前言

ACE土壤呼吸監(jiān)測(cè)技術(shù)由英國ADC公司根據(jù)呼吸室法研制，ACE土壤呼吸監(jiān)測(cè)儀（簡稱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)量儀和開放式測(cè)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(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是目前世界上可*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

ü碳收支平衡研究，為碳交易提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源

ü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

ü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

ü對(duì)土壤呼吸的影響因子及調(diào)控機(jī)制進(jìn)行研究

ü不同作物或耕作類型或殺蟲劑對(duì)土壤呼吸的影響

ü微生物生態(tài)學(xué)

ü土壤污染的恢復(fù)研究

ü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)

l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)，無需額外配置計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，無需管路連接等復(fù)雜耗時(shí)的安裝過程

l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

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(cè)量

l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）

l高精度、高靈敏度CO₂分析儀，分辨率為1ppm

l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

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(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)

l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

lCO₂：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

lPAR：0-3000μmol m^-2 s^-1硅光電池

l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

l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

l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，探頭總長207mm；可接多達(dá)4個(gè)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(dú)立主機(jī)，不需要PC/PDA

l數(shù)據(jù)紀(jì)錄：2G移動(dòng)存儲(chǔ)卡（SD），可存儲(chǔ)800萬組以上數(shù)據(jù)

l電源供應(yīng)：外部電池、太陽能板或風(fēng)力供應(yīng)，12v、40Ah蓄電池長可持續(xù)供電28天，僅網(wǎng)絡(luò)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(jiān)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(diǎn)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(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

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(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

選配技術(shù)方案

1)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

2)可選配土壤氧氣測(cè)量模塊

3)可選配高光譜成像以評(píng)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(duì)呼吸影響

5)可選配ECODRONE®無人機(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

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