前言

土壤(rang)是(shi)氣候(hou)變(bian)化(hua)中(zhong)極為重(zhong)要(yao)的(de)碳源和(he)碳(tan)匯，土(tu)壤(rang)呼吸對(dui)大氣CO₂含量(liang)的(de)影響已(yi)經引(yin)起越來越(yue)多(duo)研(yan)究者(zhe)的(de)註意。SRS-2000 T便(bian)攜(xie)式土壤(rang)呼吸測量儀是基(ji)於LCpro T光合儀加(jia)裝土壤呼吸室(shi)組(zu)成的(de)便攜(xie)式土壤(rang)呼吸系(xi)統，專(zhuan)為測量土壤呼吸及其他野外氣(qi)體交(jiao)換而設計。

組(zu)成

儀器(qi)包(bao)括(kuo)壹個觸(chu)摸屏控制臺、壹個手(shou)柄和(he)壹個1升(sheng)的(de)土壤呼吸室(shi)，可(ke)對(dui)呼吸室(shi)內的(de)CO₂和H₂O濃度(du)進(jin)行程(cheng)序調(tiao)控，模(mo)擬不(bu)同(tong)梯(ti)度(du)下(xia)的(de)土壤呼吸情(qing)況(kuang)。高精(jing)度微(wei)型(xing)CO₂紅(hong)外氣(qi)體分析(xi)儀直(zhi)接安(an)裝於手(shou)柄內，大大減少(shao)CO₂到(dao)分析(xi)儀測量的(de)響應(ying)時(shi)間(jian)。

上圖左(zuo)為(wei)主機加(jia)土壤(rang)呼吸室(shi)測量土壤呼吸實(shi)例照片(pian)，上(shang)圖右(you)為(wei)英(ying)國(guo)劍(jian)橋科(ke)研(yan)人員(yuan)使用該(gai)系(xi)統在南(nan)極洲(zhou)測量土壤呼吸與藻(zao)類光合作(zuo)用現(xian)場照片(pian)

SRS-2000 T便(bian)攜(xie)式土壤(rang)呼吸測量儀測量過程(cheng)以開(kai)放(fang)模(mo)式進行，環(huan)境空氣與呼吸室(shi)氣(qi)體不斷(duan)循(xun)環，以(yi)保(bao)證(zheng)作(zuo)為樣品的(de)土壤保(bao)持(chi)自然(ran)狀態。土(tu)壤呼吸室(shi)由(you)壹個上(shang)部(bu)呼吸室(shi)和(he)壹個下(xia)部(bu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)環(huan)刀(dao)構(gou)成。上部(bu)呼吸室(shi)平(ping)衡(heng)設計(ji)極大的(de)避免了(le)氣(qi)壓(ya)和風(feng)對(dui)於測量的(de)影響。下(xia)部(bu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)環(huan)刀(dao)插入(ru)土(tu)壤，不(bu)論土(tu)壤條(tiao)件(jian)如(ru)何(he)，保(bao)證(zheng)上面(mian)的(de)呼吸室(shi)處(chu)於位(wei)置(zhi)，並能夠(gou)保(bao)證(zheng)對(dui)土壤(rang)的(de)小(xiao)擾動。

用戶(hu)可選擇PVC適配(pei)器(qi)，以(yi)PVC管(guan)替代(dai)環刀(dao)，適合大面(mian)積(ji)多點布設，節(jie)約成本。

測量室(shi)

選配不同葉(ye)室(shi)和(he)呼吸室(shi)，可(ke)以測量葉片(pian)光合作(zuo)用（選用不同類型(xing)葉室(shi)）、果(guo)實或整株(zhu)植(zhi)物(wu)光合作(zuo)用（選配果蔬(shu)光合-呼吸室(shi)）、小(xiao)型(xing)群(qun)落光合-呼吸（選配透明(ming)群(qun)落光合-呼吸室(shi)）、土(tu)壤呼吸等(deng)，全面(mian)分析(xi)研(yan)究土(tu)壤植(zhi)物(wu)碳(tan)源碳(tan)匯功(gong)能(neng)。

