叶室设计使叶室内的微环境波动最小化， 从而使测量更准确，重复性更高，同时不再使用化学 过滤器。
短期测量叶室能够进行准确的、重复性测量，而 且叶室土壤圈双面密封的垫圈系统使 CO2 泄漏和风速 的影响最小化。
进行测量
因为土壤空间的变异性和过程驱动因子在时间上的的变化，测量 CO2 流量时要求进行广泛的取 样。LI-8100 提供了一个快速的、简单的方法来进行重复的 CO2 流量测定。
1） 在进行测量前的恰当时间，将土壤圈插入所希望进行测量的多个位置。这样能够防止测量 时对土壤的干扰并且保证能够进行多个重复性测量。土壤圈由 LI-COR 公司提供，或者用户利用 PVC 管自己制作； 2） 启动 LI-8100 软件，定义进行测量的参数； 3） 在软件中输入土壤圈高出土壤表面的数值 4） 输入测量标记和观测的数量； 5） 开始测量； 短期测量叶室和或长期测量叶室将自动关闭，测量数据将开始记录。观察结束后，叶室打开， 开始进行数据计算。土壤 CO2 流量在空气 CO2 浓度下计算得到，空气 CO2 浓度则由最初的几个 CO2 数据点估计得到。
土壤 CO2 流量对陆地生态系统总碳平衡的贡献很大，并且受在时间和空间上变化的复杂物理和 生物过程的影响。LI-8100 主要用于在时间和空间上变化较大的样品的准确测量。
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LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
十多年来，LI-COR 公司一直是设计土壤 CO2 流速测量叶室的先行者。由科学家为科学家设计， 在对土壤自然的微气象环境改变最小条件下，LI-COR 公司不断创新的叶室设计可精确测量 CO2 流 量。现在，LI-COR 公司首次设计了单独测量土壤 CO2 流量的系统——LI-8100 自动土壤 CO2 流量测 量系统。该测量系统简单、容易使用，其最大特点是土壤 CO2 流量测量对技术－依赖的变化最小化。
当连接土壤湿度或土壤温度探头时，辅助传感器界面的灵活性很 高。所有的传感器输入将成为用户数据集的完整部分，以保证 CO2 流 量、土壤温度和土壤湿度测量的同步性。 LI-8100 是一个无线保真（“Wi-Fi”）装置，因此能够利用兼容的 手持式设备如 PDA（Personal Digital Assistant）进行无线通讯。用户 利用 LI-8100 为 Palm® OS 设计的界面软件，通过无线传输或 串行电缆设置 LI-8100 测量的所有开始参数和监测函数。 LI-COR 提供完整的线索软件包，该软件包包括了将 LI-8100 作为 一个无线设备所需要设置和监测的一切资料。分析器控制单元内有一 个可移动面板，该面板提供了内存卡和无线卡的连接槽。类型 1 的 CF
数据的输出
利 用 LI-8100 应 用 软 件 可 将 LI-8100 的测量数据输出到计算机上。 简单易用的 LI-8100 软件能够设定仪 器的开始参数、进行校正、收集数据 和数据作图的所有函数。计算机运行 LI-8100 应用软件可以通过与串行电 缆或无线 PC 卡连接。
另外，仪器可以利用专为 Palm OS 设计的 LI-8100 界面软件进行操作。利 用用户自己的 PDA 和一个串行电缆， 或让 LI-COR 提供一个完整的无线包， 这样在野外时不用电缆或膝上型电 脑，就能够对 LI-8100 进行设置并进行 操作。
便携式 LI-8100 系统重量轻、不受天气状况影响，能量消耗低，并且可以用膝上型计算机（laptop computer）或 PDA（Personal Digital Assistant）对仪器进行操作。无线通讯提供了一个完整的、灵活 的软件包以适合用户不同的数据采集协议。
系统描述
LI-8100 的核心部分是分析器控制 单元，分析器控制单元被 O-形圈密封且 不受天气状况影响，主要包括用于测量 叶室中 CO2 和 H2O 浓度的红外气体分析 仪（IRGA）。LI-8100 的分析仪是一个绝 对的、非扩散的、单光路、双波长的红 外气体分析仪（NDIR），CO2 浓度的测 量范围是 0～3000μmol/mol，H2O 浓度 测量范围则是 0～80mmol/mol。
LI-8100 能够对土壤 CO2 流量进行长期测量和短期测量。当使用长期测量叶室时，LI-8100 能够 在同一位置，自动测量土壤 CO2 流量的日变化，测量时间为几个星期或几个月。长期测量叶室的特 点是设计独特、易携带，叶室对土壤自然条件的影响最小，从而保证在长时间条件下，测量到可靠 的实验数据。当利用创新的短期叶室时，LI-8100 则能够快速测量土壤 CO2 流量，并且得到多个位置 的数据，完成空间变异的的准确测量。
