植株群落碳氮水耦合监测及根际碳库快检技术

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植株群落碳氮水耦合监测及根际碳库快检技术新进展

整棵植株或群落的固碳能力因缺少大的测量室一直是测量难点,也是突破叶片级碳交换监测的瓶颈,澳作自主研发、全国产化生产的iChamber多功能自动箱高度可达2米、面积可达1平米以上。

iChamber自动箱可放置在控制型土柱上(SoilScope),实现水势梯度、热通量梯度、降雨的调控,用于模拟不同季节、温度、降水条件下的光合、呼吸、气体排放观测,让监测不受季节的影响。一台温室气体分析仪可同步观测多种温室气体,如CO2、CH4、N2O、COS、CO、H2O同步观测,减少了多台分析仪间系统误差,同时测量的CO2和COS可提高NEE计算精度。

EcoChem实现了LIBS技术快速测量土壤碳库,扫描、摄像一体化复合根系生长监测系统AZR-,可观测根际生物量变化;土壤采气矛iChamber-G分层监测地下廓线温室气体排放量和碳库变化的相关性;集根系监测、土壤CO2、CH4排放、土壤水温盐、pH、氧化还原等多参数一体化监测的RhizoScope根系生态仓系统,为地下生态学过程、土壤固碳研究提供了新的监测工具。

一、新型植物群落自动箱-iChamber

iChamber群落自动箱澳作公司拥有自主知识产权,自主研发、国内生产、集六项设计专利于一体,既可用于呼吸测量,也可用作群落光合室。

iChamber自动箱既可以是透明的,也可以是黑色的,可以直接测量净群落生态系统碳交换量(NEE)、群落生态系统的呼吸量(ER)。

应用:

固碳能力评价-生态系统碳源、汇评价、群落光合研究

遥感-获取群落地面真值

GPP、NEE模型

自动箱设计对比(面积、高度):

iChamber群落自动箱特点:

u实现整棵植株或群落测量,升降可控

u自动箱面积:面积0.08/0.3/1平米

u自动箱高度0.5/0.8/2.0米

u自动箱可折叠,透光/不透光可选

u升降高度:随植物生长可调节

S35iChamber(面积0.08平米、高0.5米)工作视频:

SiChamber(面积1平米、高1米)工作视频:

地下土壤气体采气矛iChamber-G,测量地下廓线CO2、CH4排放,有2种类型分别用于无积水土壤和湿地环境。

二、控制试验土柱-SoilScope

澳作公司自主设计、国内生产的SoilScope控制型蒸渗系统改造了欧盟第三代蒸渗技术,测量精度达到国际领先水平,首创2平米、4米高原状土取土技术。双套筒设计实现大田快速安装。具备水通量和热通量控制能力,可获取气候变化条件下的模型数据,用于生态系统控制试验。

应用:

u控制型SoilScope用作蒸散量测量时,不用换土

u称重分辨率高,识别阴晴交替、结露时蒸散量,测量植物日耗水率

u不同温度、干湿条件下碳氮排放研究

u地下水变化对土壤碳氮转换过程的影响

控制功能:罐体内外水力参数梯度一致或设定值。控制参数可以是水势、水位、土温,满足干湿控制、增温等控制试验要求。

SoilScope试验土柱高度可达7.5米,面积可达4平米。

年山西水文局柱体3平米,7.5米高,世界最高蒸渗系统

微型生态仓Eco-Cell:

iChamber群落自动箱底部采用控制型土柱SoilScope,调控iChamber内的温度、湿度、CO2可实现生态仓功能,比国外造价高、占地大的Ecotron,更经济、更灵活。

三、土壤碳库变化快检-EcoChem

EcoChem激光光谱元素分析系统采用LIBS技术,实现元素快检。测量原理如下,土壤、根茎等固体样品无需制备成溶液,激光束直接打到样品表面,激发的等离子光谱含有样品的元素种类和含量信息。无需试剂,也不产生废液,是绿色生态地球化学测量方法。

检测限可达ppm级测量的元素可覆盖元素周期表中的大部分元素,包括轻元素如C、N、O等及金属元素Fe、Cu、Mg,可用于快速检测土壤碳、氮。

EcoChem采用全上位机操作,用户无需手动调节激光和光谱仪,带有2个看样品窗口,可以无人值守运行。

EcoChem特点:

全上位机操作,双视野用于定位和微区打样

相对误差1%

激光波长:能量输出0-%可调;nmnm波长可选

谱宽:-nm,光谱精度±0.05nm,门延迟0.5ns-1ms,分辨率0.5ns

30余种定量测量土壤植物标样光谱曲线

大豆种子主要矿质元素元素分布分析

四、土壤固碳-根系生态仓RhizoScope

RhizoScope用于土壤固碳研究,组成:

观测根际生物量变化—采用扫描、摄像一体化复合根系AZR-

地下廓线CO2、CH4排放—iChamber-G+AZG-

根系控制试验—根系生态仓实现土壤热通量控制、土壤水势梯度控制,同步观测土壤氧化还原、pH、水分、温度、电导率。

AZR-复合根系生长监测系统集成扫描、摄像两种功能于一体。摄像分辨率10um,64倍图像放大,可观测细根周转、根毛、根菌、真菌、土壤动物活动。扫描视野22.0cm×21.5cm,观测根际生物量变化。紫外光源区分活根、死根。

RhizoScope根系生态仓控制试验功能:

土壤热通量控制

水通量控制

柱体面积:1平方米,高度2m

同步长期定位观测土壤氧化还原、pH和水分、温度、电导率等环境因子

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