土壤表層CO2通量研究很多，但這些監(jiān)測(cè)并不足以解釋土壤CO2生產(chǎn)過(guò)程，土壤剖面CO2垂直梯度研究越來(lái)越成為土壤呼吸乃至生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)。土壤不同層面（深度）CO2生產(chǎn)的持續(xù)監(jiān)測(cè)對(duì)于理解土壤CO2動(dòng)態(tài)極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節(jié)、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。
土壤垂直梯度CO2監(jiān)測(cè)可以與廣泛使用的渦動(dòng)相關(guān)監(jiān)測(cè)比較，從而定量研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳交換。
目前土壤梯度有2種方法:
1、把CO2傳感器直接埋入土壤.分梯度監(jiān)測(cè)各層濃度分布，使用簡(jiǎn)單，有2種精度的傳感器可選擇，
GMP343和GMP22X系列：
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GMP343
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GMP22X
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測(cè)量方法：
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擴(kuò)散式和泵吸式
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擴(kuò)散式和泵吸式
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測(cè)量范圍：
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0 ... 1000 ppm, 0 ...2 000 ppm
0 ... 3000 ppm, 0 ... 4000 ppm
0 ... 5000 ppm, 0 ... 2 %
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GMP221探頭 0 ... 2 %, 0 ... 3 %, 0 ... 5 %, 0 ... 10%, 0 ... 20 % CO2
GMP222 探頭 0 ... 2000 ppm, 0 ... 3000 ppm, 0 ... 5000 ppm,
0 ...7 000ppm, 0 ... 10000 ppm CO2
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精度:
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0 ... 1000 ppm ：± (3 ppm + 1 %的讀數(shù))
0 ... 2000 - 0 ... 2 % ：± (5 ppm + 2 %的讀數(shù))
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±(1.5％量程＋2.0%讀數(shù)）
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工作溫度:
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-40~60°C
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-20~60°C（探頭）
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工作濕度:
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0~
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0~
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外殼:
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電鍍鋁，PC 塑料 IP66/IP67
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PC 塑料 IP66/IP67
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2、使用紅外分析儀在線(xiàn)多層分析土壤濃度數(shù)據(jù)
系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):
v 使用一個(gè)分析儀分析多層數(shù)據(jù),沒(méi)有系統(tǒng)誤差
v 可以更換其他測(cè)量要素分析儀,如果:N2O,CH4等梯度測(cè)量?jī)?nèi)容,更靈活的實(shí)驗(yàn)
v 精度高,使用維護(hù)簡(jiǎn)單.整機(jī)比土壤呼吸系統(tǒng)簡(jiǎn)潔方便使用
CO2/H2O分析儀技術(shù)指標(biāo)
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CO2分析器
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H2O分析器
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量程
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0~20,000 μmol/mol
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0~60 mmol/mol
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準(zhǔn)確度
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優(yōu)于讀數(shù)的1%
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優(yōu)于讀數(shù)的1.5 %
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校準(zhǔn)漂移
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零點(diǎn)漂移
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<0.15 μmol/mol/℃
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<0.003 mmol/mol/℃
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跨度漂移
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<0.03 %/℃
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<0.03 %/℃ @ 10 mmol/mol
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總漂移
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<0.4 μmol/mol/℃ @ 370 μmol/mol
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<0.009 mmol/mol/℃ @ 10 mmol/mol
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RMS噪聲
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1 s信號(hào)過(guò)濾
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<1 μmol/mol@370 μmol/mol
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<0.01 mmol/mol@10 mmol/mol
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靈敏度
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CO2
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——
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<0.0001 mmol/mol H2O/ μmol/mol CO2
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H2O
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<0.1 μmol/mol CO2/ m mol/mol H2O
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——
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測(cè)量原理
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非色散紅外分析
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光源壽命
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~18,000 h
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標(biāo)準(zhǔn)
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CO2
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世界氣象組織標(biāo)準(zhǔn)
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電源
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12~30 V DC
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H2O
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LI-610便攜式發(fā)生器NIST標(biāo)準(zhǔn)
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壓力補(bǔ)償范圍
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15~115 kPa
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工作溫度范圍
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-20~45℃
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*大氣流速率
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1 L/min
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相對(duì)濕度范圍
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0~95%（非冷凝)
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輸出信號(hào)
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2個(gè)模擬電壓輸出，2個(gè)電流輸出
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體積
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22.2 L×15.3 W×7.6 H cm
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數(shù)字輸出：TTL（0~5 V）或開(kāi)集電路
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重量
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1 kg
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內(nèi)部光腔體積
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14.5mL
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電源要求
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12~30 V DC，預(yù)熱時(shí)為14 W，穩(wěn)定時(shí)為3.6W
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根據(jù)菲克**定律(Fick’s first law)，在（穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況下）單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量（稱(chēng)為擴(kuò)散通量Diffusion flux，用J表示）與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m?2s?1）即根據(jù)該定律求出，具體計(jì)算公式為：
J= -D(dC/dx)
其中D為CO2在土壤中的擴(kuò)散系數(shù)(單位為m2/s，與土壤溫度、土壤體積含水量及土壤空隙度有關(guān))，C為深度為x（單位為m）的CO2濃度，dC/dx為濃度梯度，“–”號(hào)表示擴(kuò)散方向?yàn)闈舛忍荻鹊姆捶较?，即擴(kuò)散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。
系統(tǒng)的特點(diǎn)：
1、非擾動(dòng)原位持續(xù)測(cè)量土壤剖面CO2、水分、溫度（標(biāo)準(zhǔn)配置為3-8層可選），可通過(guò)菲克**定律求出土壤CO2通量（土壤呼吸），從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定原位監(jiān)測(cè)土壤呼吸。
2、土壤三參數(shù)智能傳感器，測(cè)量土壤水分和溫度和鹽度。
3、透明或非透明土壤呼吸室法（備選）測(cè)量表層土壤呼吸，可用于補(bǔ)充、校準(zhǔn)或?qū)Ρ确治鐾寥榔拭鍯O2梯度測(cè)量數(shù)據(jù)。
4、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，可隨時(shí)上網(wǎng)在線(xiàn)瀏覽、下載數(shù)據(jù)。
5、交流蓄電池供電或太陽(yáng)能供電。
主要技術(shù)指標(biāo)：
1、土壤水分測(cè)量：
· 測(cè)量范圍0-體積含水量，度±1%，重復(fù)精度±0.2%，；
· 土壤溫度測(cè)量范圍：-40℃～70℃，測(cè)量精度：±0.2℃
2、土壤CO2測(cè)量：非色散單束雙波長(zhǎng)紅外技術(shù)（NDIR），測(cè)量范圍0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm、0-20000 可選，精度±1.5%，響應(yīng)時(shí)間3妙；
3、標(biāo)配16通道數(shù)據(jù)采集器（可選配32通道以監(jiān)測(cè)3層以上的CO2濃度、土壤水分及土壤溫度等）：
· 可存儲(chǔ)220000組帶時(shí)間戳的數(shù)據(jù)，16比特分辨率，± 20 mV up to ± 2.5 V 8范圍輸入，度0.03%；
· 測(cè)量間隔3秒至4小時(shí)可調(diào)，數(shù)據(jù)平均間隔3秒至4小時(shí)；
4、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)軟件終端瀏覽、下載數(shù)據(jù)，并可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
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