640009土壤呼吸室利用手册.docx
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640009土壤呼吸室利用手册
6400-09
土壤呼吸室
利用说明书
LI-COR,inc.
EnvironmentalDivision
4421SuperiorStreet
.Box4425
Lincoln,NE68504USA
Telephone:
402-467-3576
FAX:
402-467-2819
Toll-free6.&Canada)
e-mail
URL:
Copyright1997,LI-COR,Lincoln,NebraskaUSA
第一章.概述
背景知识1-1
预防事项1-5
参考文献1-5
第二章.安装土壤呼吸室
概述2-1
把土壤呼吸室连接到气体分析器头部2-3
第三章.软件
利用土壤呼吸室前对OPEN的设置3-1
创建配置文件3-1
执行土壤呼吸室配置文件3-1
土壤呼吸室的配置3-2
OPEN的主菜单3-2
校准菜单[CalibMenu]3-2
测量模式下[NewMeasurements]功能键设置3-2
测量变量汇总3-4
自动测量程序[Autoprograms]3-6
第四章.测量
利用土壤隔离环的测量操作4-2
不利用土壤隔离环的测量操作4-2
测量操作步骤4-2
PositiontheAirSupplyManifold4-2
CheckHoseConnections4-3
MeasurementProcedure4-4
第五章.保护
SparePartsKit5-1
SoilTemperatureProbe5-1
MakingSoilCollars5-2
ZeroingtheIRGAs5-3
ZeroingtheIRGAWhileAttachedtotheSoilCO2FluxChamber5-3
SettingtheIRGASpan5-3
第六章.公式引用
附录A.仪器性能参数
背景知识
土壤中的CO2要紧来源于根呼吸,有机物腐臭及土壤微生物活动。
雨水也会产生直接的阻碍棗一方面是通过填充土壤中的间隙(增加土壤表面的CO2通量);另一方面是通过与土壤中的石灰质彼此作用;另外,雨水本身溶解的CO2也会在土壤中释放出来。
因此,土壤CO2通量取决于土壤温度,有机质含量,水分饱和度及许多空间变量;它对压力的波动超级灵敏。
密闭的腔体在压到土壤表面时将致使显著的压力转变。
土壤水蒸气和腔室头部对空气的加热也会致使气压增大。
6400-09土壤呼吸室是透气的,因此腔体内外的气压是动态平稳的。
利用腔室系统测量土壤CO2通量取决于腔室中CO2浓度。
图1-1显示了在测量进程中随着腔室顶部CO2浓度升高CO2通量的典型转变。
Healyet.al.(1996)利用的气体扩散分析数字化模型来评估腔室顶部浓度对估量土壤CO2通量的阻碍。
他们发觉腔室对土壤气体浓度梯度产生和干扰将致使低估土壤CO2通量真实值(30分钟的测量进程,低估的比例为6~34%)。
开始测量之前,第一测量土壤表面CO2浓度。
一旦安装土壤腔室后,苏打管选钮旋至完全SCUBER状态以抽提CO2。
关闭气泵后,腔室内CO2浓度慢慢上升(Figure1-2)。
通过CO2浓度达到环境水平常,数据被记录下来。
软件计算环境浓度时的通量,测量能够循环多次(Figure1-3).
