土壤生物化學(xué)過程溫室氣體（CO₂和δ¹³C等）產(chǎn)生與輸送是生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵過程參數(shù)。需要解決土壤生物化學(xué)過程CO₂和δ¹³C產(chǎn)生與輸送的野外原位觀測(cè)的客觀儀器需求。
       穩(wěn)定同位素光譜和質(zhì)譜技術(shù)與方法的進(jìn)步使CO₂ δ¹³C的觀測(cè)成為可能，與箱式通量觀測(cè)技術(shù)和方法結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)土壤溫室氣體及其同位素通量觀測(cè)研究。
       目前已有的土壤CO₂ δ¹³C箱式通量觀測(cè)系統(tǒng)主要包括非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)兩種，且多為研究者自制，通常缺乏對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論要求和假設(shè)等問題的綜合考慮和評(píng)價(jià)。

技術(shù)壁壘：
       觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論要求和假設(shè)等問題的綜合考慮和評(píng)價(jià)主要包括兩個(gè)方面：首先，如何保證系統(tǒng)測(cè)定數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確度，即保證系統(tǒng)氣密性及氣體混合、箱體內(nèi)外氣體濃度和壓力保持一致等；其次，如何保證系統(tǒng)測(cè)定數(shù)據(jù)的代表性，即待測(cè)氣體的產(chǎn)生和運(yùn)輸不受影響等。

       基于此，北京普瑞億科科技有限公司與中科院地理科學(xué)與資源研究所突破技術(shù)壁壘，合作研發(fā)了由氣室箱體、采樣氣路、氣體分析儀、控制系統(tǒng)和標(biāo)定系統(tǒng)等部分構(gòu)成的多通道雙循環(huán)土壤呼吸δ¹³C觀測(cè)系統(tǒng)，并在中科院寒旱所黑河遙感站成功安裝、順利運(yùn)行，為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵參量監(jiān)測(cè)設(shè)備研制與生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)示范助力。
 

多通道雙循環(huán)土壤呼吸δ¹³C觀測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)配置：
       采樣氣室為自主研發(fā)的閉路氣室，氣體分析儀為Picarro G2131-i，控制系統(tǒng)為自主研發(fā)的16通道復(fù)路系統(tǒng)，標(biāo)定系統(tǒng)則采用三點(diǎn)標(biāo)定方法。
 

技術(shù)難點(diǎn)與解決方案：

方案一
 

采樣模塊——土壤呼吸室打開狀態(tài)

方案二

采樣模塊——土壤呼吸室打開狀態(tài)

性能優(yōu)勢(shì)：

通過箱式通量觀測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試，確認(rèn)分析系統(tǒng)密封性能良好。

• 漏率低于0.10μmol mol^-1 min^-1@1500μmol mol^-1 (相當(dāng)于0.015μmol m^-2 s^-1的排放通量)；

• 在自然風(fēng)速介于0-4m s^-1條件下，氣室內(nèi)外壓差穩(wěn)定在±2Pa范圍內(nèi)；

• 零通量精度絕對(duì)值介于0.00011-0.072 μmol m^-2 s^-1 之間

• 模擬通量測(cè)試設(shè)置2.5、5、10、15umol m^-2 s^-1 的排放通量，結(jié)果表明， CO₂通量4次重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差介于0.09-0.23umol m^-2 s^-1，在10umol m^-2 s^-1 (CO₂)條件下，F(xiàn)R和KP方法計(jì)算得到的δ¹³C通量4次重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.34‰和0.40‰，模擬通量與實(shí)測(cè)通量結(jié)果基本位于1:1線上。

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