根據(jù)世界氣象組織WMO溫室氣體公報(bào)（第18期，2022/10/26），世界平均地表CO2、CH4和N2O的濃度持續(xù)增高，其中CO2為415.7±0.2 ppm，CH4為1908±2 ppb，N2O為334.5±0.1 ppb。

現(xiàn)有溫室氣體觀測(cè)方法包括遙感衛(wèi)星的柱濃度測(cè)量、大氣本底濃度測(cè)量、城市高塔大氣濃度測(cè)量、渦度相關(guān)通量觀測(cè)、近地面大氣廓線測(cè)量、土壤溫室氣體通量測(cè)量、地基傅里葉變換光譜法遙測(cè)等。

對(duì)于更高時(shí)空分辨率的地表測(cè)量需求，如近地表溫室氣體泄漏監(jiān)測(cè)、特定區(qū)域溫室氣體排放強(qiáng)度評(píng)估、衛(wèi)星遙感溫室氣體數(shù)據(jù)驗(yàn)證等，都需要?jiǎng)?chuàng)新的觀測(cè)技術(shù)和方法。

目前，遙感衛(wèi)星可用于大氣柱濃度溫室氣體的測(cè)量，結(jié)合使用高塔和無人機(jī)觀測(cè)，可以對(duì)區(qū)域尺度的溫室氣體排放進(jìn)行評(píng)估。其中，由于無人機(jī)溫室氣體觀測(cè)具有機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，可以幫助研究者們獲取更高時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù)，成為衛(wèi)星遙感和定點(diǎn)高塔觀測(cè)數(shù)據(jù)的有益補(bǔ)充。
衛(wèi)星、飛機(jī)和無人機(jī)的典型測(cè)量范圍 

圖源/ Bing Lu等，2020

前人的部分工作包括：在固定翼飛機(jī)上（SkyArrow ERA，意大利Magnaghi Aeronautica S.p.A.公司）搭載LI-7500 二氧化碳和水汽分析儀（Gioli B等，2006，2007；Carotenuto F等，2018），測(cè)量大氣邊界層的CO2通量以及估算點(diǎn)源CO2釋放強(qiáng)度；搭載LI-7700甲烷分析儀（Gasbarra D等，2019），研究垃圾填埋場(chǎng)的CH4排放。

LI-7500應(yīng)用于Sky Arrow ERA 測(cè)量平臺(tái) 圖源/trevesgroup.com
近些年來，隨著激光光譜技術(shù)的進(jìn)步，光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)（OF-CEAS）脫穎而出。這種新技術(shù)在極大提高測(cè)量精確度（詳見下文的說明）的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光腔縮小的目標(biāo)。如LI-COR推出了系列高精度溫室氣體分析儀，光腔體積只有6.41cm3，極大縮短了測(cè)量響應(yīng)時(shí)間——小于2秒；另外這種技術(shù)能耗低，僅為22w，兩節(jié)鋰電支持8個(gè)小時(shí)的測(cè)量。重量也僅有10.5kg，非常適合在無人機(jī)上使用。
為滿足新興科研需求，北京力高泰科技有限公司與天津飛眼無人機(jī)科技有限公司合作，共同開發(fā)出了機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái)。

采用光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)（OF-CEAS），高精度測(cè)量N2O、CH4、CO2濃度，適合移動(dòng)式大氣濃度測(cè)量。

• 2018年推出LI-7810高精度CH4、CO2、H2O分析儀LI-7815高精度CO2、H2O分析儀
  

• 2020年推出LI-7820高精度NO2、H2O分析儀

• 2023年推出LI-7825高精度CO2同位素、NH3分析儀

測(cè)量平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)

• 溫室氣體測(cè)量響應(yīng)時(shí)間（T10-T90）：≤2s

• 測(cè)量精度：CO2:  0.04ppm@400ppm（5s數(shù)據(jù)平均）CH4:  0.25ppb@2000ppb（5s數(shù)據(jù)平均）

  N2O:  0.20ppb@330ppb（5s數(shù)據(jù)平均）

  
  

  LI-7825精度δ13C 1秒信號(hào)平均為 < 0.5 ‰；5分鐘信號(hào)平均為0.04 ‰δ18O5分鐘信號(hào)平均為 < 0.1 ‰@400 ppmδ17O5分鐘信號(hào)平均為 < 0.4 ‰@400 ppm

