前言

ACE自動土壤呼吸測量儀由英國ADC公司根據(jù)呼吸室法研制，ACE土壤呼吸監(jiān)測儀（簡稱ACE）由可自動開/閉呼吸室、內(nèi)置CO₂分析儀的旋轉(zhuǎn)臂及控制單元組成一個完整緊湊的野外監(jiān)測儀器，有封閉式測量儀和開放式測量儀兩種，包括封閉透明式、封閉非透明式、開放透明式、開放非透明式等所有呼吸室測量方法技術(shù)，可定點(diǎn)全自動連續(xù)監(jiān)測土壤呼吸及土壤溫度、土壤水分和PAR，整機(jī)防水防塵，數(shù)據(jù)自動存儲到存儲卡中，12V 40Ah蓄電池可在野外連續(xù)監(jiān)測近1個月時間。

ACE自動土壤呼吸測量儀是目前世界上惟一可長期放置在野外進(jìn)行土壤呼吸監(jiān)測的高度集成儀器。

上圖中研究人員分別使用開放式透明（左）和開放式非透明（右）兩種呼吸室進(jìn)行測量

應(yīng)用領(lǐng)域

• 碳收支平衡研究，為碳交易提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源
• 與氣候變化數(shù)據(jù)相結(jié)合，研究溫室氣體排放對氣候變化的影響
• 與渦度相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合，對通量變化做出合理解釋
• 對土壤呼吸的影響因子及調(diào)控機(jī)制進(jìn)行研究
• 不同作物或耕作類型或殺蟲劑對土壤呼吸的影響
• 微生物生態(tài)學(xué)
• 土壤污染的恢復(fù)研究
• 填埋垃圾場土壤呼吸狀態(tài)研究

工作原理

ACE采用兩種測量模式：封閉式和開放式。兩種模式采用不同的工作原理。

1：封閉式測量原理：開始測定前呼吸罩自動關(guān)閉，形成密閉的呼吸室。緊鄰呼吸室的機(jī)械臂內(nèi)，具有一個高精度的CO₂紅外氣體分析器（IRGA）。每隔10s對呼吸室的氣體進(jìn)行分析，在測量結(jié)束后通過分析數(shù)據(jù)自動計算土壤表面通量（土壤呼吸值）。

2：開放式測量原理：開始測量前呼吸罩自動關(guān)閉，測量過程中，呼吸室與環(huán)境氣體相連，頂部設(shè)有壓力釋放裝置，保持內(nèi)外氣壓穩(wěn)定。在一定流速下達(dá)到穩(wěn)態(tài)后測量泵入和泵出氣體的CO₂濃度差Δc，自動計算出通量值。

功能特點(diǎn)

• 高度集成、全自動化、一體式土壤呼吸監(jiān)測系統(tǒng)，自動開/閉呼吸室，CO₂分析儀、數(shù)據(jù)采集器及操作系統(tǒng)集成在一起，便于攜帶移動，無需額外配置計算機(jī)等外部設(shè)備，無需管路連接等復(fù)雜耗時的安裝過程
• 內(nèi)置微機(jī)五鍵式操作系統(tǒng)，大型240×64點(diǎn)陣LCD屏用于設(shè)置操作、數(shù)據(jù)瀏覽及診斷
• 有封閉式和開放式供選配，在干旱區(qū)等土壤呼吸微弱的情況下，建議選配封閉式測量
• 呼吸室面積達(dá)415cm²，有透明呼吸室和非透明呼吸室供選擇，前者適合用于測量低矮草本或禾苗群落碳通量，或用于測量有大量光合海藻類（如藍(lán)藻）、苔蘚地衣類植物的土壤碳通量（既有光合作用又有呼吸作用）
• 高精度、高靈敏度CO₂分析儀，分辨率為1ppm
• 可連接6個土壤溫度傳感器，4個土壤水分傳感器，以監(jiān)測不同剖面土壤水分與溫度
• 供電方式可從太陽能、蓄電池、220V交流電中三選一
• 可購買多個ACE進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測，可選配幾個透明呼吸室和幾個非透明呼吸室用于監(jiān)測分析土壤及地上光合生物（如生物結(jié)皮、苔蘚、低矮植被等）總光合、凈光合、總呼吸、凈呼吸及其相互關(guān)系和晝夜動態(tài)變化格局等

技術(shù)指標(biāo)

• 紅外氣體分析儀：內(nèi)置于土壤呼吸室，氣路很短，響應(yīng)時間快
• CO₂：測量范圍：標(biāo)準(zhǔn)范圍0-896ppm（可定制大量程和范圍）  分辨率：1ppm
• PAR：0-3000μmol m^-2 s^-1硅光電池
• 土壤溫度熱電阻探頭：測量范圍：-20-50℃，可接多達(dá)6個土壤溫度探頭
• 土壤水分探頭SM300：測定范圍0-100vol%；精度3％（針對土壤進(jìn)行標(biāo)定后）；測量土體范圍：55mm x 70mm；可接多達(dá)4個土壤水分探頭
• 土壤水分探頭Theta：測量范圍0-1.0 m³.m^-3；精度±1%（特殊標(biāo)定后）探頭尺寸；探針60 mm 長，探頭總長207mm；可接多達(dá)4個土壤水分探頭
• 呼吸室流量控制：200-5000ml/min (137-3425 µmol sec^-1)，精度：±流速的3%
• 呼吸室類型：開放透明、開放非透明、封閉透明、封閉非透明四種呼吸室供選
• 儀器操作：獨(dú)立主機(jī)，不需要PC/PDA
• 數(shù)據(jù)紀(jì)錄：2G移動存儲卡（SD），可存儲800萬組以上數(shù)據(jù)
• 電源供應(yīng)：外部電池、太陽能板或風(fēng)力供應(yīng)，12v、40Ah蓄電池長可持續(xù)供電28天，僅網(wǎng)絡(luò)式有內(nèi)部電池1.0Ah
• 數(shù)據(jù)下載：讀取SD卡或使用USB連接
• 電子部分連接：堅(jiān)固、防水的3pin插口（頭）
• 程序：界面友好，通過5鍵控制
• 氣體連接：3 mm氣路接頭
• 顯示：240×64點(diǎn)陣 LCD屏幕
• 尺寸：82×33×13cm
• 密封室體積：2.6 L
• 開放室體積：1.0 L
• 土壤呼吸罩直徑：23 cm
• 重量：9.0 kg 

上圖左為預(yù)埋鋼圈，右為ACE連接土壤水分和土壤度傳感器實(shí)物圖

呼吸室的選配

操作屏幕和結(jié)果

應(yīng)用案例

屈冉等（2010）在秦嶺利用ACE研究了土壤微生物和有機(jī)酸對土壤呼吸時的影響。研究顯示土壤呼吸速率與土壤細(xì)菌、放線菌、草酸和檸檬酸呈極顯著正相關(guān)。

產(chǎn)地

英國

選配技術(shù)方案

• 可選配多個ACE進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測，與ACE MASTER主機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測方案
• 可選配土壤氧氣測量模塊
• 可選配高光譜成像以評估土壤微生物呼吸作用
• 可選配紅外熱成像研究土壤水分、溫度變化對呼吸影響
• 可選配ECODRONE®無人機(jī)平臺搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進(jìn)行時空格局調(diào)查研究

部分參考文獻(xiàn)

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