上圖從(cong)左(zuo)到(dao)右依(yi)次為寬葉室(shi)、窄(zhai)葉室(shi)、LED光源、熒(ying)光儀聯用(yong)葉(ye)室(shi)、小(xiao)型(xing)葉室(shi)

上圖從(cong)左(zuo)到(dao)右依(yi)次為針(zhen)葉室(shi)、果(guo)實測量室(shi)、土(tu)壤呼吸室(shi)、多(duo)功能測量室(shi)、冠(guan)層室(shi)

應用領(ling)域(yu)

• 碳源碳(tan)匯研(yan)究
• 氣候(hou)變(bian)化(hua)
• 土地(di)利用(yong)方(fang)式改變(bian)
• 生態(tai)修復研(yan)究
• 植(zhi)物(wu)生(sheng)理生態研(yan)究

主要特點

• 便攜(xie)性：拎(lin)之(zhi)即(ji)走，非(fei)常(chang)合適(shi)野外大面(mian)積(ji)多點采樣調(tiao)查(zha)。
• 電池(chi)續航(hang)：滿電(dian)連續工(gong)作(zuo)16小(xiao)時(shi)。
• GPS定位(wei)：經度、緯度、海(hai)拔數據與土(tu)壤(rang)呼吸數據同(tong)步(bu)獲取(qu)。
• 環境(jing)因(yin)子(zi)：呼吸室(shi)CO₂和H₂O梯(ti)度(du)調(tiao)控。
• 堅固可靠(kao)：控制臺包(bao)含(han)全部(bu)功(gong)能(neng)，呼吸室(shi)流(liu)量(liang)控制，實時(shi)數據顯示(shi)和(he)存(cun)儲，彩(cai)色(se)360度可(ke)見觸(chu)摸屏。
• 惡劣(lie)條(tiao)件(jian)下(xia)使(shi)用(yong)：高(gao)濕(shi)度/多(duo)塵環境表現(xian)出色(se)。
• 空間(jian)和時(shi)間(jian)分布(bu)研(yan)究：用(yong)戶(hu)可自(zi)行設(she)定采樣間(jian)隔(ge)，儀(yi)器(qi)會自(zi)動工作(zuo)采集(ji)數據。
• 數據存(cun)儲與傳輸：SD卡存(cun)儲，用(yong)戶(hu)喜愛(ai)的(de)方(fang)式，也可(ke)通(tong)過USB線下(xia)載(zai)數據。