Figure1-1.不同CO2浓度下的土壤CO2流量
图1-3.(A).一个测量周期里的时刻序列。
通过抽气减少流入腔室的CO2气体,从而内部的CO2浓度低于环境浓度。
当气泵关闭后,由于土壤呼吸,CO2会升高。
在这时期,对土壤中的CO2流量进行计算,得出了CO2的流量回归函数。
(B).在测量周期的最后时期,通过CO2流量回归情形计算出在设定(定环境)浓度下的最终的土壤呼吸值。
预防事项
●维持土壤呼吸室遮荫,以避免升温。
●若是测量点周围没有林冠,风吹动时会使得土壤呼吸室泄压口处产动气压波动,从而致使测量值不稳固。
6400-09土壤呼吸室泄压口处设计有挡风盖来减少以上阻碍;可是,为求测量数据更准确,最好在起风环境下用物体为土壤呼吸室挡风。
●降雨事后表层土将会变得饱和,土壤表面会形成一薄层阻挡气体扩散,在此饱和层下面CO2浓度升高。
当把土壤呼吸室下部边缘压入土壤时,会把饱和层破坏,在基层积存的CO2气体随之向外散逸,这将致使测量出来的土壤呼吸初值高于真实值两倍有多。
假设在降雨前安放好土壤隔离环,通常能减少测量时安放土壤呼吸室对饱和层所造成的破坏;尽管如此,在安放土壤呼吸室时需要超级警惕,以避免造成土壤隔离环移位。
2安装土壤呼吸室
安装6400-09前,气体分析室手柄必需卸下。
1.脱下热电偶插须。
接着,需要卸下连接在叶室下部的塑料气管,并把它抽出;换上结尾封锁的塑料管(如图2-3),连接到匹配阀上。
图2-3.结尾封锁的塑料管
2.拔下记数按键(利用土壤呼吸室时,无需利用记数按键)。
若是记数按键的电线藏在气体分析器底盖里,那么此进程需要把底盖卸下。
图2-4.卸下记数铵键。
n卸下气体分析器底盖步骤(必要时):
a.把气体分析器翻转过来,卸下三颗十字螺丝,如图2-5所示。
图2-5.脱下气体分析器底盖上的三个十字螺丝。
b.必要时,需要卸下塑料管倒钩。
现在,将能够把塑料管倒钩下的底盖脱出来。
在此进程需要警惕操作,以避免损坏底盖下的电路板。
假设把塑料管倒钩卸下时,需要记录下样本室与参比室进气管的位置,其中,样本室进气管上套有黑色胶。
c.掏出连接记数按键的电线。
d.从头装上气体分析室底盖。
操作时切勿损坏内部的电路连接。
3.接脱下手柄:
a.通过顺时针方向旋转松紧螺丝,把手柄与叶室上部份开(如图2-6)。
图2-6.顺时针方向旋转松紧螺丝。
b.合上手柄,并套上胶圈,以避免手柄活动。
不然有可能损坏手柄里的开关。
c.旋下手柄下方用于固定的两颗螺丝(如图2-7),部份产品是三颗。
注意,别丢失了其中的垫片。
图2-7.旋下手柄下部螺丝。
4.脱下叶室上半部份。
a.第一需要脱下PAR感应器的接口,或上LED光源的接口(依如实际的仪器连接情形)。
b.脱下在叶室上半部份后方活页的两颗螺丝(如图2-8所示)。
图2-8.脱下活页上的两颗螺丝。
c.在分析器两旁的风扇别离由四颗螺丝固定。
松开其中一颗,然后把光源后插座固定在上面(如图2-9)。
图2-9.把光源插座固定在风扇上。
5.脱下叶室下半部份。
叶下半部份是通过8颗内六角螺丝固定于分析器底座上,如图2-10所示。
用5/64’’内六角起子(配件包中配备),把8颗内六角螺丝旋下,就能够够掏出叶室下半部份。
图2-10.旋下8颗内六角螺丝。
6.利用上一步骤旋下的8颗内六角螺丝,把土壤呼吸室固定块装到叶室下半部份的位置。
土壤呼吸室固定块的正确安装方向如图2-11所示。
注意在分析器底座上的密封垫片(如图2-11),它是能够重复利用的;要确保它一直粘在分析器底座上。
在安装土壤呼吸室固定块进程中,密封垫有能够移位,大伙儿需要细心地调整好它的位置。
然后,把8颗内六角螺丝上紧。
在旋紧8颗螺丝时,不要一次性上紧,刚开始时,只需上至不掉下即可,然后旋紧其对角位置上那一颗螺丝。
如此一一把8颗螺丝上紧。
目的是让8螺丝均匀受力。
图2-11.装上土壤呼吸室固定块。
7.确保所有的“O”形圈都在相应的位置上,如图2-12所示。
图2-12.“O”形圈及内六角螺丝安装位置图。
8.用四颗内六角螺丝(利用5/64’’内六角匙),把6400-09主体部份与先前安装好的固定块连接起来。
四颗内六角螺丝别离位于固定块的四个角上(如图2-13)。
图2-13.连接6400-09主体部份到固定块上。
9.插上热电偶。
10.用“U”管把分析器底部的样本室与参比室连接起来,如图2-14。
图2-14.把隔间栓连接于样本室与参比室进气口之间
11.把进气管连接到6400-09上,第四章中“检查气路连接”中有详细介绍。
接上IRGA连接线。
12.把6400-13热电偶转换器安装到6400主机的辅助口是;然后把土壤温度探针连接到转换口上。
整个安装进程到此完成。
3软件
在OPEN操作系统中为土壤呼吸测量进行相应的配置
进行土壤呼吸测量前,OPEN或以上版本要求成立并执行相应的配置程序。
创建土壤呼吸室配置文件
1.在OPEN系统主菜单下进入Config菜单。
2.在Installation菜单当选择"6400-09SoilChamber"。
3.当显现"Presstocontinue"提示时,按Enter键。
4.接着将会显示一个配置文件窗口,题目为"TheConfig(press)",现在按Escape键。
5.当提示"Storethisconfiguration?