• 起飛重量：45kg

• 工作時(shí)間：>45分鐘

• 標(biāo)準(zhǔn)巡航速度：8m/s

• max巡航速度：15m/s

• 抗風(fēng)能力：max5級(jí)風(fēng)

• 使用環(huán)境：-20℃~45℃；可小雨中飛行

• 測(cè)量高度：0-2000m

應(yīng)用案例

A Pilot Experiment

使用機(jī)載高精度CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái)，研究某工業(yè)園區(qū)的溫室氣體排放。

測(cè)量期間假設(shè)：（1）工業(yè)園區(qū)處于不間斷的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)；（2）飛行測(cè)量期間大氣條件穩(wěn)定；（3）大氣邊界層內(nèi)溫室氣體和氣象條件的垂直變化遠(yuǎn)大于水平變化；（4）測(cè)量高度的溫室氣體與空氣混合充分，且以平流為主。

根據(jù)以上條件，飛行需要滿足的低度應(yīng)大于粗糙度子層（通過風(fēng)溫濕廓線確定，或估算為研究區(qū)內(nèi)建筑物平均高度的3倍），并位于近地層內(nèi)。無人機(jī)應(yīng)盡量保持勻速運(yùn)動(dòng)并平穩(wěn)飛行，俯仰角不大于5°，橫滾角不大于20°，盡量保持與地面的相對(duì)高度穩(wěn)定（仿地飛行）。需要在大氣邊界層湍流發(fā)展顯著的時(shí)間段開展測(cè)量，一般為上午10:00至下午4:00。同時(shí)，為了盡可能減少垂直輸送方向上的誤差，風(fēng)速以2-3級(jí)為宜，避免在陰天、雨天等不利氣象條件下開展監(jiān)測(cè)。

采用基于控制體積的質(zhì)量守恒法對(duì)園區(qū)開展走航式測(cè)量，此方法也稱為自上而下排放強(qiáng)度反演算法（Top-down Emission Rate Retrieval Algorithm, TERRA）。根據(jù)對(duì)園區(qū)不同高度監(jiān)測(cè)斷面的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算得到東西南北四個(gè)斷面的平流通量以及垂直向上的溫室氣體排放強(qiáng)度。

飛行中的機(jī)載高精度CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái)

樣地與方法

Materials and Methods

該樣地平均海拔1400m，年降雨量小于300mm，主導(dǎo)風(fēng)向偏西風(fēng)。在2022年12月進(jìn)行試飛。主要進(jìn)行兩方面測(cè)量：（1）背景樣地大氣CH4、CO2濃度垂直廓線；（2）沿工業(yè)園區(qū)外圍飛行，測(cè)量垂直大氣方向上CH4和CO2濃度。另外，飛行過程中會(huì)同步采集風(fēng)向、風(fēng)速、空氣溫濕度、大氣壓強(qiáng)、經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔信息等。

測(cè)量航跡

原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制QA/QC

采用滑動(dòng)均值濾波方法對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，對(duì)大于5倍測(cè)量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的點(diǎn)位，標(biāo)記為異常值并剔除，用線性插值方法進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)。一個(gè)測(cè)量架次，如果異常數(shù)據(jù)超過30%，標(biāo)記為無效測(cè)量，需要重新補(bǔ)測(cè)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Results

背景樣地大氣廓線
就CO2而言，飛行上升過程測(cè)量的CO2濃度要低于在下降過程中測(cè)量的濃度。在飛行上升過程中，近地面測(cè)得的CO2濃度高，約為715mg/m3；隨著測(cè)量高度的攀升，CO2濃度存在下降的趨勢(shì)，在1900m至2000m時(shí)，CO2濃度降低至約680mg/m3。在下降過程中，2000-1900米區(qū)間內(nèi)存在一個(gè)小高峰，濃度約為800mg/m3，約1600m-1700m之間存在一個(gè)峰值，濃度約為900mg/m3。
CO2 大氣廓線

