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1、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2008-9-08,大纲,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的硬件与软件操作 介绍,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,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)碳的排放
2、量十分巨大土壤碳通量是10 x 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)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 9215% (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
3、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,一、土壤呼吸研究背景,大纲,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的硬件与软件操作 介绍,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)；,二、土壤呼吸测量,
4、LI-8100 方法,估算初始斜率,Initial rate = slope at C= C0,大纲,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的硬件与软件操作 介绍,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,缺陷：无法解决文氏管效应,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
5、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。,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！）,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）。,Initial rate = slope at C = C0,Fit to C (water vapor dil
6、ution corrected CO2 concentration) vs. time,Final equation,Requirements: CO2-chamber = CO2-air,The flux at the time when CO2-chamber = CO2-air,LI-8100设计的独特之处 数据分析模型指数拟合,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
7、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。,LI-8100设计的独特之处气室基座多孔设计避免CO2累积,Perforated Baseplate,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。,大纲,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的硬件与软件操作 介绍,LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 主机,四、LI-8100的硬件
8、与软件操作 介绍,LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 四种气室,8100-102 Survey chamber,8100-104 long-term chamber,8100-103 Survey chamber,LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 LI-8150多通道测定系统,LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 PDA掌上电脑,LI-8100 自动土壤 CO2 通量测量系统 辅助传感器接口,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。,硬件连接,辅助接口连线图形显示,辅助传感器接口,连接
9、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510cm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。 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1
10、0.5伏，仪器将关闭。,Windows操作界面,LI-8100 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。,测量chamber offset,Survey chamber,Long term 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,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
11、些，应保证放置测量室时soil collar不移动，且不存在漏气；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23cm，long term chamber露出34cm。,土壤collar埋置注意事项,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;
12、长期测量室 LI-COR p/n 8100-104。,2、 点击 Observation 标签，设置测定时间,测定时间中各项时间的解释,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。,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90120s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
13、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。,Observation Length,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 1060 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
14、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,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。,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
15、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。,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
16、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,3、 数据记录输出,数据记录要选中通量计算,4、流量调整,5、 土壤水分传感器设置,6、 在Configuration Categories列表中点击Repeat ，查看Repeat窗口。,Repeat Measurement栏目，容许您按照一定的时间间隔，对已定义的测量方案重复测量， 这些功能对于
17、无人职守的长期测量非常有用。例如，设定 Obs. Length: 90s，Deadband:45s，Obs. Delay:2min和Obs. Count:3次。然后将这个方案以每小时间隔重复，共进行240小时(10天)，结果数据集将包括240个测量，该选择端口每个测量由3个的90秒的观测组成。 (如果按Set To Max button)，最大重复次数为12000。可以选中复选框，选择重复之间关闭流量泵，节省电池电力，延长泵的寿命。,Repeat设置说明：,7、 热电偶类型,LI-8100采用E型热电偶,8、 设置保存/调用,9、 在8100菜单下选择Instrument Settings。,
18、在“Instrument Name”处输入仪器名称 (如 Survey_System_1)，仪器名称被发送到LI-8100中，并将LI-8100保存，作为数据记录的一部分。点击Apply，再点击OK。,10、 在工具条上点击 New Measurement图标 ( )，或在Setup菜单下选择 Start New Measurement ，将出现Start a Measurement 对话框：,Measurement Configuration可在Preset 下拉菜单中选择一个已定义的测量参数，或使用当前配置。Measurement File输入文件名(File Name)和可选输入文件注解
19、(Comments)。注解(Comments) 仅出现在头信息中。文件以标准数据文件格式被建立，整个数据表可按测量配置设定，被放在一个文件中。大文件可被分割成多个小文件，可1天增加一个文件，或1周增加一个文件。按天来分割的文件，在每天 12:01 a.m被添加一个日期；按周来分割的文件，将在第一次测量开始后，7天为一个周期，被添加一个日期。 点击Append data to an existing file 按钮，在当前定义的文件中增加新的测量数据。DestinationLI-8100收集的数据可被保存到仪器的内存中，或保存的可选的压缩闪存卡中，可记录到其中一个，但不能同时两个都记录。存储到内
20、存卡中的数据可随时被传输到压缩闪存卡中或电脑中。Measurement Start输入Start 时间，可立即开始测量，或选择指定日期和时间开始测量。点击Start Measurement 开始测量,11、 要查看已收集的数据，在View菜单下选择 Summary Records，将出现 Observation Summary 对话框。检查通量值是否合理，点击 Previous或Next 按钮，可滚动浏览所有的观察值。当完成检查后，点击Close关闭对话框。,LI-8100数据文件,观察值(Observation)包括： 头信息(Header) + n个 原始记录(Raw Records) +
21、 3 个概要记录(Summary Records) +页脚(Footer) 。头信息(Header)-包括从“LI-8100”行到labels行的信息。类型(Type) -每个记录的第一项叫Type，用来识别记录的类型，包括-1，1，2，3和4。原始记录(Raw Records) - Type = 1的记录，即从测量室开始关闭到测量室开始打开时的测量数据。概要记录(Summary Records) Type等于2, 3,或 4的记录，每个观察值都包括这三个类型记录 。Type 2 记录代表初始值，即ETime0的前10秒数据的线性回归值。Type 3 记录代表所有ETime0的数据的平均值。T
22、ype 4 记录代表所有ETime0的数据的量程值 (max - min)。页脚(Footer) 分析的结果，包括通量值。当“Compute Flux”选项被关闭时，记录文件不显示页脚。,使用LI-8150多通道测量系统,关于LI-8150LI-8150多路器是LI-8100的一个附件，可使LI-8100一次可连接16个土壤测量室，可通过LI-8100分析器控制单元对测量室采样和测量进行控制。LI-8150扩展了LI-8100的功能，提供测量采样的时间和空间的选择。LI-8150容许研究人员根据实验需要进行多点观测研究，且根据经济条件可灵活增加测量室。LI-8150像LI-8100一样被精心制作，并具有以下重要特性： 可选8个或16个端口配置8个端口系统可很容易更新为16个端口系统； 耐用的防水接头和控制箱； 高流速、低耗电、长寿命的螺线阀； 过滤器组件可清洁引入的空气； LED 指示器面板提供多路器诊断信息； 无须附件硬件，系统软件提供漏气测试功能；LI-8150还可以连接普通的导气管进行垂直剖面研究，一根15米延长电缆可提供30米的测量直径。,谢谢各位老师、同学的支持与合作！,
