土壤生物化學過程溫室氣體（CO₂和δ¹³C等）產生與輸送是生態系統評價的關鍵過程參數。需要解決土壤生物化學過程CO₂和δ¹³C產生與輸送的野外原位觀測的客觀儀器需求。
       穩定同位素光譜和質譜技術與方法的進步使CO₂ δ¹³C的觀測成為可能，與箱式通量觀測技術和方法結合可以實現土壤溫室氣體及其同位素通量觀測研究。
       目前已有的土壤CO₂ δ¹³C箱式通量觀測系統主要包括非穩態系統和穩態系統兩種，且多為研究者自制，通常缺乏對觀測系統設計的理論要求和假設等問題的綜合考慮和評價。

技術壁壘：
       觀測系統設計的理論要求和假設等問題的綜合考慮和評價主要包括兩個方面：首先，如何保證系統測定數據的精度和準確度，即保證系統氣密性及氣體混合、箱體內外氣體濃度和壓力保持一致等；其次，如何保證系統測定數據的代表性，即待測氣體的產生和運輸不受影響等。

       基于此，北京普瑞億科科技有限公司與中科院地理科學與資源研究所突破技術壁壘，合作研發了由氣室箱體、采樣氣路、氣體分析儀、控制系統和標定系統等部分構成的多通道雙循環土壤呼吸δ¹³C觀測系統，并在中科院寒旱所黑河遙感站成功安裝、順利運行，為國家重點研發計劃“典型脆弱生態修復與保護研究”生態系統關鍵參量監測設備研制與生態物聯網示范助力。
 

多通道雙循環土壤呼吸δ¹³C觀測系統

系統配置：
       采樣氣室為自主研發的閉路氣室，氣體分析儀為Picarro G2131-i，控制系統為自主研發的16通道復路系統，標定系統則采用三點標定方法。
 

技術難點與解決方案：

方案一
 

采樣模塊——土壤呼吸室打開狀態

方案二

采樣模塊——土壤呼吸室打開狀態

性能優勢：

通過箱式通量觀測系統性能測試，確認分析系統密封性能良好。

• 漏率低于0.10μmol mol^-1 min^-1@1500μmol mol^-1 (相當于0.015μmol m^-2 s^-1的排放通量)；

• 在自然風速介于0-4m s^-1條件下，氣室內外壓差穩定在±2Pa范圍內；

• 零通量精度絕對值介于0.00011-0.072 μmol m^-2 s^-1 之間

• 模擬通量測試設置2.5、5、10、15umol m^-2 s^-1 的排放通量，結果表明， CO₂通量4次重復標準偏差介于0.09-0.23umol m^-2 s^-1，在10umol m^-2 s^-1 (CO₂)條件下，FR和KP方法計算得到的δ¹³C通量4次重復標準偏差分別為0.34‰和0.40‰，模擬通量與實測通量結果基本位于1:1線上。

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