CH4 大氣廓線
就CH4而言，飛行上升過程測(cè)量的CH4濃度要略低于在下降過程中測(cè)量的濃度。近地表的CH4濃度高，約為1.24mg/m3。隨著高度增加，CH4濃度下降，在2020米左右時(shí)，CH4濃度降至1.16 mg/m3。
工業(yè)園區(qū)在園區(qū)南部，測(cè)量得到3處高CO2濃度區(qū)，一處距離地表75-100m處，濃度約為495ppm；第二處距地面175-200m處，濃度約為505ppm；第三處距地面100-125m，濃度約為520ppm。CH4數(shù)據(jù)類似，距離地面100-125m處，存在CH4高濃度區(qū)域，濃度約3794.35ppb。
CO2數(shù)據(jù)的空間網(wǎng)格化
CH4數(shù)據(jù)的空間網(wǎng)格化
排放強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)標(biāo)量守恒方程和散度定理，認(rèn)為控制體積內(nèi)的質(zhì)量變化與通過控制體積表面的綜合質(zhì)量通量相等?？梢酝ㄟ^在排放源周圍構(gòu)建控制體積，在忽略大氣沉降的情況下，對(duì)控制體積四個(gè)表面和上表面進(jìn)行通量計(jì)算，然后進(jìn)行積分，最終獲得排放控制體積內(nèi)部的排放強(qiáng)度。數(shù)據(jù)顯示，該工業(yè)園的CO2的排放強(qiáng)度約為12.539 kg/s ± 0.640 kg/s；CH4排放強(qiáng)度為 21.521 g/s ±3.424 g/s。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

Conclusions

使用機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái)，結(jié)合數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)μ囟▍^(qū)域的溫室氣體排放強(qiáng)度進(jìn)行定量評(píng)估。
參考文獻(xiàn)

【1】世界氣象組織溫室氣體公報(bào) - 第18期

【2】Bing Lu, Phuong D. Dao, Jiangui Liu, Yuhong He, Jiali Shang. 2020. Recent advances of hyperspectral imaging technology and applications in agriculture. Remote Sensing 12(16): 1-44.

【3】Carotenuto F, Gualtieri G, Miglietta F, et al. Industrial point source CO 2 emission strength estimation with aircraft measurements and dispersion modelling[J]. Environmental monitoring and assessment, 2018, 190: 1-15.

【4】Gasbarra D, Toscano P, Famulari D, et al. Locating and quantifying multiple landfills methane emissions using aircraft data[J]. Environmental Pollution, 2019, 254: 112987.

【5】Gioli B, Miglietta F, Vaccari F P, et al. The Sky Arrow ERA, an innovative airborne platform to monitor mass, momentum and energy exchange of ecosystems[J]. 2006.

近幾十年來，北極氣溫上升超過全 球平均氣溫的兩倍，且在2100年以前，可能會(huì)增加2-8℃。近年來野火頻繁發(fā)生和蔓延，它以不同的方式干擾著生態(tài)系統(tǒng)，包括破壞地上和地下植物生物量以及通過改變C、N和P有效性改變土壤性質(zhì)。在高緯度地區(qū)苔原火災(zāi)的頻率和范圍與氣候條件有關(guān)，火災(zāi)事件的增加與夏季變干變暖有關(guān)。氣候變化會(huì)改變北極無冰區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤和大氣之間CH4，CO2和N2O的交換。大約一半的全 球土壤C沉積在北極中，氣候變化和野火增加會(huì)導(dǎo)致大量C釋放到大氣中，影響全 球C收支，導(dǎo)致氣候正反饋。同時(shí)也有研究表明，野火會(huì)導(dǎo)致排水良好的針葉林土壤中CH4吸收速率增加。然而，野火對(duì)苔原生態(tài)系統(tǒng)C和N循環(huán)的短期和長(zhǎng)期影響理解匱乏，且尚不清楚野火對(duì)苔原生態(tài)系統(tǒng)土壤CH4，CO2和N2O通量的影響。