在叶室关闭后的前几秒中内，测 量数据没有代表性，直到空气在 系统中循环充分； CO2 和 H2O 的变化理论上是非线 性的。叶室中 CO2 浓度的增加会 降低驱动土壤 CO2 流量的梯度。 因此，测量数据可以用二阶多项式或三阶多项式进行拟合。土壤 CO2 流量通过计算在空气 CO2
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LI流量测量的挑战
土壤中 CO2 的扩散是一个物理过程，主要受上层土壤中和土壤表面空气中的 CO2 浓度梯度所驱动。 为了使表层的 CO2 流量更大程度的代表土壤中的 CO2 产量，假设土壤处于稳定状态是非常必要的， 也就是说土壤中的 CO2 流量、CO2 浓度梯度和土壤集合体大小是固定不变的。土壤是多孔性介质， 土壤所释放出的 CO2 流量对改变这些集合体和 CO2 梯度因素的波动非常敏感。这些因素包括温度和 含水量（影响土壤中的生物和物理过程）和压力（改变 CO2 传输的机理或土壤与土壤表面空气的 CO2 浓度，从而影响 CO2 的扩散梯度）。
LI-8100 光路的压力补偿和温度调 节使量程和零点的漂移最小化。在需要 时，用户可自己拆洗光路，并且不需要 返回厂家对仪器重新校正。
辅助传感器界面（Auxiliary Sensor Interface）与分析器控制单元连 接。在辅助传感器界面上，用户可连接个人选配的传感器或一个可替 换电源。O-形圈密封的辅助传感器界面最多可以连接 4 个热电偶（E、 J 或 T 型），3 个为常用的传感器输入电压通道，另一个是土壤含水量 传感器通道。这些传感器可以使用单独的电源或利用 LI-8100 固定的 5V 直流电源。当使用单独电源给辅助传感器界面供电时，电压输入则 为 12～28V 直流电。
浓度时的多项式的斜率而得到。 第一个点是用户设定的“参数值的死区”。即使在叶室刚关闭的瞬间就开始记录，CO2 和 H2O 变 化速率的分析将跳过刚开始的几个数据，在时间内有所降低。在“测量值的死区”后的测量基础上， 第二个点推荐用于计算和分析空气 CO2 浓度下的土壤 CO2 和 H2O 的变化速率。Windows 的数据 处理软件能够对“参数值的死区”和曲线的拟合度进行调整，并检查数据的细节问题。
低叶室的外形使风的效应对测量位置的影响最小化； 叶室的坚固设计保证了仪器在恶劣环境条件下且无人看管时进行长时间的测量。
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LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
测量流量通路
泵产生的空气流 能够产生最小波动 的稳定流量。一个独 立的压力/真空空气 流动系统驱动短期 测量叶室的风箱升 高并且降低叶室以 便进行测量
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LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
（compact Flash）卡是一个符合工业标准的装置，而且能够在高温下使用。其它的商业 CF 卡也能够 和 LI-8100 兼容。大容量的卡能够在同一位置采集几个月的测量数据。数据也可以通过 RS-232 电缆 被记录到个人 PC 上或保存在 LI-8100 的闪存中。
订货信息
LI-8100 自动土壤 CO2流量系统：包括分析控制单元、额外传感器界面、9980-008Serial Cable、9875-016 标准 RS-232Serical Cable、8100-671 工具包、8100-554Compact Flash Memory Card、616-07455 计算 机卡适配器、604-07467 肩带包、8100-500 软件光盘（Windows 和界面软件 for Palm OS 和数据分析 软件）、使用手册（要求 6400-03 充电电池或其它 12VDC 电源）。 8100-101 长期叶室：8100-101 长期叶室、8100-611 土壤圈、8100-612 垫圈包；
LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
土壤 CO2 流量自动测量的完整系统 可进行精确的、自动化的、可重复的测量 连续、野外无人管理的长期测量 快速、便利、可重复的短期测量 测量过程叶室内部的扰乱最小化 测量在周围 CO2 浓度或接近周围 CO2 浓度下进行 LI-COR 公司多年来一直从事土壤 CO2 流量测定仪器的研发