"时,按Y。
6.标准文件对话框显现,默许文件名为"SoilChamber",存贮途径为"/User/Configs/UserPrefs"。
能够依照需要对文件名"SoilChamber"进行编辑,然后按Enter键。
接着系统进行文件复制;复制完成后将显现提示,现在按Enter键,就能够够终止配置文件创建操作。
执行土壤呼吸室配置
1.进入Config菜单
2.在Reset菜单当选择"ResettoUserConfiguration"。
3.显现可选项后,选择"SoilChamber"(该配置名称为前面第6步成立的配置文件名)。
以后利用土壤呼吸室时,在启动LI-6400时显现选择配置文件提示时,选择"SoilChamber"即可。
土壤呼吸室配置文件
这部份将介绍创建土壤呼吸室配置文件后对LI-6400软件的改变。
OPEN's主菜单
主菜单原先显示的"LI-6400PhotosynthesisSystem"将改成"LI-6400SoilCO2EffluxSystem"。
校准菜单(CalibMenu)
校准菜单只有以下三个选项供选择:
"IRGAZero(CO2S,H2OS)"
"IRGASpan"
"View,StoreZeros&Spans"
第一个选项,是进入IRGA调零,而现在仅对样本室IRGA进行操作。
第二个选项,是对IRGA进行标准距校准。
第三个选项的功能与光合作用测量环境下的功能是相同的。
在运行土壤呼吸室配置文件后,需要进入在气体互换测量模式下的校准菜单,进入Filer,选择"/Sys/Open/CalibMenu"途径,通过方向键选择需要的项目,然后按X键,就能够执行相应的程序。
测量菜单(NewMeasurements)功能键的改变
在土壤呼吸室配置文件运行后,以下功能键将会被屏闭:
"MATCH"(功能键第1行,F5)。
由于土壤呼吸室只需利用样本室IRGA,因此匹配功能失去意义。
"(功能键第2行,F1)
"FLOW="(功能键第2行,F2)
"Mixer"(功能键第2行,F3)
"Lamp"(功能键第2行,f5)
"STOMRAT"(功能键第3行,f2)
在土壤呼吸测量模式下,系统将显现以下新功能键,或对应的功能改变:
"AUXOPParams"(功能键第3行,f2)。
这是为三个辅助操作参数提供提示:
"ExtraDrawDown(ppm)"-Drawdownbeyondthewindowminimum.(参见3-5页,#31)。
"DeadTime(secs)"–抽提后测量临时停止的时刻,用于稳固。
(参见3-5页,#316)。
"MinMeasureTime(secs)"–测量期间必需持续的最小时刻。
(参见3-5页,#317)。
"AREA="(功能键第3行,f1)。
面积的默许值为cm2,这是利用土壤呼吸室时的土表面积。
在利用土壤隔离环时,那个面积需要改成大一些(典型值为80cm2),这是依照所利用的土壤隔离环的大小来确信。
"PromptALL"(功能键第3行,f5).为用户在提示常量清单中设定的常量给出提示。
默许的常量为插入土壤深度及描图点(plot#),这是可能由用户自行概念的(提示操纵在配置菜单中“ConfigMenu”进行设置)。
"Target="(功能键第7行,f1)。
设定目标浓度值,即环境CO2浓度的初始值。
而delta为差值,即若是设TARGET为340ppm,delta为10ppm,那么上限为350ppm,下限为330ppm。
当浓度达到350ppm时,泵打开,抽提CO2达330ppm以下。
如此反复循环。
"Cycles="(level7,f2).选取循环次数。
"Start"(level7,f3),启动测量循环。
"Obs"(level7,f4).选取测量期间存储在记录文件中的数据,包括:
0)Off关闭
1)IntermediateObsOnly仅记录中间观测值
2)FinalResultsOnly仅记录最后结果
3)Everything记录所有
在测量循环期间,LI-6400每秒计算一个观测值。
包括基于前秒CO2改变速度计算而得的CO2呼吸通量。
循环终止后,FinalResults最后的结果由CO2浓度转变与CO2通量的回归,并计算目标值时的CO2呼吸通量速度。
一样情形下,您仅需要存储最后的结果,只是其他选项也能够选择。
