一、箱式法技術(shù)

生態(tài)系統碳氮水交換研究不僅可用于精確測定生態(tài)系統的碳氮水收支，而且有助于改善區域和全球的碳循環(huán)、氮循環(huán)、水平衡模型以及預測生態(tài)系統對全球變化的響應和適應，監測碳氮源、匯的變化，為評估生態(tài)系統的固碳能力及物質(zhì)通量變化提供基礎數據。

  生態(tài)系統碳交換測量方法有三種：渦度相關(guān)（(eddy covariance)）、測樹(shù)學(xué)(biometry)和箱式法(chamber methods)。渦度相關(guān)法可連續、直接地測定生態(tài)系統尺度的凈碳交換，但不能直接區分總初級生產(chǎn)（GPP）和生態(tài)系統呼吸（Re），且場(chǎng)地要求嚴格，在某些氣象條件和時(shí)間段不可用。

箱式法作為一種簡(jiǎn)單、快捷的觀(guān)測手段，通過(guò)遮光、排除植物或其地上部分等實(shí)驗手段，能夠對低矮植被的凈生態(tài)系統碳交換（NEE）、生態(tài)系統呼吸、土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）進(jìn)行直接觀(guān)測。

大量的研究發(fā)現渦度相關(guān)法、測樹(shù)學(xué)法和箱式法在測量生態(tài)系統碳收支時(shí)結果差異很大。例如東北林大王興昌團隊通過(guò)分析文獻數據，發(fā)現EC法測定的NEP平均比測樹(shù)學(xué)法高25%，而EC法測定的的Re比箱式法低10%。

增大箱式法的箱體尺寸，集渦度相關(guān)法和箱式法于一體，在同樣的尺度上對比研究，成為探究三種測量技術(shù)結果差異的途徑之一。

二、箱式法尺度

王迎紅等通過(guò)長(cháng)期野外觀(guān)測土壤溫室氣體的實(shí)驗得出，農田生態(tài)系統宜使用65 cm × 65 cm × 90 cm的中大型采樣箱，草地生態(tài)系統宜采用40 cm × 40 cm × 25 cm的中型采樣箱^[1]，生態(tài)系統的交換需要比觀(guān)測土壤氣體更大的箱體。

早期箱式法采用靜態(tài)箱，因間歇式低頻人工觀(guān)測結果隨機誤差大、時(shí)間代表性差的問(wèn)題，后來(lái)出現了自動(dòng)開(kāi)閉的自動(dòng)箱。

自動(dòng)箱有2種，一種測量時(shí)覆蓋地表，測量完成后自動(dòng)移動(dòng)到側面，對測點(diǎn)無(wú)遮擋，但這種自動(dòng)箱面積小、高度低，一般只能用于測量裸地的土壤呼吸，測量覆地的草本生態(tài)系統時(shí)因面積小代表性差。另外一種是帶框架的自動(dòng)箱，不測量時(shí)無(wú)法打開(kāi)，會(huì )影響測量點(diǎn)的氣體擴散，影響測量精度。

自動(dòng)箱底面積小、高度低

                                  帶框架的自動(dòng)箱 無(wú)法打開(kāi)(來(lái)自網(wǎng)絡(luò ))

iChamber 群落自動(dòng)箱是澳作公司擁有自主知識產(chǎn)權、自主研發(fā)、國內生產(chǎn)的產(chǎn)品，集六項設計于一體，的無(wú)框架、無(wú)立柱設計，高度隨植物生長(cháng)可調、面積可達1平米、高度2米，可用于生態(tài)系統碳交換在線(xiàn)測量。

  S120型iChamber面積1M2（直徑1.2M），高度2.0米，可測量灌木、苗木，用于森林、濕地、荒漠植被等生態(tài)系統交換測量。

S62型iChamber面積0.3M2（直徑0.62M），高度1.1米，用于農田生態(tài)系統，帶植被的濕地、荒漠生態(tài)系統，帶藤曼、灌木的草地、城市生態(tài)系統。

                                S35型iChamber面積0.08M2（直徑0.35M），高度0.5米，用于草地生態(tài)系統。

三、iChamber自動(dòng)箱特點(diǎn)

    箱式法測量交換量有穩態(tài)和非穩態(tài)2種測量模式^[2]，穩態(tài)法因氣體調節復雜，只用于面積小、高度低的箱體，一般用于測量土壤呼吸；非穩態(tài)測量技術(shù)通過(guò)單位時(shí)間內透明箱內氣體濃度變化計算凈交換量。

因箱效應對測量精度的影響隨著(zhù)箱體高度增大可明顯降低，所以在線(xiàn)測量?jì)艚粨Q量要采用面積大的高箱體。

iChamber生態(tài)系統碳氮水交換在線(xiàn)測量系統在傳統的自動(dòng)箱技術(shù)上，進(jìn)行了如下改進(jìn)：

1、 箱體高度超過(guò)冠層

測量時(shí)，箱體自動(dòng)升高，可達2米，可超過(guò)植被冠層，測量結束后，箱體高度自動(dòng)下降。未測量時(shí)，測點(diǎn)和大田微氣候條件一致，箱體不改變測點(diǎn)的環(huán)境因子，無(wú)需象靜態(tài)箱法定期更換測量地點(diǎn)。

2、 箱體高透光，直接測量?jì)艚粨Q量

透明箱體采用高透光率材料，測量時(shí)不影響植被的光合過(guò)程。也可選用非透明箱體只測量呼吸過(guò)程。因iChamber生態(tài)系統碳氮水交換在線(xiàn)測量系統可全時(shí)、自動(dòng)測量，透明箱體可在夜間自動(dòng)測量呼吸過(guò)程，確保觀(guān)測數據的連續性。

四、多組分氣體分析儀特點(diǎn)

SoilGAS多組分氣體通量監測系統，氣體分析儀采用激光光譜技術(shù)，通過(guò)激光波長(cháng)掃描氣體分子的吸收線(xiàn)，獲取分子的高分辨率吸收光譜，來(lái)測量氣體組分和濃度。 測量速度快，且精度高。

五、系統設計

   SoilGAS 地上多組分氣體通量監測系統由氣體分析儀、iChamber自動(dòng)箱、多路控制器等組成，可在線(xiàn)、連續測量多個(gè)小區的土壤CO₂、CH₄、N₂O、H₂O排放通量。系統布設圖如下：

六、技術(shù)參數

1、自動(dòng)箱尺寸：

面積1M2（直徑1.2M）高度2.0米；

面積0.3M2（直徑0.62M）高度1.1米；

面積0.08M2（直徑0.35M）高度0.5米

2、升降高度：隨植物長(cháng)高自動(dòng)調節

3、呼吸罩類(lèi)型：透光/不透光可選

4、氣體測量原理：激光吸收光譜

5、氣體濃度范圍及精度

CO₂：0-10000ppm，CH₄：0-100ppm N₂O：0-100ppm  H₂O:0-5%

檢測精度：CO₂≤0.15ppm，CH₄≤10ppb N₂O≤10ppb  H₂O≤1ppm

產(chǎn)地: 中國 澳作公司