紅外傳感器在土壤碳通量測量系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、什么是土壤碳通量
碳通量 (Carbon flux)是碳循環(huán)研究中一個最基本的概念，表述生態(tài)系統(tǒng)通過某一生態(tài)斷面的碳元素的總量。例如：某河流的碳通量，就是流過河流斷面的有機(jī)碳和無機(jī)碳的總量；某森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量，就是該生態(tài)系統(tǒng)單位時間單位面積上的碳循環(huán)總量。土壤碳通量測量是生態(tài)學(xué)與全球變化研究的重要組成部分，是目前國內(nèi)外研究的熱點問題。
二、檢測土壤碳通量的意義
土壤呼吸是土壤生態(tài)系統(tǒng)碳素循環(huán)的一個重要過程，也是土壤中生命活動的表征，準(zhǔn)確測定其釋放量是評價生態(tài)系統(tǒng)中生物學(xué)過程的關(guān)鍵；通過對土壤呼吸及其相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測，可估測根系和土壤微生物對氣候變化的響應(yīng)。土壤碳通量在時間和空間上受多種復(fù)雜物理和生物過程影響，因此，長期、連續(xù)、準(zhǔn)確的測量土壤碳通量，對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量研究具有重要的意義，土壤碳通量測量系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)科研、全球氣候變化、土地利用方式改變、生態(tài)修復(fù)研究、土壤微生物活力評估等領(lǐng)域。
生態(tài)系統(tǒng)中的碳交換
三、土壤碳通量測量系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)示意圖
根據(jù)菲克第一定律(Fick’s first law)，在（穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況下）單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量（稱為擴(kuò)散通量Diffusion flux，用J表示）與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。
以土壤中的CO2為例 ，土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m−2s−1）即根據(jù)該定律求出，具體計算公式為：
J= -D(dC/dx)
其中D為CO2在土壤中的擴(kuò)散系數(shù)(單位為m2/s，與土壤溫度、土壤體積含水量及土壤空隙度有關(guān))，C為深度為x（單位為m）的CO2濃度，dC/dx為濃度梯度，“–”號表示擴(kuò)散方向為濃度梯度的反方向，即擴(kuò)散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)散。
土壤碳通量測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
在整個測試過程中，氣體濃度的測量及分析尤為關(guān)鍵。NDIR吸收光譜法檢測大氣中的CO，CO2,CH4等氣體濃度具有測試精度高和穩(wěn)定性好的特點，利用該傳感器監(jiān)測土壤不同層次的氣體濃度，對于進(jìn)一步了解氣體濃度在土壤中的傳輸過程機(jī)制具有很大價值。同時，由于被測氣體并不與傳感器發(fā)生直接反應(yīng)，所以紅外傳感器能夠承受高濕，高粉塵和污垢等其他惡劣環(huán)境實現(xiàn)采樣分析，是一種極具發(fā)展前途的傳感器。
四、如何為土壤碳通量測量系統(tǒng)選擇氣體傳感器
卓立漢光能提供基于NDIR技術(shù)的氣體傳感器，以其高精度、高可靠性、超長的使用壽命以及具有極高的選擇性，不會受到氣體的交叉影響，獲得用戶的好評。
構(gòu)成NDIR二氧化碳傳感器的三個核心元件為：紅外光源、紅外探測器以及吸收氣室。其中紅外探測器通常與窄帶濾光片作為一體，實現(xiàn)對被測氣體的選擇性吸收和測量。
氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖
產(chǎn)品參數(shù)
針對不同客戶的需求，我們提供了兩款氣體傳感器供選擇。
產(chǎn)品一
一、測量氣體參數(shù)
注： 其他氣體及指標(biāo)均可根據(jù)要求定制
二、主要技術(shù)參數(shù)
三、機(jī)械安裝圖
產(chǎn)品二
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