LysiCosm 碳氮水耦合循環(huán)過程監(jiān)測系統(tǒng)
一、 應(yīng)用
生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)過程研究已經(jīng)從單個的、獨(dú)立過程研究轉(zhuǎn)向碳氮水耦合循環(huán)過程機(jī)理的探索。
于貴瑞 王秋鳳 方華軍 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)過程的基本科學(xué)問題、理論框架及研究方法 第四紀(jì)研究 2014，34（04）：683-698 |
LysiCosm 碳氮水耦合循環(huán)過程監(jiān)測系統(tǒng)基于國際上生態(tài)系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)的應(yīng)用需求，及澳作公司十多年控制型蒸滲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研制了可同步觀測碳、氮、水耦合循環(huán)過程的LysiCosm，助力生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)研究，及氣候變化下生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)過程和機(jī)理研究。
二、系統(tǒng)組成
LysiCosm 碳氮水耦合循環(huán)過程監(jiān)測系統(tǒng)由痕量溫室氣體分析儀
/痕量氣體同位素分析儀、
iChamber多功能自動箱、
SoilScope控制型土柱等組成，實(shí)現(xiàn)地上溫室氣體排放、地下土壤水文過程同步觀測。
三、系統(tǒng)功能
1、澳作研發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品iChamber多功能自動箱能維護(hù)測量點(diǎn)的小氣候與大田一致。在測量時升起、結(jié)束后落下，減少對測量點(diǎn)的降水、光照、風(fēng)等影響。
常規(guī)的自動箱測量面積小，往往數(shù)據(jù)不具代表性，iChamber測量面積大，可覆蓋土柱表面，使土壤表面排放通量與土壤剖面水文參數(shù)具備可比性，實(shí)現(xiàn)同步觀測。
尺寸：0.1 - 2平米，可定制
高度：0.5 - 2米 ，可定制
2、該系統(tǒng)可同步觀測多種氣體通量，部分氣體分子組合如下（可根據(jù)科研需要，提供近百種氣體組合）：
1）N2O、CO2、NH3、O3、CO、H2O
2) N2O、CO2、CH4、COS、CO、H2O
3）NO、NO2、H2O
4) N2O、CO2、CH4、CO、C2H6、H2O
5) HONO、HNO3、H2O
3、該系統(tǒng)還可同步觀測多種氣體同位素通量，部分氣體同位素組合如下：
1）N2O、15N14N16O、 14N15N16O、 14N14N18O
2）CH4 13CH4、CH3D
3）CO2、13C-CO2、17O-CO2、18O-CO2
4、該系統(tǒng)采用的Aerodyne閉路氣體分析儀檢測限可達(dá)ppt級，可自動全量程校準(zhǔn)和零點(diǎn)校準(zhǔn)，滿足痕量氣體如N2O等的測量精度要求。
15N14N16O、 14N15N16O、 14N14N18O 和13CH4同步觀測
 |
5、技術(shù)活性鈍化裝置可顯著提高粘性氣體分子如NH3、HONO等的響應(yīng)時間，實(shí)現(xiàn)粘性氣體和非粘性氣體的同步觀測，如 N2O、CO2、NH3、O3、CO、H2O
同步觀測。
慣性顆粒物分離裝置，能有效減少顆粒物附著，確保兩次采樣不會交叉污染。
6、LysiCosm控制型土柱具備邊界層控制能力，確保柱體內(nèi)的水分、水勢梯度與大田一致。
柱體布設(shè)在大田的設(shè)計(jì)，確保柱體溫度與大田一致。
LysiCosm即可用于原位觀測，也可做控制實(shí)驗(yàn)，其數(shù)據(jù)可擴(kuò)展到大田尺度。
LysiCosm 控制型土柱體布設(shè)在大田 |
四、技術(shù)指標(biāo)
該系統(tǒng)測量氣體分子1s及100s測量精度、響應(yīng)時間如下：
常見痕量溫室氣體：