"Depth="(level7,f5):
深度,许诺您概念腔室的插入深度。
这是重要的,因为阻碍系统的体积。
插入深度是腔室边缘距土壤顶部的距离。
(#305,page3-5)『咱们一样设置2cm』
Examples:
若是腔室插入土壤3cm,插入深度为3。
若是利用土壤垫圈,边缘离土壤为1cm,插入深度设为-1。
变量参数UserVariables
ThesoilCO2fluxconfigurationdefinesanumberofuservariablesandconstants.
ID#
Label
Description
300
dC/dt
RunningaverageofdC/dt(umol/mol/s)overthepreviousseconds
301
dW/dt
RunningaverageofdW/dt(mmol/mol/s)overthepreviousseconds
302
C2avg
CO2appropriateforRsoil(#320)
Mode=3:
RunningaverageofCO2(umol/mol)overpreviousseconds
Mode=4:
TargetCO2
303
Wavg
RunningaverageofH2O(mmol/mol)overpreviousseconds
304
Vtot
Actualsystemvolume(cm3),accountingforinsertiondepth
*305
InsDpth
Insertiondepth(cm)
306
dc'/dt
RateofchangeofCO2densitycorrectedforevaporation(seeTable6-1,page6-3)
*307
Vbase
Totalvolume(cm3)at0insertiondepth
310
Mode
Operatingmode(0,1,2,3,or4)
0-off
1-drawingCO2downto(target-delta-extra)
2-waitingtogetupto(target-delta)andfordeadtimetoexpire
3-measuring
4-finalresult(justreachedtarget+delta)andmin.measuretimehasexpired
311
Smpls
#obsofslopesorfluxrates
312
ProgramStatus
ShowsModelabels
313
Target
TargetCO2umol/mol
314
Delta
CO2Deltaumol/mol
*315
ddMargin
Extradrawdown(ppm)
*316
DeadTime
Deadtimeafterpumpoff
*317
MnMsrTme
Minimummeasurementtime
*318
NumCycles
Max#ofcycles
320
EFFLUX
SoilCO2EffluxRateumol/m2/s
IfMode=3:
Observation
IfMode=4:
Finalresult
321
RHcmbr%
RHinsoilchamber%,basedonTsch_C
322
Tsoil_C
SoilTempC,basedonsoiltempprobe.
323
RHirga%
IRGARH,basedonTair(insamplecell).
324
Tsch_C
SoilChamberAirTempC(measuredwith'leaftemp'thermocouple)
330
R(C)m
Slopeofdc'/dtvsCO2(validwhenMode=4)
331
R(C)b
Offsetofdc'/dtvsCO2(validwhenMode=4)
*Indicatesaconstantthatcanbeincludedinthepromptlist(PromptControlintheConfigMenu).Thepromptlistcanbetriggeredby"PromptALL"(level3,f5)and/orcanbemadetotriggeratthestartofameasurement.
