土壤温室气体通量解决方案

以科学为本,为科研而设计

从想法到认知,LI-COR为您的土壤温室气体通量研究提供全方位解决方案。没有一家研发型公司能像LI-COR这样提供完整、科学、从硬件设计软件灵活兼容到专业数据分析软件以及行业标杆分析仪与一体的解决方案。

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讲座题目

CH4/CO2/N2O Measurements with LI-COR LI-7810, LI-7815, and LI-7820 Trace Gas Analyzers

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A global conference for environmental science, people, and technology.

November 6-9 | Atlanta, Georgia, USA

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从植物、土壤到大气——生态系统的全方位综合观测

植物是如何适应气候变化的?在未来气候情景下,不同类型的土壤碳库会发生怎样的改变?如何通过人工干预,影响生态系统的总初级生产力?回答以上这些问题,都离不开对生态系统的全方位综合观测。

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是什么让LI-COR与众不同?

LI-COR提供的硬件、软件和分析仪都是基于大量的科学研究和严格测试而来。硬件设计上尽可能地减少对土壤表面气体自然传输过程的干扰,测量记录高精度温室气体通量,进而量化通量时空变异性。

因此,LI-COR土壤温室气体通量系统为测量CO2、CH4、N2O等温室气体的排放提供全方位解决方案。

设计灵活方便

结合20多年的研发经验和创新技术,LI-COR土壤温室气体通量系统设计灵活方便。

LI-COR Soil Flux System with Smart Chamber, LI-8250 Multiplexer, LI-7810 Trace Gas Analyzer and LI-870 Gas Analyzer.
LI-COR long-term soil gas flux multiplexer flexibility

实时计算通量

当智能测量室或LI-8250多路器连接LI-COR气体分析仪时,嵌入式软件可计算实时CO2、CH4、N2O的测量数据。

连接方式简单多样

内置Wi-Fi 网络服务器支持用户使用手机等移动设备或计算机访问用户界面,进而管理调查测量或长期测量数据。在长期测量系统中添加蜂窝调制解调器,可远程接收每日汇总数据并远程监控系统运行情况。

研究灵活

LI-COR土壤温室气体通量系统设计灵活,能满足用户独特的科研需求。调查测量和长期测量系统可集成各种气体分析仪,包括第三方气体分析仪,并且长期测量系统还可连接自制测量室。

LI-7820 N2O/H2O Trace Gas Analyzer taking a survey measurement

专为可靠实用性而设计

LI-COR气体分析仪便携设计、坚固耐用、安装部署简单,方便用户进行CO2、CH4、N2O的调查测量和长期测量。

硬件设计尽可能降低人为影响

测量土壤温室气体时,测量室的重要性往往被忽视。测量室设计的一个挑战是其本身可能对测量产生影响。

LI-COR测量室的设计初衷是尽可能减小测量室对土壤气体自然排放、气体产生及消耗的干扰,从而得到准确、一致的测量结果。

LI-COR soil chambers reduce artificial impact

尽可能减小仪器干扰

LI-COR长期测量室的多孔基座允许大气与测量室周边的土壤之间进行正常的气体交换,同时保证测量室周边土壤正常接收光照和降雨,最终尽可能减小测量室布置对土壤气体排放的影响。

LI-COR soil chambers minimize instrument influence
图1.基于菲克定律模拟测量室周边土壤-空气界面CO2 扩散速率。红色表示低扩散速率,蓝色表示高扩散速率。A)实心基座,显示整个基座下的通量均被抑制,抑制效应分布均匀,B)多孔基座,极大地避免了这种抑制效应

平衡测量室内外压强

测量室内外微小气压差异均会影响气体通量。如果测量室没有适当的压强平衡口,在有风的情况下,产生的文氏管(Venturi)效应会促使土壤中的气体被抽出进入测量室,导致通量数据被严重高估。

为了保持测量室内外压强平衡,LI-COR测量室均配备专有设计的压强平衡口。

LI-COR pressure vent equalizes chamber pressure
图2. LI-COR测量室压强平衡口截面图。当风进入平衡口后,平均风速下降,大部分动压转化为静压,几乎全面消除文氏管(Venturi)效应。压强平衡口径向对称,不受风向改变的影响。

减少土壤扰动

测量过程中对土壤的任何扰动都会影响气体释放。土壤环提前埋置,LI-COR测量室放置在土壤环上,测量室底座与土壤环密封。系统自动控制测量室的开合,保证测量室与底座密闭。测量室不直接与土壤环接触,产生的土壤扰动非常小,对通量的影响可忽略不计。

LI-COR chambers minimize soil disturbance
图3.土壤环周围采用垫圈密封,测量室底部同样有密封条密封,以便在放置或移动气室时减小对土壤环的干扰。

识别改变的扩散梯度

当测量室覆盖至土壤环上时,测量室内气体浓度逐渐升高会导致气体扩散梯度降低,进而抑制气体排放。使用线性拟合浓度数据将会导致通量数据被低估,特别是在多孔土壤中尤为明显。

LI-COR使用指数拟合的方式量化扩散梯度的变化,进而计算测量室刚关闭(气体浓度接近环境水平)时的通量。

LI-COR chamber design recognizes the altered diffusion gradient
图4.当测量室关闭后,测量室CO2浓度逐渐增加。因此,通量随时间逐渐减小,如dCO2/dt的斜率所示。蓝线(A)表示测量前的CO2浓度,绿线(B)表示测量开始时的浓度。当测量室内气体浓度增加时,通量逐渐被抑制(C)。

优化测量室内气体混匀

气体混匀对于准确测量通量至关重要,但使用风扇会在测量室内产生压强梯度,进而会抑制或促进通量。

LI-COR测量室均是无风扇设计,气体混匀借助碗状外形和进出气口的位置实现。

LI-COR soil chambers optimize mixing of chamber air
图5.测量室的形状以及进出气口的位置保证测量室内的气体充分混匀。

参考文献

  1. Xu, L., et.al. (2006). On maintaining pressure equilibrium between a soil CO2 flux chamber and ambient air. Journal of Geophysical Research, 111(D8). DOI: 10.1029/2005JD006435
  2. Furtaw, M.D., McDermitt, D.K., and Xu, L., “Vent and soil flux measurement system,” U.S. Patent 7,856,899, December 28, 2010.
SoilFluxPro Screenshot

SoilFluxPro™ 软件

SoilFluxPro软件简化了土壤温室气体通量大数据集的管理和分析。SoilFluxPro是LI-COR土壤温室气体通量解决方案中一款软件。借助该软件可查看、修正并重新计算通量数据,获取有关死区(deadband)和停止时间设定的指导,执行质量保证QA和质量控制QC等。

  • 自动计算死区和停止时间
  • 调查测量和长期测量数据集的重计算
  • 使用修正后的参数进行质量保证QA和质量控制QC
  • 计算单次测量或整个数据集的统计值
  • 创建.kml文件实现浓度和通量数据的可视化
  • 整合第三方分析仪测量的浓度数据计算通量
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LI-COR Soil Gas Flux Mapping Screenshot

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