长期测量叶室
为了在野外无人管理条件下，长期的土壤 CO2 流量的日变化测量，可以将长期测量叶室连接到 分析控制单元，然后改变 LI-8100 的测量参数。和短期测量一样，长期测量叶室的创新设计也使叶 室对土壤条件的影响最小化。
一个发动机驱动的支柱系统将叶室从正在被测量的土壤表面移开，以保证所测量面积是正 常的、不受降雨、温度和遮荫效应影响的；
一个典型的测量过程
下图显示了一个典型的测量过程。一个测量过程包括一个或多个观察循环。在每一个观察循环 中，叶室关闭，CO2、H2O、温度和压力的实验数据被记录，然后叶室再打开。
用户可以设定的测量参数包括：（1）每个测量中观察的数量；（2）每一个观察循环的持续时间； （3）观察中收集数据的频率（最大为 1HZ）；（4）两个观察之间的间隔时间。
叶室的设计
在测量过程中，LI-8100 使叶室条件波动和人为影响最小化的途径主要包括： 短期测量叶室和长期测量叶室均可自动的、机械化关闭，消除了测量过程中的变化，增加了测 量过程中的一致性； 用户可根据不同的 CO2 流量和周围环境选择最适宜的测量协议； 大直径和适合长度的压力平衡口能够防止叶室关闭时而引起的压力增加和因为扩散通过平衡口 时而引起的漏气； 当没有风扇或压力梯度时，空气的进气口设计能够使叶室中的气体完全混合； CO2 流量在周围空气的 CO2 浓度条件下计算，从而使测量过程中叶室 CO2 浓度增加而引起的影 响最小化； 温度传感器的材料和覆盖物使人为因素对温度的影响最小化； 与普通的模片泵相比较，旋转泵能够产生稳定的、一致的、低波动的空气流量；
用户收集的野外土壤 CO2 流量数据，利用 LI-COR 提供的数据处理软件，可以对数据进行进一 步的检查和/或对实验数据进行重新计算。例如，如果数据采集时数据的土壤面积或土壤圈的高度不 正确，用户简单的输入正确的数值后，可以对数据进行重新计算。用户也可以查看一系列不同回归 时计算得到的流量值，以选择最合适的数据分析。
在每一个观察的最后，三个摘要数据将被保存。这三个数据显示测量中每个测量变量的初始值、 平均值和波动范围（最大－最小）。另外，摘要记录还包括计算的流量数值和一些相关的统计分析等， 如吻合度、变异系数等。在 CO2 和 H2O 的时间变化基础上，计算得到每一个 观察的 CO2 流量。CO2 和 H2O 的变化 分析必须考虑一下两点：
短期测量叶室
一个独特的压力/真空空气流量系统扩大，从而使 风箱位置升高，降低土壤圈上叶室的位置，完成流量 测量。新颖的叶室设计使叶室内的微环境波动最小化， 从而使测量更准确，重复性更高，同时不再使用化学 过滤器。
短期测量叶室能够进行准确的、重复性测量，而 且叶室土壤圈双面密封的垫圈系统使 CO2 泄漏和风速 的影响最小化。
进行测量
因为土壤空间的变异性和过程驱动因子在时间上的的变化，测量 CO2 流量时要求进行广泛的取 样。LI-8100 提供了一个快速的、简单的方法来进行重复的 CO2 流量测定。
1） 在进行测量前的恰当时间，将土壤圈插入所希望进行测量的多个位置。这样能够防止测量 时对土壤的干扰并且保证能够进行多个重复性测量。土壤圈由 LI-COR 公司提供，或者用户利用 PVC 管自己制作； 2） 启动 LI-8100 软件，定义进行测量的参数； 3） 在软件中输入土壤圈高出土壤表面的数值 4） 输入测量标记和观测的数量； 5） 开始测量； 短期测量叶室和或长期测量叶室将自动关闭，测量数据将开始记录。观察结束后，叶室打开， 开始进行数据计算。土壤 CO2 流量在空气 CO2 浓度下计算得到，空气 CO2 浓度则由最初的几个 CO2 数据点估计得到。
土壤 CO2 流量对陆地生态系统总碳平衡的贡献很大，并且受在时间和空间上变化的复杂物理和 生物过程的影响。LI-8100 主要用于在时间和空间上变化较大的样品的准确测量。
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LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
十多年来，LI-COR 公司一直是设计土壤 CO2 流速测量叶室的先行者。由科学家为科学家设计， 在对土壤自然的微气象环境改变最小条件下，LI-COR 公司不断创新的叶室设计可精确测量 CO2 流 量。现在，LI-COR 公司首次设计了单独测量土壤 CO2 流量的系统——LI-8100 自动土壤 CO2 流量测 量系统。该测量系统简单、容易使用，其最大特点是土壤 CO2 流量测量对技术－依赖的变化最小化。