近幾十年來，北極氣溫上升超過全 球平均氣溫的兩倍，且在2100年以前，可能會(huì)增加2-8℃。近年來野火頻繁發(fā)生和蔓延，它以不同的方式干擾著生態(tài)系統(tǒng)，包括破壞地上和地下植物生物量以及通過改變C、N和P有效性改變土壤性質(zhì)。在高緯度地區(qū)苔原火災(zāi)的頻率和范圍與氣候條件有關(guān)，火災(zāi)事件的增加與夏季變干變暖有關(guān)。氣候變化會(huì)改變北極無冰區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤和大氣之間CH4，CO2和N2O的交換。大約一半的全 球土壤C沉積在北極中，氣候變化和野火增加會(huì)導(dǎo)致大量C釋放到大氣中，影響全 球C收支，導(dǎo)致氣候正反饋。同時(shí)也有研究表明，野火會(huì)導(dǎo)致排水良好的針葉林土壤中CH4吸收速率增加。然而，野火對(duì)苔原生態(tài)系統(tǒng)C和N循環(huán)的短期和長(zhǎng)期影響理解匱乏，且尚不清楚野火對(duì)苔原生態(tài)系統(tǒng)土壤CH4，CO2和N2O通量的影響。

結(jié)  果

2017-2019年試驗(yàn)期間，火燒前后的氣體通量（a）NEE，（b） GEP，（c）ER，（d）CH4和（e）N2O。

8-2019年原位土壤吸收率和土壤含水量之間的關(guān)系（a）以及原位ER率和土壤溫度之間的關(guān)系（b）。

結(jié)  論

該文研究了實(shí)驗(yàn)火燒對(duì)北極生態(tài)系統(tǒng)GHG交換的即時(shí)和短期影響。整個(gè)研究期間，火燒地上植被，該區(qū)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2源。在燃燒區(qū)，凈CO2釋放增加主要與光合活性與ER立即增加有關(guān)。即使與增溫相結(jié)合，盡管OTCs顯著提高了1℃，燃燒區(qū)光合活性和生態(tài)系統(tǒng)呼吸均無增加。雖然實(shí)驗(yàn)和相對(duì)低強(qiáng)度的火燒對(duì)地面是一種破壞力，但火燒后對(duì)地下性質(zhì)和季節(jié)與年際過程變化的影響有限，這是由天氣條件驅(qū)動(dòng)的。因此，在排水良好的北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中，低強(qiáng)度火燒對(duì)地下相關(guān)溫室氣體過程（如CH4和N2O的消耗和產(chǎn)生）的影響可以忽略不計(jì)。總之，環(huán)境和增溫條件下土壤對(duì)CH4凈吸收的變化主要受土壤含水量控制?；馃龑?duì)植被的破壞和隨后的無機(jī)N沖刷并沒有對(duì)普遍較低的N2O排放產(chǎn)生假設(shè)的刺激作用，但火燒后N2O通量立即顯著下降。然而，在過去的1年和2年里，無論有無增溫，N2O通量都沒有受到火燒的影響。在排水良好的北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中，以CO2當(dāng)量通量計(jì)算的總GHG收支強(qiáng)調(diào)了火燒后CO2排放的主要貢獻(xiàn)。因此，典型火燒長(zhǎng)期影響的一個(gè)重要因素是植物恢復(fù)的速度及其對(duì)CO2的吸收。在本研究中，作者研究了具有淺有機(jī)層的排水良好的苔原中典型火燒的影響。許多野火會(huì)造成輕度和高度嚴(yán)重燃燒區(qū)，特別是在泥炭形成較深的生態(tài)系統(tǒng)中，這可能會(huì)對(duì)凈溫室氣體收支產(chǎn)生更大的影響。因此，需要進(jìn)一步研究高強(qiáng)度火燒對(duì)北極苔原以及其他北極生態(tài)系統(tǒng)三種溫室氣體通量的影響。

上一講中，我們提到，土壤水分特征曲線的“濕端”：0至-240kPa，可通過HYPROP2進(jìn)行JZ測(cè)量。當(dāng)土壤樣品水勢(shì)低于-240kPa時(shí)，該如何測(cè)量呢？

METER公司研發(fā)制造的WP4C露點(diǎn)水勢(shì)儀（量程0至-300Mpa），高準(zhǔn)度測(cè)量低于-240kPa的土壤水勢(shì)，尤以“干端”的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