自动测量程序(AutoPrograms)
创建土壤呼吸室配置文件后,将会新增了一项自动测量程序"SoilEffluxvsCO2",保留在系统以下目录中:
/user/configs/AutoProgs"。
自动测量程序在给出目标值范围后,就会自动进行测量操作。
4
测量
在完成土壤呼吸室的安装,及创建相应配置文件后,以下将介绍在土壤表面进行土壤呼吸测量的步骤。
有两种不同的方式进行土壤呼吸测量。
能够把6400-09土壤呼吸室直接插到土壤中进行测量,或把6400-09土壤呼吸室套在土壤隔离环上进行测量。
是不是把土壤呼吸室直接插到土壤中进行测量,有以下几点需要考虑:
l在测量前不安装土壤隔离环,能够扩大抽样。
l当把土壤呼吸室直接插到土壤中,通常会致使必然量的CO2渗透到土壤中。
因此,插入土壤呼吸室后,需要等待至少30分钟才能开始测量。
l直接插入到土壤中,会破坏土壤表面的结构。
与直接把土壤呼吸室插入到土壤中相较,利用土壤隔离环有以下几点优势:
l假设在测量前几小时或几天前把土壤隔离环安放到相应的测量点,那么由其对土壤带来的破坏能够忽略。
l利用土壤隔离环,能够在同一个地址重复测量。
利用土壤隔离环的测量操作
土壤隔离环应该在测量前的几小时,乃至更早一点安放在测量点。
与此可作一个对照测量,观看在插入土壤隔离环后,土壤气体流量是不是稳固。
注意,不管如何,土壤表面呼吸情形与一天不同时刻有关,日夜循环转变能够是专门大的。
在利用土壤隔离环时,同时需要注意幸免土壤呼吸室底部边缘对土壤表面产生破坏。
可是,土壤呼吸室需要尽可能接近土壤表面,以便在土壤呼吸室内的气流能够充分混和表面的气体。
这能够通过调整制动环的高度来使土壤呼吸室尽可能切近土表。
同时,需要在制动环与土壤隔离环之间加上一个海绵气垫,来减少漏气。
利用了厂家提供的土壤隔离环时,土壤面积应设为80cm2。
不利用土壤隔离环的测量操作
土壤呼吸室应缓缓地放到土壤表面,然后使劲压到相应的固定点,此进程不要旋转呼吸室。
旋转土壤呼吸室会破坏土壤表面,并使得土壤呼吸室内壁与土壤之间产生间隙,以致土壤中的CO2散逸。
土壤表面在开始测量前刹时,不该该受到破坏。
假设需要对土壤表面清理、整平,那么需要提早预备好;最好是提早几个小时,如此能减少阻碍,一天以上,那么带来的阻碍几乎能够略掉。
测量操作
1.定位好气体供给歧管Manifold
上下调整土壤呼吸室内手下方的气体供给歧管,使其离土壤表面距离为1-2cm,不管测量中是不是利用土壤隔离环,如此能保证由IRGA过来的气体取得相当好的混和。
2.检查气管连接
连接LI-6400与6400-09之间的整体供气管排列如图4-1所示。
注意,其中一条连接土壤呼吸室的胶管上缠有黑色橡胶,它应该连接到LI-6400主机侧面的样本室与参比室进气口,那个地址需要用一条“Y”形管把原先的样本室与参比室进气口连接起来。
另外一条连接土壤呼吸室的胶管到LI-6400主机采气口(标有Inlet)。
3.测量操作步骤
完成上面操作后,那么能够按以下步骤进行测量:
1.确信土壤表面的CO2浓度。
把土壤呼吸室靠近土表,观看LI-6400显示的土壤呼吸室内CO2浓度(CO2S)。
2.把6400-09安放在测量点。
把土壤温度探针插入到土壤必然深度(一样为5至10cm),,并靠近土壤呼吸室。
3.进入测量菜单。
设定CO2浓度目标值"Target"及转变范围"delta"(功能键第7行,f1).。
前面第1步测量取得的土表CO2浓度作为目标值,并选择一个适应研究需要的转变范围。
关于低流速,delta值能够为5或10ppm;假设流速相对较高,那么需要把delta适当增大。
4.输入土壤呼吸室插入土壤的深度"depth"单位为cm(功能键第7行,f5)。
深度可通过测量呼吸室底部得出。
若是是把土壤呼吸室直接插入到土壤中,那么应该在1至cm,这取决于土壤类型及制动环的定位情形(如图4-2a)。
若是利用了土壤隔离环,那么应该输入负数,深度为土壤呼吸室底部边缘与土表之间的距离,单位为cm(如图4-2b)。
图4-2.判定土壤呼吸室插入的深度。
5.输入在该测量点循环测量(Cycles)的重复次数(功能键第7行,f2)。
6.选择数值记录方式:
记