LI-8100A土壤碳通量测量系统

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Collar露出地面部分，一般不要太高，否则会影响 collar内土壤的水分(风吹、阳光照射)状况，survey chamber一般露出2~3cm，long term chamber露出 3~4cm。
使用 Chamber 下拉菜单，选择正在使用的测量室类型。包括：
自制测量室 – 用户自己制作的测量室，或用来做剖面 廓线研究的导气管； 10 cm短期调查室 – LI-COR p/n 8100-102; 20 cm短期调查室 – LI-COR p/n 8100-103; 长期测量室 – LI-COR p/n 8100-101; 长期测量室– LI-COR p/n 8100-104。

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
•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...
Purge Time Purge Time是指测量完成后，测量室开始打开时，气体继续在测量室流通的时间。 在某些情况下，环境因子可能影响导气管中CO2或水分的量时，这是非常重要的。 例如，在热且潮湿的条件下，可能需要增加Purge Time确保采样导气管中的水分被 清除，以免下次测量时，使用此测量室可能产生冷凝。在大多数情况下， 大约45s 的Purge Time 是足够的。 Stop Observation if RH reaches… 选中 ‘Stop Observation if RH reaches’ 复选框，输入一个相对湿度值(假设湿度是 涉及测量地点)。这样，在测量期间任何时候，如果测量室内相对湿度超过设定值， 观测将被终止。如果观测被终止，一条信息将被记录到记录文件中，在下次测量时观 测将继续。
LI-8100A测量室通风口设计
——保持气室内外压力平衡（发明专利，LI-COR独有！）
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-8100A 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）。
C0 Cx ea t t0 Ct Cx
Initial rate = slope at C′ = C′0
dC ' dt
t t 0
a (C x 'C 0 ' )
Final equation
FCO 2
Wo ) C ' 1000 RS (To 273.15) t 10VPo (1
LI-8100A测量室基座多孔设计
——避免CO2累积
Perforated Baseplate
◆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 红色=低通量速率；蓝色=高 通量速率
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。
• Active-当LI-8100开始测量时，此灯亮；
• Low Battery-当输入电压低于厂家设定的域值(大约10.94伏)时，此灯亮。如 果电压低于10.5伏，仪器将关闭。
Windows操作界面
LI-8100A与电脑成功连接后，软件显示实时参数
1、在Setup 菜单选择 Measurement Configuration，出现Single Chamber Configuration 对话框。
LI-8100A测量室压力通风口效果
Wind (m s-1)
4 2 0 4
A
P (Pa)
B
2 0 -2 -4 0 100 200 300 400 500
Time (s)
LI-8100A指数拟合设计
Requirements: CO2-chamber = CO2-air Fit to C′ (water vapor dilution corrected CO2 concentration) vs. time
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
2011
大纲

一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量原理 三、LI-8100A设计的独特之处 四、LI-8100A的硬件与软件操作 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
测量
chamber offset
Survey chamber
土壤表面到 collar的上 缘口的距离
土壤表面到 collar的上 缘口与测量 室底座到 collar的上 缘口的距离 差
Long term chamber
土壤collar埋置注意事项
• • 应提前埋置soil collar，一般前一天埋好，使之充分平 衡； 埋置深度应根据土质不同而变化，沙质等轻质土壤需 要埋深一些，重质土壤埋浅一些，应保证放置测量室 时soil collar不移动，且不存在漏气；
二、土壤呼吸测量
LI-8100A （6400-09）测定原理
闭路式测量法 ——关闭测量室，室内CO2 开始增加
LI-8100A 测量方法
LI-8100 CO2 Increase with Time
440 430
FCO 2
V C S t
wenku.baidu.com
CO2 (ppm)
420 410 400
390 380 0 20 40 60 80 100 120 140 160
LI-8100A自动土壤CO2通量测量系统 ——五种气室
8100-102 Survey chamber
8100-103 Survey chamber
8100-104C long-term chamber
8100-104 long-term chamber
LI-8100A自动土壤CO2通量测量系统 ——LI-8150多通道测定系统
Observation Delay 当做重复测量时，需要一个延迟时间，容许测量室在进行下一个观测循环前， 重新恢复到周围环境条件。这个延迟就叫作Observation Delay。当一个观测 完成后，测量室将自动升起离开土壤collar，如果Observation Count (above) 被设定为2以上，Observation Delay设定时间即为测量室打开时间。在很安 静条件下，测量室气体恢复到与周围环境条件平衡，可能需要花费2分多钟。 在有风条件下，测量室CO2浓度要恢复到环境水平可能只需要20 ~ 30s。注 意：只要测量室开始打开，Observation Delay就开始计算。因此，可能设定 延迟时间太短，测量室在再次关闭前，可能不能完全打开。
连接土壤温度和土壤水分传感器
• •
土壤水分传感器应全部埋置土壤中 温度传感器一般插入5~10cm深
开 机 面 板
电源 开关
仪器 状态 指示 灯
• Power-当按ON/OFF按钮打开电源时，此灯亮，指示已给仪器供电；
• Ready-当仪器已准备好和电脑或PDA连接时，此灯亮；
• IRGA Ready-当IRGA已达到操作温度时，此灯亮。这要求开机后可能 需要 花费约10分钟预热。在IRGA Ready灯亮以前，仪器可以运行，但是，在光 路板达到操作温度前，不应该进行测量。
•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
大纲