WP4C把土壤樣品封閉在一個(gè)測(cè)量室內(nèi)，紅外溫度傳感器一直監(jiān)測(cè)土壤樣品溫度。在土壤樣品上方，設(shè)計(jì)有一個(gè)冷鏡，冷鏡溫度在逐漸下降過程中，逐漸達(dá)到露點(diǎn)溫度。當(dāng)測(cè)量室內(nèi)土壤樣品和上方空氣達(dá)到完全平衡后，我們可根據(jù)這兩個(gè)溫度數(shù)據(jù)，得到某一平衡時(shí)刻樣品上方空氣的相對(duì)濕度，利用該相對(duì)濕度數(shù)據(jù)計(jì)算土壤樣品水勢(shì)。

接下來，力高泰衛(wèi)星海工程師將為您詳細(xì)講解：WP4C露點(diǎn)水勢(shì)儀的具體使用和測(cè)量注意事項(xiàng)。

內(nèi)容提要

●WP4C由哪些硬件組成？

●如何進(jìn)行WP4C校準(zhǔn)？

●WP4C的幾種測(cè)量模式：

   F快速測(cè)量模式

   PJZ測(cè)量模式

   C連續(xù)測(cè)量模式

●土壤樣品的實(shí)測(cè)操作？

●如何對(duì)WP4C進(jìn)行清潔維護(hù)？

春天來了，萬物復(fù)蘇，又到了做實(shí)驗(yàn)的季節(jié)。北京力高泰科技有限公司為您準(zhǔn)備了線上系列產(chǎn)品交流活動(dòng)。第三系列是助力「碳中和」的溫室氣體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，針對(duì)溫室氣體的定點(diǎn)式（高塔/大氣本底）和移動(dòng)式（肩背、車載、機(jī)載等）測(cè)量，以及土壤/水體表面的溫室氣體通量監(jiān)測(cè)，為大家做了深入詳細(xì)介紹。

LI-COR土壤溫室氣體通量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅包括原始數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，還包括通量數(shù)據(jù)的在線計(jì)算和之后的重計(jì)算。

2021年，LI-COR發(fā)布了土壤N2O/CH4/CO2通量專業(yè)計(jì)算軟件——SoilFluxProTM5.2，下面是該軟件的一些主要特點(diǎn)。

■ 數(shù)據(jù)變量一目了然

不僅是土壤溫室氣體通量，整套系統(tǒng)每個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，用戶可根據(jù)需要顯示在列表中。

■ 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算

根據(jù)需要選擇變量，軟件自動(dòng)統(tǒng)計(jì)變量平均值、最大值、最小值和標(biāo)準(zhǔn)差。

■ 替換錯(cuò)誤Chamber溫度數(shù)據(jù)

Chamber溫度是通量計(jì)算的重要中間變量。當(dāng)某些通道的Chamber溫度傳感器數(shù)據(jù)異常時(shí)，能將同期其他通道采集的Chamber溫度數(shù)據(jù)對(duì)其重新賦值。

■ 實(shí)現(xiàn)對(duì)所有變量的重計(jì)算

軟件內(nèi)嵌多種計(jì)算公式，方便對(duì)所有變量的數(shù)據(jù)重計(jì)算。針對(duì)之前測(cè)量系統(tǒng)中的EC-5、ML3土壤水分含量傳感器、8150-203溫度傳感器，定制開發(fā)了重計(jì)算模塊（詳見下圖）。

■ 精益求精的通量計(jì)算

重新核對(duì)所有相關(guān)參數(shù)：有效避免了測(cè)量時(shí)的誤輸入（如土壤面積、Chamber Offset）、計(jì)算時(shí)長(zhǎng)選擇不合理等導(dǎo)致的計(jì)算偏差。

■ 36通道數(shù)據(jù)做圖對(duì)比

同時(shí)顯示36個(gè)通道的數(shù)據(jù)，直觀對(duì)比。

■ 生成Google Earth能識(shí)別的.KML文件

這一功能將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為.KML格式，方便使用Google Earth軟件直觀呈現(xiàn)。

Google Earth直觀成圖

■ 內(nèi)嵌SoilFluxProTM計(jì)算模塊的測(cè)量系統(tǒng)

野外部署的測(cè)量系統(tǒng)，內(nèi)嵌SoilFluxProTM計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)查看最終通量和詳細(xì)過程數(shù)據(jù)。

為幫助廣大科研工作者更好的使用該軟件，力高泰技術(shù)部資深工程師朱曉偉將于本周五（4月8日）上午10:00-11:00，為大家詳細(xì)講解該軟件的功能、使用和案例數(shù)據(jù)分析。