当连接土壤湿度或土壤温度探头时，辅助传感器界面的灵活性很 高。所有的传感器输入将成为用户数据集的完整部分，以保证 CO2 流 量、土壤温度和土壤湿度测量的同步性。 LI-8100 是一个无线保真（“Wi-Fi”）装置，因此能够利用兼容的 手持式设备如 PDA（Personal Digital Assistant）进行无线通讯。用户 利用 LI-8100 为 Palm® OS 设计的界面软件，通过无线传输或 串行电缆设置 LI-8100 测量的所有开始参数和监测函数。 LI-COR 提供完整的线索软件包，该软件包包括了将 LI-8100 作为 一个无线设备所需要设置和监测的一切资料。分析器控制单元内有一 个可移动面板，该面板提供了内存卡和无线卡的连接槽。类型 1 的 CF
数据的输出
利 用 LI-8100 应 用 软 件 可 将 LI-8100 的测量数据输出到计算机上。 简单易用的 LI-8100 软件能够设定仪 器的开始参数、进行校正、收集数据 和数据作图的所有函数。计算机运行 LI-8100 应用软件可以通过与串行电 缆或无线 PC 卡连接。
另外，仪器可以利用专为 Palm OS 设计的 LI-8100 界面软件进行操作。利 用用户自己的 PDA 和一个串行电缆， 或让 LI-COR 提供一个完整的无线包， 这样在野外时不用电缆或膝上型电 脑，就能够对 LI-8100 进行设置并进行 操作。
便携式 LI-8100 系统重量轻、不受天气状况影响，能量消耗低，并且可以用膝上型计算机（laptop computer）或 PDA（Personal Digital Assistant）对仪器进行操作。无线通讯提供了一个完整的、灵活 的软件包以适合用户不同的数据采集协议。
系统描述
LI-8100 的核心部分是分析器控制 单元，分析器控制单元被 O-形圈密封且 不受天气状况影响，主要包括用于测量 叶室中 CO2 和 H2O 浓度的红外气体分析 仪（IRGA）。LI-8100 的分析仪是一个绝 对的、非扩散的、单光路、双波长的红 外气体分析仪（NDIR），CO2 浓度的测 量范围是 0～3000μmol/mol，H2O 浓度 测量范围则是 0～80mmol/mol。
LI-8100 能够对土壤 CO2 流量进行长期测量和短期测量。当使用长期测量叶室时，LI-8100 能够 在同一位置，自动测量土壤 CO2 流量的日变化，测量时间为几个星期或几个月。长期测量叶室的特 点是设计独特、易携带，叶室对土壤自然条件的影响最小，从而保证在长时间条件下，测量到可靠 的实验数据。当利用创新的短期叶室时，LI-8100 则能够快速测量土壤 CO2 流量，并且得到多个位置 的数据，完成空间变异的的准确测量。
在叶室关闭后的前几秒中内，测 量数据没有代表性，直到空气在 系统中循环充分； CO2 和 H2O 的变化理论上是非线 性的。叶室中 CO2 浓度的增加会 降低驱动土壤 CO2 流量的梯度。 因此，测量数据可以用二阶多项式或三阶多项式进行拟合。土壤 CO2 流量通过计算在空气 CO2
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LI流量测量的挑战
土壤中 CO2 的扩散是一个物理过程，主要受上层土壤中和土壤表面空气中的 CO2 浓度梯度所驱动。 为了使表层的 CO2 流量更大程度的代表土壤中的 CO2 产量，假设土壤处于稳定状态是非常必要的， 也就是说土壤中的 CO2 流量、CO2 浓度梯度和土壤集合体大小是固定不变的。土壤是多孔性介质， 土壤所释放出的 CO2 流量对改变这些集合体和 CO2 梯度因素的波动非常敏感。这些因素包括温度和 含水量（影响土壤中的生物和物理过程）和压力（改变 CO2 传输的机理或土壤与土壤表面空气的 CO2 浓度，从而影响 CO2 的扩散梯度）。
LI-8100 光路的压力补偿和温度调 节使量程和零点的漂移最小化。在需要 时，用户可自己拆洗光路，并且不需要 返回厂家对仪器重新校正。
辅助传感器界面（Auxiliary Sensor Interface）与分析器控制单元连 接。在辅助传感器界面上，用户可连接个人选配的传感器或一个可替 换电源。O-形圈密封的辅助传感器界面最多可以连接 4 个热电偶（E、 J 或 T 型），3 个为常用的传感器输入电压通道，另一个是土壤含水量 传感器通道。这些传感器可以使用单独的电源或利用 LI-8100 固定的 5V 直流电源。当使用单独电源给辅助传感器界面供电时，电压输入则 为 12～28V 直流电。