一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量原理 三、LI-8100A设计的独特之处 四、LI-8100A的硬件与软件操作 介绍
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)
Time (s)
大纲

一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量原理 三、LI-8100A设计的独特之处 四、LI-8100A的硬件与软件操作 介绍
三、LI-8100A设计的独特之处
1、通风口专利设计，保证测量室内外压力平衡 2、指数拟合，拟合值更接近初始测定值
3、特殊的气室驱动机制——减少对环境的扰动
LI-8100A自动土壤CO2通量测量系统 ——PDA掌上电脑
LI-8100A自动土壤 CO2通量测量系统 ——辅助传感器接口
硬件连接
注意：如果您要将长期测量室和短期调查室进行更换，必须先关机， 再开机，因为系统启动时分析器控制单元将进行测量室识别。
LI-8100A辅助接口连线图
辅助传感器接口
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
文氏管效应
文丘管效应的原理 则：是当风吹过阻 挡物时，在阻挡物 的背风面上方端口 附近气压相对较低 ，从而产生吸附作 用并导致空气的流 动。 文氏管的原 理其实很简单，它 就是把气流由粗变 细，以加快气体流 速，使气体在文氏 管出口的后侧形成 一个“真空”区。
◇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。
大纲

一、土壤呼吸研究背景 二、土壤呼吸测量原理 三、LI-8100A设计的独特之处 四、LI-8100A的硬件与软件操作介绍
四、LI-8100A硬件与软件操作介绍
LI-8100A自动土壤CO2通量测量系统 ——主机
The flux at the time when CO2-chamber = CO2-air
LI-8100A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)
2、
点击 Observation 标签，设置测定时间
测定时间中各项时间的解释
Observation Length
测量室关闭时起到测量室再次开始打开时之间的时间周期，包括Dead Band 周期。在中等或低 CO2通量时，设定观察长度为90~120s通常是足够的。注 意：当测量室被开动并开始关闭时，LI-8100开始记录数据。整个观测期间的 原始记录，或Type 1记录都将记录下来。 但是，直到测量室关闭前，过去时 间(Elapsed Time，在数据输出中被标记为Etime的时间)不会增加。当测量室 正在关闭时，Etime 记录为-1。 Dead Band 从测量室完全关闭时开始，到完成稳定混合开始测量前的时间周期。Dead Band的 变化取决于测量室的形状、系统流速、collar特性和测量地点的特点。LI-COR测试 结果显示，将 Dead Band设定为 10~60 s，可提供足够的混合。但是，可能有些情 况下，需要将Dead Band 设定为更长的时间。注意：如果原始记录被收集，收集 数据可利用LI-8100数据分析 (File Viewer) 程序，使用更长(或更短)的Dead Bands 重计算。 Observation Count 可通过设定Observation Count，在相同的参数条件下做几次重复观测，每个观测被 Observation Delay (below)分隔开。注意：从科学的或统计学角度，在大多数情况下， 可能更需要多个观测样点而非同一个观测点的重复数据。