詳情如下：

專題內(nèi)容

第四期

2022年4月8日（星期五）

上午10:00-11:00

土壤溫室氣體通量數(shù)據(jù)質(zhì)量把控與專業(yè)分析軟件SoilFluxPro 5.2詳解

識(shí)別下方二維碼，添加力高泰在線咨詢微信號(hào)，工作人員會(huì)邀請(qǐng)您進(jìn)群。參會(huì)詳情我們會(huì)在群內(nèi)發(fā)布。熱烈歡迎廣大溫室氣體、“碳中和”研究領(lǐng)域的老師和同學(xué)們參會(huì)~

2018年7月，LI-COR發(fā)布了新型痕量氣體分析儀——LI-7810高精度CH₄、CO₂、H₂O分析儀以及LI-7815高精度CO₂、H₂O分析儀。時(shí)隔兩年，LI-COR痕量氣體測(cè)量家族即將又添新成員——LI-7820高精度N₂O/H₂O分析儀。無疑，這將在生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體監(jiān)測(cè)研究中發(fā)揮重要作用。

LI-7820高精度N₂O/H₂O氣體分析儀

采用光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)（OF-CEAS），LI-7820分析儀高精度測(cè)量N₂O/H₂O濃度，適合移動(dòng)式（機(jī)載、車載或肩背）大氣濃度測(cè)量。另外，LI-7820還兼具體積小、質(zhì)量輕、功耗低的特點(diǎn)，配合Smart Chamber便攜式智能測(cè)量室或是LI-8250多通道土壤溫室氣體通量測(cè)量系統(tǒng)，LI-7820可用于準(zhǔn)確評(píng)估土壤或水體表面的N₂O溫室氣體通量。

LI-7820移動(dòng)式大氣N₂O/H₂O測(cè)量

LI-7820整合多通道土壤溫室氣體通量測(cè)量系統(tǒng)LI-8250，用于土壤N₂O通量測(cè)量

主要特征

響應(yīng)時(shí)間（T10-T90）：≤2s，0-330ppb

測(cè)量精確度：0.2ppb@330ppb（5s數(shù)據(jù)平均）

量程：0-100ppm

工作溫度：-25℃到45℃

總質(zhì)量（包括電池）：10.5kg

穩(wěn)態(tài)功耗：22W@25℃，8小時(shí)超長(zhǎng)待機(jī)

應(yīng)用領(lǐng)域

土壤溫室氣體通量測(cè)量

水體表面溫室氣體通量測(cè)量

大氣溫室氣體濃度調(diào)查

城市生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放

溫室氣體聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)

接下來，我們會(huì)對(duì)LI-7820高精度N₂O/H₂O氣體分析儀跟蹤報(bào)道，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注我們的推送。

——全自動(dòng)多通道土壤CH₄/CO₂通量測(cè)量系統(tǒng)研究案例

數(shù)據(jù)質(zhì)量直接關(guān)系到科研的重要發(fā)現(xiàn)與結(jié)論。為了讓廣大用戶熟練使用儀器，確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，力高泰技術(shù)部于9月4日上午10:30-11:30，舉辦了在線儀器交流沙龍第8期——全自動(dòng)多通道土壤CH₄/CO₂通量測(cè)量系統(tǒng)研究案例。

主題：全自動(dòng)多通道土壤CH₄/CO₂通量測(cè)量系統(tǒng)研究案例

時(shí)間：2020年9月4日（星期五） 上午10:30-11:30

主持人：賈子毅；徐粒

技術(shù)部團(tuán)隊(duì)：衛(wèi)星海、高紅艷、武海月、徐群

全自動(dòng)多通道土壤CH₄/CO₂通量測(cè)量系統(tǒng)研究案例

植物光合生理研究中，常需要做一些“定制化”的實(shí)驗(yàn)：如模擬自然界波動(dòng)的光環(huán)境、溫度環(huán)境或是CO₂環(huán)境等，探索植物是如何適應(yīng)這些環(huán)境變化的。這種控制實(shí)驗(yàn)很有意義，如有研究表明，農(nóng)作物葉片適應(yīng)光環(huán)境的速度決定了其產(chǎn)量的高低。

LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)，會(huì)“預(yù)置”一些常用的自動(dòng)測(cè)量程序，如光響應(yīng)曲線Light-Curve、二氧化碳響應(yīng)曲線A-Ci Curve等。但是當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)變得更復(fù)雜時(shí)，這些“預(yù)置”自動(dòng)測(cè)量程序就無法滿足相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)需求。

LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)

從1.4版本開始，LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)，加入了用戶自定義測(cè)量（Backgroud Programs，簡(jiǎn)稱BP）新功能，這使得LI-6800的測(cè)量能力kong前提升！可以說，只要有實(shí)驗(yàn)idea，BP就能為您實(shí)現(xiàn)！

BP是Background Programs的縮寫，中文譯名為“用戶自定義測(cè)量程序”。它由用戶在測(cè)量前進(jìn)行定義，可由一個(gè)或多個(gè)程序組成，目標(biāo)是自動(dòng)執(zhí)行用戶“定制化”的測(cè)量任務(wù)。BP已經(jīng)超越了現(xiàn)有AutoPrograms（自動(dòng)測(cè)量程序）的功能：AutoPrograms可以實(shí)現(xiàn)的，BP都可以實(shí)現(xiàn)；AutoPrograms無法實(shí)現(xiàn)的，BP依然可以實(shí)現(xiàn)。BP有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）用戶可根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建自己的BP；（2）靈活性——所有無法通過AutoPrograms完成的任務(wù)，都可以嘗試使用BP去做；（3）簡(jiǎn)單易用——模塊化圖形界面編程環(huán)境，就像在搭積木；（4）多個(gè)BPs可同時(shí)運(yùn)行；（5）BP的本質(zhì)是Python文件。

下面，就請(qǐng)跟隨祝介東工程師，詳細(xì)了解BP功能的具體操作。今天是DY講：“波動(dòng)”環(huán)境下的植物光合測(cè)量——以CO₂為例。

CO2和CH4排放增加是全 球變暖的主要原因（IPCC，2013），人類活動(dòng)導(dǎo)致大約44%和60%的CO2和CH4排放到大氣中。人類活動(dòng)如攔河筑壩干擾濕地的結(jié)構(gòu)和功能，引發(fā)大量土壤CO2和CH4排放。然而，目前對(duì)濕地水庫(kù)CO2和CH4排放及其碳同位素特征的影響機(jī)制知之甚少。

基于此，為了填補(bǔ)研究空白，在本研究中，來自云南大學(xué)和中科院武漢植物園的研究團(tuán)隊(duì)在三峽消落區(qū)原位條件下調(diào)查了4個(gè)海拔梯度（即不同淹水狀態(tài)）（>175 m，160–175 m，145–160 m和＜147 m）飽和和排干狀態(tài)下CO2和CH4排放模式及其碳同位素特征，以及相關(guān)的控制因子。他們作出了如下假設(shè)：1）由于淹水下優(yōu)勢(shì)植物種的轉(zhuǎn)變，土壤條件（例如土壤基質(zhì)質(zhì)量，土壤水分和溫度）的變化將會(huì)改變CO2排放以及CO2的δ13C值；2）CH4排放模式及其同位素特征對(duì)淹水更敏感，反映了土壤厭氧環(huán)境的增加；3）不同淹水狀態(tài)下（例如飽和和排干狀態(tài)下）將會(huì)導(dǎo)致酶表達(dá)和微生物屬性的改變，進(jìn)而極大影響CO2和CH4排放。

圖1 重慶忠縣研究區(qū)位置（a）；三峽消落區(qū)采樣地衛(wèi)星圖像及沿海拔梯度詳細(xì)的靜態(tài)通量室放置圖（b）。

作者于2017年6-8月測(cè)量了土壤/水大氣界面CO2和CH4的交換率。利用ABB LGR CO2同位素分析儀分析CO2的濃度及δ13C，并利用ABB LGR甲烷碳同位素分析儀分析CH4的濃度及δ13C。