浓度时的多项式的斜率而得到。 第一个点是用户设定的“参数值的死区”。即使在叶室刚关闭的瞬间就开始记录，CO2 和 H2O 变 化速率的分析将跳过刚开始的几个数据，在时间内有所降低。在“测量值的死区”后的测量基础上， 第二个点推荐用于计算和分析空气 CO2 浓度下的土壤 CO2 和 H2O 的变化速率。Windows 的数据 处理软件能够对“参数值的死区”和曲线的拟合度进行调整，并检查数据的细节问题。
低叶室的外形使风的效应对测量位置的影响最小化； 叶室的坚固设计保证了仪器在恶劣环境条件下且无人看管时进行长时间的测量。
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LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
测量流量通路
泵产生的空气流 能够产生最小波动 的稳定流量。一个独 立的压力/真空空气 流动系统驱动短期 测量叶室的风箱升 高并且降低叶室以 便进行测量
2
LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
（compact Flash）卡是一个符合工业标准的装置，而且能够在高温下使用。其它的商业 CF 卡也能够 和 LI-8100 兼容。大容量的卡能够在同一位置采集几个月的测量数据。数据也可以通过 RS-232 电缆 被记录到个人 PC 上或保存在 LI-8100 的闪存中。
订货信息
LI-8100 自动土壤 CO2流量系统：包括分析控制单元、额外传感器界面、9980-008Serial Cable、9875-016 标准 RS-232Serical Cable、8100-671 工具包、8100-554Compact Flash Memory Card、616-07455 计算 机卡适配器、604-07467 肩带包、8100-500 软件光盘（Windows 和界面软件 for Palm OS 和数据分析 软件）、使用手册（要求 6400-03 充电电池或其它 12VDC 电源）。 8100-101 长期叶室：8100-101 长期叶室、8100-611 土壤圈、8100-612 垫圈包；
LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
LI-8100 自动土壤 CO2 流量系统
土壤 CO2 流量自动测量的完整系统 可进行精确的、自动化的、可重复的测量 连续、野外无人管理的长期测量 快速、便利、可重复的短期测量 测量过程叶室内部的扰乱最小化 测量在周围 CO2 浓度或接近周围 CO2 浓度下进行 LI-COR 公司多年来一直从事土壤 CO2 流量测定仪器的研发
长期测量叶室
为了在野外无人管理条件下，长期的土壤 CO2 流量的日变化测量，可以将长期测量叶室连接到 分析控制单元，然后改变 LI-8100 的测量参数。和短期测量一样，长期测量叶室的创新设计也使叶 室对土壤条件的影响最小化。
一个发动机驱动的支柱系统将叶室从正在被测量的土壤表面移开，以保证所测量面积是正 常的、不受降雨、温度和遮荫效应影响的；
一个典型的测量过程
下图显示了一个典型的测量过程。一个测量过程包括一个或多个观察循环。在每一个观察循环 中，叶室关闭，CO2、H2O、温度和压力的实验数据被记录，然后叶室再打开。
用户可以设定的测量参数包括：（1）每个测量中观察的数量；（2）每一个观察循环的持续时间； （3）观察中收集数据的频率（最大为 1HZ）；（4）两个观察之间的间隔时间。
叶室的设计
在测量过程中，LI-8100 使叶室条件波动和人为影响最小化的途径主要包括： 短期测量叶室和长期测量叶室均可自动的、机械化关闭，消除了测量过程中的变化，增加了测 量过程中的一致性； 用户可根据不同的 CO2 流量和周围环境选择最适宜的测量协议； 大直径和适合长度的压力平衡口能够防止叶室关闭时而引起的压力增加和因为扩散通过平衡口 时而引起的漏气； 当没有风扇或压力梯度时，空气的进气口设计能够使叶室中的气体完全混合； CO2 流量在周围空气的 CO2 浓度条件下计算，从而使测量过程中叶室 CO2 浓度增加而引起的影 响最小化； 温度传感器的材料和覆盖物使人为因素对温度的影响最小化； 与普通的模片泵相比较，旋转泵能够产生稳定的、一致的、低波动的空气流量；
用户收集的野外土壤 CO2 流量数据，利用 LI-COR 提供的数据处理软件，可以对数据进行进一 步的检查和/或对实验数据进行重新计算。例如，如果数据采集时数据的土壤面积或土壤圈的高度不 正确，用户简单的输入正确的数值后，可以对数据进行重新计算。用户也可以查看一系列不同回归 时计算得到的流量值，以选择最合适的数据分析。