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
升级会员 