【結(jié)果】高海拔地區(qū)CO2排放明顯較高，飽和狀態(tài)和排干狀態(tài)之間差異顯著。相比之下，在整個(gè)觀測(cè)期，高海拔地區(qū)（41.97 μg CH4 m-2 h-1）平均CH4排放量高于低海拔地區(qū)（22.73 μg CH4 m-2 h-1）。從飽和狀態(tài)到排干狀態(tài)，低海拔CH4排放降低了90%，在高海拔增加了153%。與低海拔和高地相比，高海拔CH4的δ13C更富集，飽和狀態(tài)比排干狀態(tài)更貧化。作者發(fā)現(xiàn)土壤CO2和CH4排放與土壤基質(zhì)質(zhì)量（例如，C:N）和酶活性密切相關(guān)，而CO2和CH4的δ13C值分別主要與根呼吸和產(chǎn)甲烷細(xì)菌活性有關(guān)。具體而言，飽和和排干狀態(tài)對(duì)土壤CO2和CH4排放的影響強(qiáng)于水庫(kù)海拔的影響，從而為評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)碳中和的影響提供了重要依據(jù)。

不同海拔下土壤CO2排放的周平均值以及整個(gè)非淹水期土壤CO2排放量。

不同海拔下CH4排放的周平均值以及整個(gè)非淹水期土壤CH4排放量。

土壤飽和和排干狀態(tài)下不同海拔CO2（a）和CH4平均排放量（b）。

【結(jié)論】三峽水庫(kù)消落區(qū)土壤CO2和CH4排放及其碳同位素特征的變化受周期性淹水的強(qiáng)烈影響，可以確定其CO2和CH4的源/匯強(qiáng)度。與高地相比，消落區(qū)土壤環(huán)境適宜，酶活性較高，土壤基質(zhì)質(zhì)量較低，因此CO2排放量較高。土壤呼吸CO2的δ13C值進(jìn)一步證實(shí)了，基質(zhì)質(zhì)量和酶活性變化是CO2排放的主要貢獻(xiàn)者。隨著高地CH4吸收，消落區(qū)CH4累積排放量從低海拔到高海拔地區(qū)增加?；贑H4的δ13C值，作者得到的初步結(jié)論是飽和狀態(tài)下較高的CH4排放以較強(qiáng)的厭氧環(huán)境中乙酸鹽裂解過程為特征。因此，結(jié)果強(qiáng)調(diào)了攔河筑壩引發(fā)了周期性淹水，導(dǎo)致土壤質(zhì)量、酶表達(dá)和微生物利用C的策略，以及甲烷氧化過程的轉(zhuǎn)變，潛在的改變了CO2和CH4排放及其碳同位素特征。

土壤-植物-大氣連續(xù)體上的水勢(shì)梯度 圖源/METER

土壤水分含量和土壤水勢(shì)是描述土壤水分的兩個(gè)重要概念，它們與土壤水分運(yùn)動(dòng)、植物水分利用、植物生理響應(yīng)密切相關(guān)。METER公司的Chris Chambers將從基本概念出發(fā)，為您詳細(xì)講解土壤水分的相關(guān)知識(shí)。

內(nèi)容提要

●土壤水分含量和土壤水勢(shì)基本概念

●土壤質(zhì)量含水量、土壤容重、土壤體積含水量的關(guān)系

●土壤水勢(shì)的四個(gè)組分

●土壤、植物、大氣連續(xù)體上的水勢(shì)梯度

●田間持水量和永 久萎蔫點(diǎn)

●土壤機(jī)械組成（粒徑分布）和土壤水分含量、土壤水勢(shì)的關(guān)系

●土壤水分特征曲線

數(shù)據(jù)質(zhì)量直接關(guān)系到科研的重要發(fā)現(xiàn)與結(jié)論。為了讓廣大用戶熟練使用儀器，確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，力高泰技術(shù)部于8月21日上午10:30-11:30，舉辦了在線儀器交流沙龍第6期，和大家一起分享了如何測(cè)量葉片的CO_?響應(yīng)曲線（A-Ci Curve）。

主題：如何測(cè)量葉片的CO_?響應(yīng)曲線（A-Ci Curve）？

時(shí)間：2020年8月21日（星期五） 上午10:30-11:30

主持人：高紅艷

技術(shù)部團(tuán)隊(duì)：徐群；武海月；劉美玲

如何測(cè)量葉片的CO_?響應(yīng)曲線（A-Ci Curve）？

Q&A環(huán)節(jié)