土壤剖面CO2通量研究很多，但這些監測并不足以解釋土壤CO2生產過程，土壤剖面CO2梯度監測系統研究越來越成為土壤呼吸乃至生態系統碳循環研究的熱點。土壤不同層面（深度）CO2生產的持續監測對于理解土壤CO2動態極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節、光...
土壤表層CO2通量研究很多，但這些監測并不足以解釋土壤CO2生產過程，土壤剖面CO2垂直梯度研究越來越成為土壤呼吸乃至生態系統碳循環研究的熱點。土壤不同層面（深度）CO2生產的持續監測對于理解土壤CO2動態極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。
土壤垂直梯度CO2監測可以與廣泛使用的渦動相關監測比較，從而定量研究分析生態系統的碳交換。
目前土壤梯度有2種方法:
1、把CO2傳感器直接埋入土壤.分梯度監測各層濃度分布，使用簡單，有2種精度的傳感器可選擇，
GMP343和GMP22X系列：
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| GMP343 | GMP22X |
| 測量方法： | 擴散式和泵吸式 | 擴散式和泵吸式 |
| 測量范圍： | 0 ... 1000 ppm, 0 ...2 000 ppm | GMP221探頭 0 ... 2 %, 0 ... 3 %, 0 ... 5 %, 0 ... 10%, 0 ... 20 % CO2 |
| 精度: | 0 ... 1000 ppm ：± (3 ppm + 1 %的讀數) 0 ... 2000 - 0 ... 2 % ：± (5 ppm + 2 %的讀數) | ±(1.5％量程＋2.0%讀數） |
| 工作溫度: | -40~60°C | -20~60°C（探頭） |
| 工作濕度: | 0~ | 0~ |
| 外殼: | 電鍍鋁，PC 塑料 IP66/IP67 | PC 塑料 IP66/IP67 |
2、使用紅外分析儀在線多層分析土壤濃度數據
系統優點:
v 使用一個分析儀分析多層數據,沒有系統誤差
v 可以更換其他測量要素分析儀,如果:N2O,CH4等梯度測量內容,更靈活的實驗
v 精度高,使用維護簡單.整機比土壤呼吸系統簡潔方便使用
CO2/H2O分析儀技術指標
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| CO2分析器 | H2O分析器 | |||
| 量程 | 0~20,000 μmol/mol | 0~60 mmol/mol | |||
| 準確度 | 優于讀數的1% | 優于讀數的1.5 % | |||
| 校準漂移 | 零點漂移 | <0.15 μmol/mol/℃ | <0.003 mmol/mol/℃ | ||
| 跨度漂移 | <0.03 %/℃ | <0.03 %/℃ @ 10 mmol/mol | |||
| 總漂移 | <0.4 μmol/mol/℃ @ 370 μmol/mol | <0.009 mmol/mol/℃ @ 10 mmol/mol | |||
| RMS噪聲 | 1 s信號過濾 | <1 μmol/mol@370 μmol/mol | <0.01 mmol/mol@10 mmol/mol | ||
| 靈敏度 | CO2 | —— | <0.0001 mmol/mol H2O/ μmol/mol CO2 | ||
| H2O | <0.1 μmol/mol CO2/ m mol/mol H2O | —— | |||
| 測量原理 | 非色散紅外分析 | 光源壽命 | ~18,000 h | ||
| 標準 | CO2 | 世界氣象組織標準 | 電源 | 12~30 V DC | |
| H2O | LI-610便攜式發生器NIST標準 | ||||
| 壓力補償范圍 | 15~115 kPa | 工作溫度范圍 | -20~45℃ | ||
| *大氣流速率 | 1 L/min | 相對濕度范圍 | 0~95%（非冷凝) | ||
| 輸出信號 | 2個模擬電壓輸出，2個電流輸出 | 體積 | 22.2 L×15.3 W×7.6 H cm | ||
| 數字輸出：TTL（0~5 V）或開集電路 | 重量 | 1 kg | |||
| 內部光腔體積 | 14.5mL | 電源要求 | 12~30 V DC，預熱時為14 W，穩定時為3.6W | ||
根據菲克**定律(Fick’s first law)，在（穩態擴散的情況下）單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質流量（稱為擴散通量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）即根據該定律求出，具體計算公式為：
J= -D(dC/dx)
其中D為CO2在土壤中的擴散系數(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)，C為深度為x（單位為m）的CO2濃度，dC/dx為濃度梯度，“–”號表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散由高濃度區向低濃度區擴散。
系統的特點：
1、非擾動原位持續測量土壤剖面CO2、水分、溫度（標準配置為3-8層可選），可通過菲克**定律求出土壤CO2通量（土壤呼吸），從而實現連續穩定原位監測土壤呼吸。
2、土壤三參數智能傳感器，測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）測量表層土壤呼吸，可用于補充、校準或對比分析土壤剖面CO2梯度測量數據。
4、無線數據傳輸，可隨時上網在線瀏覽、下載數據。
5、交流蓄電池供電或太陽能供電。
主要技術指標：
1、土壤水分測量：
· 測量范圍0-體積含水量，度±1%，重復精度±0.2%，；
· 土壤溫度測量范圍：-40℃～70℃，測量精度：±0.2℃
2、土壤CO2測量：非色散單束雙波長紅外技術（NDIR），測量范圍0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm、0-20000 可選，精度±1.5%，響應時間3妙；
3、標配16通道數據采集器（可選配32通道以監測3層以上的CO2濃度、土壤水分及土壤溫度等）：
· 可存儲220000組帶時間戳的數據，16比特分辨率，± 20 mV up to ± 2.5 V 8范圍輸入，度0.03%；
· 測量間隔3秒至4小時可調，數據平均間隔3秒至4小時；
4、無線數據傳輸，通過軟件終端瀏覽、下載數據，并可對數據進行統計分析。
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