技(ji)術(shu)指(zhi)標

• CO₂氣體(ti)量(liang)程(cheng)：0~3000ppm。
• CO₂分辨率(lv)：1ppm。
• CO₂分析(xi)單元(yuan)：開路(lu)設計(ji)，鍍金(jin)、mini化(hua)、時(shi)域(yu)差分設(she)計(避(bi)免雙(shuang)IRGA平衡(heng)校準(zhun)漂(piao)變(bian)) IRGA，溫(wen)度(du)、氣(qi)壓自動補償，零(ling)點自動校正。
• H₂O分析(xi)單元(yuan)：0~75mbar，0.1mbar 分辨率(lv)，2個高(gao)精(jing)度激光微(wei)調(tiao)濕(shi)度傳感器(qi)以(yi)提(ti)供(gong)超穩定性蒸(zheng)騰數據。
• 環境(jing)因(yin)子(zi)調(tiao)控：CO₂大控制為2000ppm，H₂O控制可低於或高於當(dang)前(qian)環(huan)境(jing)濕(shi)度。
• PAR傳感器(qi)：0~3000µmol m^-2 sec^-1，矽光電池。
• 呼吸室(shi)溫(wen)度：0~50℃，高精(jing)度熱(re)電偶(ou)，準確(que)度+/- 0.2°C。
• 土壤(rang)溫(wen)度：5°C~50°C，手動定位(wei)土壤(rang)溫(wen)度(du)探頭。
• 土壤(rang)呼吸室(shi)流(liu)速：68~340µmol m^-2 sec^-1。
• 預熱(re)時(shi)間(jian)：5 minutes @ 20°C。
• 顯示(shi)屏：彩(cai)色(se)WQVGA LCD觸摸屏，480 x 272像素(su)，尺(chi)寸95 x 53.9 mm，對(dui)角線長109mm。
• 數據與存(cun)儲：SD卡，大支持(chi)32G。
• 電池(chi)：7.5Ah，12V鋰(li)離子(zi)電池，提供(gong)16小(xiao)時(shi)續航(hang)。
• 充(chong)電(dian)器(qi)：通(tong)用輸(shu)入(ru)電(dian)壓，13.8V輸出(chu)。
• 數據輸(shu)出口(kou)1：Mini-B轉(zhuan)USB。
• 數據輸(shu)出口(kou)2：RS232，9針(zhen)D型(xing)口(kou)。
• 操作(zuo)溫度(du)：5°C~45°C。
• 控制臺尺寸與重(zhong)量(liang)：230◊110◊170mm，4.1kg。
• 手柄重(zhong)量(liang)：0.8kg。
• 呼吸室(shi)構(gou)成：下(xia)部(bu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)環(huan)刀(dao)，上部(bu)丙(bing)烯(xi)塑料透(tou)明(ming)罩。
• 體積(ji)：1L。
• 直徑：130mm。
• 高度(du)：不(bu)銹(xiu)鋼(gang)環(huan)刀(dao)高75mm，丙(bing)烯(xi)塑料透(tou)明(ming)罩高(gao)70mm。
• 重(zhong)量(liang)：環(huan)刀(dao)325g，透明(ming)罩320g。

應(ying)用案(an)例

柴(chai)油(you)汙染土壤(rang)會增加(jia)CO₂排放(fang)，華(hua)沙(sha)的(de)研(yan)究人(ren)員（Edyta Hewelke et al. 2018）此(ci)次(ci)評(ping)估了柴(chai)油(you)燃(ran)料汙(wu)染對(dui)森林(lin)土壤CO₂釋放(fang)量(liang)和(he)疏(shu)水(shui)性的(de)影響。

石油(you)產(chan)品汙(wu)染土壤(rang)是(shi)壹個主要的(de)環境問(wen)題(ti)，而石油產(chan)品是(shi)人(ren)類活(huo)動造成的(de)常見土(tu)壤(rang)汙染物(wu)，它(ta)們(men)正在引(yin)起土壤生物(wu)（特(te)別(bie)是微(wei)生(sheng)物(wu)）過程(cheng)，化學(xue)成分，結(jie)構(gou)和物(wu)理性質的(de)重(zhong)大變(bian)化(hua)。這(zhe)項(xiang)研(yan)究的(de)主要目(mu)的(de)是評估土壤(rang)濕(shi)度對(dui)柴(chai)油(you)汙染的(de)白樺(hua)土壤(rang)的(de)CO₂釋放(fang)的(de)影響。對(dui)兩個森(sen)林(lin)樣地(di)的(de)四土壤(rang)層進(jin)行兩(liang)組汙染處理（分別(bie)是3000和(he)9000毫克柴(chai)油(you)/千克土壤(rang)），兩(liang)個樣地(di)初(chu)始土(tu)壤(rang)拒(ju)水(shui)性各(ge)不相同。使(shi)用便(bian)攜(xie)式紅(hong)外氣(qi)體分析(xi)儀（LCpro+, ADC BioScientific, UK）測量CO₂排放(fang)，土(tu)壤(rang)樣品在實(shi)驗室(shi)條(tiao)件(jian)下(xia)幹(gan)燥(zao)（從(cong)飽和到(dao)風(feng)幹），利用(yong)水(shui)滴(di)滲透(tou)時(shi)間(jian)實驗評估土壤(rang)拒(ju)水(shui)性。對(dui)CO₂排放(fang)數據進(jin)行方(fang)差(cha)分析(xi)（ANOVA），得到(dao)的(de)結果表(biao)明(ming)，柴(chai)油(you)汙染土壤(rang)的(de)CO₂排放(fang)量(liang)高(gao)於未(wei)汙(wu)染土壤(rang)的(de)CO₂排放(fang)量(liang)。初(chu)的(de)拒(ju)水(shui)土壤被發(fa)現(xian)有更(geng)大的(de)二(er)氧化碳(tan)排放(fang)量(liang)，土(tu)壤(rang)含水(shui)量與CO₂外排之間(jian)的(de)非線性關系(xi)僅存(cun)在於土(tu)壤(rang)上(shang)層，而對(dui)於更(geng)深(shen)的(de)土壤層，外排實際(ji)上與土(tu)壤(rang)含(han)水(shui)量無關。柴(chai)油(you)汙染土壤(rang)會增加(jia)土壤(rang)的(de)拒(ju)水(shui)性。

