前言

ACE自動(dòng)土壤呼吸測(cè)量?jī)x由英國(guó)ADC公司根據(jù)呼吸室法研制，ACE土壤呼吸監(jiān)測(cè)儀（簡(jiǎn)稱ACE）由可自動(dòng)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(gè)完整緊湊的野外監(jiān)測(cè)儀器，有封閉式測(cè)量?jī)x和開放式測(cè)量?jī)x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(cè)量方法技術(shù)，可定點(diǎn)全自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)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(dòng)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)卡中，12V 40Ah蓄電池可在野外連續(xù)監(jiān)測(cè)近1個(gè)月時(shí)間。

ACE自動(dòng)土壤呼吸測(cè)量?jī)x是目前世界上惟一可長(zhǎng)期放置在野外進(jìn)行土壤呼吸監(jiān)測(cè)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(cè)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(lái)源
• 與氣候變化數(shù)據(jù)相結(jié)合，研究溫室氣體排放對(duì)氣候變化的影響
• 與渦度相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合，對(duì)通量變化做出合理解釋
• 對(duì)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(duì)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(chǎng)土壤呼吸狀態(tài)研究

工作原理

ACE采用兩種測(cè)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(cè)量原理：開始測(cè)定前呼吸罩自動(dòng)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(gè)高精度的CO₂紅外氣體分析器（IRGA）。每隔10s對(duì)呼吸室的氣體進(jìn)行分析，在測(cè)量結(jié)束后通過(guò)分析數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算土壤表面通量（土壤呼吸值）。

2：開放式測(cè)量原理：開始測(cè)量前呼吸罩自動(dòng)關(guān)閉，測(cè)量過(guò)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(cè)量泵入和泵出氣體的CO₂濃度差Δc，自動(dòng)計(jì)算出通量值。

功能特點(diǎn)

• 高度集成、全自動(dòng)化、一體式土壤呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)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(dòng)，無(wú)需額外配置計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，無(wú)需管路連接等復(fù)雜耗時(shí)的安裝過(guò)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(cè)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(cè)量低矮草本或禾苗群落碳通量，或用于測(cè)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(gè)土壤溫度傳感器，4個(gè)土壤水分傳感器，以監(jiān)測(cè)不同剖面土壤水分與溫度
• 供電方式可從太陽(yáng)能、蓄電池、220V交流電中三選一
• 可購(gòu)買多個(gè)ACE進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，可選配幾個(gè)透明呼吸室和幾個(gè)非透明呼吸室用于監(jiān)測(cè)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(dòng)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(shí)間快
• CO₂：測(cè)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(cè)量范圍：-20-50℃，可接多達(dá)6個(gè)土壤溫度探頭
• 土壤水分探頭SM300：測(cè)定范圍0-100vol%；精度3％（針對(duì)土壤進(jìn)行標(biāo)定后）；測(cè)量土體范圍：55mm x 70mm；可接多達(dá)4個(gè)土壤水分探頭
• 土壤水分探頭Theta：測(cè)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(zhǎng)，探頭總長(zhǎng)207mm；可接多達(dá)4個(gè)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(dòng)存儲(chǔ)卡（SD），可存儲(chǔ)800萬(wàn)組以上數(shù)據(jù)
• 電源供應(yīng)：外部電池、太陽(yáng)能板或風(fēng)力供應(yīng)，12v、40Ah蓄電池長(zhǎng)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(guò)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(duì)土壤呼吸時(shí)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(guó)

選配技術(shù)方案

• 可選配多個(gè)ACE進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，與ACE MASTER主機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)方案
• 可選配土壤氧氣測(cè)量模塊
• 可選配高光譜成像以評(píng)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(duì)呼吸影響
• 可選配ECODRONE®無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進(jìn)行時(shí)空格局調(diào)查研究

部分參考文獻(xiàn)

• K. Krištof, T. Šima*, L. Nozdrovický 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.
• 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.
• 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.
• 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 
• 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.
• 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”.
• 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) 
• Uri, V., Kukumägi, M. Aosaar, J.,Varik, M., Becker, H., Auna, K., Krasnova, A.,Morozova, G.,Ostonen, I., Mander, U., Lõhmus, 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.