| 參數(shù) | N2O | CH4 | CO2 | NH3 | H2O | COS | NO | NO2 | HONO |
| 精度 1s | 0.03ppb | 0.1ppb | 100ppb | 40ppt | 10ppm | 0.005ppb | 0.15ppb | 0.03ppb | 0.21ppb |
| 精度 100s | 0.01ppb | 0.25ppb | 25ppb | 10ppt | 5ppm | 0.002ppb | 0.15ppb | 0.01ppb | 75ppt |
| 測量范圍 | 0-10000ppb | 0-10000ppb | 0-5000ppm | 0-10000ppb | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm |
| 響應(yīng)時間 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 |
含C氣體同位素：
| 參數(shù) | δ13CH4 | δCH3D | δ13CH4 | CO2 | δ13C | δ18O |
| 精度 1s | 3‰ | 30‰ | 1‰ | 25ppb | 0.1‰ | 0.03‰ |
| 精度 100s | 1‰ | 30‰ | 1‰ | 10ppb | 0.03‰ | 0.03‰ |
| 測量范圍 | 3‰ | 30‰ | 1‰ | 25ppb | 0.1‰ | 0.1‰ |
| 響應(yīng)時間 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 |
含N氣體同位素：
| 參數(shù) | NH3 | δ15N14N16O（δ15Nα） | δ14N15N16O（δ15Nβ） | δ14N14N18O（δ18O） |
| 精度 1s | 40ppt | 0.1‰ | 0.03‰ | 8‰ |
| 精度 100s | 10ppt | 1‰ | 1‰ | 2‰ |
| 測量范圍 | 0-10000ppb | 300~30000ppb | 300~30000 | 300~30000 |
| 響應(yīng)時間 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 |
四、技術(shù)應(yīng)用
歐盟TERENO項(xiàng)目，用蒸滲筒采集原狀土柱，并轉(zhuǎn)運(yùn)至氣候條件不一樣的地點(diǎn)，以模擬氣候變化，同時應(yīng)用Aerodyne激光痕量氣體監(jiān)測儀監(jiān)測土壤中痕量溫室氣體的排放過程。
除氣候變化外，項(xiàng)目還增加了耕作方式、灌溉方式等因子對痕量溫室氣體排放的影響，以研究痕量溫室氣體排放的影響機(jī)制。
文獻(xiàn)：蒸滲儀在草原土壤水平衡和氮素淋失研究中的應(yīng)用-氣候和管理對德國山地草原土壤水平衡和氮素淋失的影響
Gasche R et al. Impacts of climate and management on water balance and nitrogen leaching from montane grasslａnd soils of S-Germany. Environmental Pollution, 2017.
行走式土壤自動箱順序在18個蒸滲土柱上測量N2O、CH4和H2O。
自動箱內(nèi)配置了紅光，藍(lán)光光源，可模擬不同太陽光照下，土壤痕量溫室氣體的排放過程。
Aerodyne激光痕量溫室氣體監(jiān)測儀在中心軟件控制下自動循環(huán)測量18個蒸滲土柱的痕量溫室氣體排放?；谥屑t外激光直接吸收光譜技術(shù)（TILDAS），時間分辨率高達(dá)10 Hz，多反腔(Astigmatic Multipass Absorption Cells）提供的長達(dá)76m或400m的光程，檢測限達(dá)ppt級。
此項(xiàng)目造價高，占地大。LysiCosm 碳氮水耦合循環(huán)過程監(jiān)測系統(tǒng)基于同樣的技術(shù)，單個柱體獨(dú)立測量，系統(tǒng)可模塊化擴(kuò)展，大大降低了單個柱體的觀測成本，用戶可根據(jù)科研經(jīng)費(fèi)分步建造。
LysiCosm是國內(nèi)外監(jiān)測體積的溫室氣體通量、氣體同位素通量監(jiān)測系統(tǒng)，觀測精度和觀測面積處于水平。