結果(guo)見下(xia)圖：

獲得的(de)數據通(tong)常與Luo和(he)Zhou（2006）的(de)發(fa)現(xian)*，即(ji)土壤含(han)水(shui)量通(tong)過限(xian)制較高水(shui)含量下(xia)的(de)氧擴散和低含(han)水(shui)量下(xia)可(ke)溶(rong)性底(di)物(wu)的(de)擴散而間(jian)接影(ying)響CO₂釋放(fang)。Chayawat等(deng)人(ren)的(de)實地(di)觀(guan)察結(jie)果(guo)2012）表(biao)明(ming)，降雨事(shi)件(jian)後，土壤中的(de)CO₂釋放(fang)會受到(dao)土壤(rang)含水(shui)量的(de)影響。

產(chan)地(di)

英國(guo)

選配技(ji)術(shu)方(fang)案(an)

• 可選配不同類型(xing)葉室(shi)以(yi)測量葉片(pian)光合作(zuo)用
• 可選配不同呼吸室(shi)組(zu)件(jian)以測量果實/整株(zhu)植(zhi)物(wu)/小(xiao)型(xing)群(qun)落光合-呼吸作(zuo)用
• 可選配高光譜成像以(yi)評(ping)估土壤(rang)微(wei)生(sheng)物(wu)呼吸作(zuo)用
• 可選配紅(hong)外熱(re)成像研(yan)究土(tu)壤水(shui)分、溫(wen)度變(bian)化(hua)對(dui)呼吸影(ying)響
• 可選配ECODRONE®無人機(ji)平(ping)臺搭載高光譜和紅(hong)外熱(re)成像傳感器(qi)進(jin)行時(shi)空 格局調(tiao)查(zha)研(yan)究

部(bu)分參(can)考文獻

• Edyta Hewelke et al. 2018. The Impact of Diesel Oil Pollution on the Hydrophobicity and CO2 Efflux of Forest Soils. Water Air Soil Pollut, 229: 51.
• Fér, M. et al. 2018. Influence of soil–water content on CO2 efflux within the elevation transect heavily impacted by erosion” Ecohydrology. 2018;e1989. 
• T F Wang et al. 2018. “Diurnal Change of Soil Carbon Flux of Binhai New District” IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 150 012007.
• Lang, R. et al. 2017. “Seasonal differences in soil respiration and methane uptake in rubber plantation and rainforest” Agriculture, Ecosystems and Environment 240, 314-312.
• Li, Xianwen, et al. 2016. “Evaluation of evapotranspiration and deep percolation under mulched drip irrigation in an oasis of Tarim basin, China.” Journal of Hydrology 538 (2016): 677-688.