前言

ACE土壤呼吸監(jiān)測技術由英國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，可定點全自動連續(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是目前世界上可*放置在野外進行土壤呼吸監(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）兩種呼吸室進行測量

應用領域

ü碳收支平衡研究，為碳交易提供準確的數(shù)據(jù)來源

ü與氣候變化數(shù)據(jù)相結合，研究溫室氣體排放對氣候變化的影響

ü與渦度相關數(shù)據(jù)結合，對通量變化做出合理解釋

ü對土壤呼吸的影響因子及調(diào)控機制進行研究

ü不同作物或耕作類型或殺蟲劑對土壤呼吸的影響

ü微生物生態(tài)學

ü土壤污染的恢復研究

ü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閉，形成密閉的呼吸室。緊鄰呼吸室的機械臂內(nèi)，具有一個高精度的CO₂紅外氣體分析器（IRGA）。每隔10s對呼吸室的氣體進行分析，在測量結束后通過分析數(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閉，測量過程中，呼吸室與環(huán)境氣體相連，頂部設有壓力釋放裝置，保持內(nèi)外氣壓穩(wěn)定。在一定流速下達到穩(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

l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等外部設備，無需管路連接等復雜耗時的安裝過程

l內(nèi)置微機五鍵式操作系統(tǒng)，大型240×64點陣LCD屏用于設置操作、數(shù)據(jù)瀏覽及診斷

l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

l呼吸室面積達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）

l高精度、高靈敏度CO₂分析儀，分辨率為1ppm

l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

l供電方式可從太陽能、蓄電池、220V交流電中三選一

l可購買多個ACE進行多點監(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、凈呼吸及其相互關系和晝夜動態(tài)變化格局等

技術指標

l紅外氣體分析儀：內(nèi)置于土壤呼吸室，氣路很短，響應時間快

lCO₂：測量范圍：標準范圍0-896ppm（可定制大量程和范圍） 分辨率：1ppm

lPAR：0-3000μmol m^-2 s^-1硅光電池

l土壤溫度熱電阻探頭：測量范圍：-20-50℃，可接多達6個土壤溫度探頭

l土壤水分探頭SM300：測定范圍0-100vol%；精度3％（針對土壤進行標定后）；測量土體范圍：55mm x 70mm；可接多達4個土壤水分探頭

l土壤水分探頭Theta：測量范圍0-1.0 m³.m^-3；精度±1%（特殊標定后）探頭尺寸；探針60 mm 長，探頭總長207mm；可接多達4個土壤水分探頭

l呼吸室流量控制：200-5000ml/min (137-3425 µmol sec^-1)，精度：±流速的3%

l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

l儀器操作：獨立主機，不需要PC/PDA

l數(shù)據(jù)紀錄：2G移動存儲卡（SD），可存儲800萬組以上數(shù)據(jù)

l電源供應：外部電池、太陽能板或風力供應，12v、40Ah蓄電池長可持續(xù)供電28天，僅網(wǎng)絡式有內(nèi)部電池1.0Ah

l數(shù)據(jù)下載：讀取SD卡或使用USB連接

l電子部分連接：堅固、防水的3pin插口（頭）

l程序：界面友好，通過5鍵控制

l氣體連接：3 mm氣路接頭

l顯示：240×64點陣 LCD屏幕

l尺寸：82×33×13cm

l密封室體積：2.6 L

l開放室體積：1.0 L

l土壤呼吸罩直徑：23 cm

l重量：9.0 kg

上圖左為預埋鋼圈，右為ACE連接土壤水分和土壤度傳感器實物圖

呼吸室的選配

封閉式與開放式的差別

透明與非透明的區(qū)別

操作屏幕和結果

應用案例

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

產(chǎn)地

英國

選配技術方案

1)可選配多個ACE進行多點監(jiān)測，與ACE MASTER主機組成網(wǎng)絡監(jiān)測方案

2)可選配土壤氧氣測量模塊

3)可選配高光譜成像以評估土壤微生物呼吸作用

4)可選配紅外熱成像研究土壤水分、溫度變化對呼吸影響

5)可選配ECODRONE®無人機平臺搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進行時空格局調(diào)查研究

部分參考文獻

1.K. Kri?tof, T. ?ima*, L. Nozdrovicky and P. Findura (2014). The effect of soil tillage intensity on carbon dioxide emissions released from soil into the atmosphere" Agronomy Research 12(1), 115–120.

2.Xinyu Jiang, Lixiang Cao, Renduo Zhang (2014). Changes of labile and recalcitrant carbon pools under nitrogen addition in a city lawn soil. Journal of Soils and Sediments, March 2014, Volume 14, Issue 3, pp 515-524.

3.Cannone, N., Augusti, A., Malfasi, F., Pallozzi, E., Calfapietra, C., Brugnoli, E. (2016). The interaction of biotic and abiotic factors at multiple spatial scales affects the variability of CO₂ fluxes in polar environments" Polar Biology September 2016, Volume 39, Issue 9, pp 1581–1596.

4.Liu, Yi, et al. (2016). Soil CO₂ Emissions and Drivers in Rice–Wheat Rotation Fields Subjected to Different Long‐Term Fertilization Practices." CLEAN–Soil, Air, Water (2016). DOI: 10.1002/clen.201400478 (/doi/10.1002/clen.201400478/abstract).

5.Xubo Zhang, Minggang Xu, Jian Liu, Nan Sun, Boren Wang, Lianhai Wu (2016). Greenhouse gas emissions and stocks of soil carbon and nitrogen from a 20-year fertilised wheat maize intercropping system: A model approach" Journal of Environmental Management, Volume 167, Pages 105-114, ISSN 0301-4797, /10.1016/j.jenvman.2015.11.014. (/science/article/pii/S0301479715303686).

6.Altikat S., H. Kucukerdem K., Altikat A. (2018). Effects of wheel traffic and farmyard manure applications on soil CO₂ emission and soil oxygen content" Thesis submitted from the “I?d?r University Agriculture Faculty Department of the Biosystem Engineering".

7.Cannone, N. Ponti, S., Christiansen, H.H., Christensen, T.R., Pirk, N., Guglielmin, M. (2018). “Effects of active layer seasonal dynamics and plant phenology on CO₂ lａnd atmosphere fluxes at polygonal tundra in the High Arctic, Svalbard" CATENA, Vol 174 (March 2019) 142-153. /science/article/pii/S0341816218305009 .

8.Uri, V., Kukum?gi, M. Aosaar, J.,Varik, M., Becker, H., Auna, K., Krasnova, A.,Morozova, G.,Ostonen, I., Mander, U., L?hmus, K.,Rosenvald,K., Kriiska, K., Soosaarb, K., (2018). The carbon balance of a six-year-old Scots pine (Pinus sylvestris L.) Forest Ecology Management 2019. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.11.012