前言

ACE-Net由ACE單機與Master中央控制單元（簡稱Master）組成，是目前世界上唯一可大面積多點（多通道）持續(xù)同步化監(jiān)測土壤呼吸的儀器設備。通過Master可連接最多30個ACE單機（可根據(jù)預算及研究需求選配ACE單機數(shù)量及測量模式如開放式測量、封閉式測量、透明呼吸室、非透明呼吸室），從而組成土壤呼吸監(jiān)測網(wǎng)絡，ACE單機與Master通過一根電纜完成供電和數(shù)據(jù)傳輸功能，避免了因復雜的氣路連接導致的氣路滯留、響應時間慢、耗能大（需要大功率的氣泵帶動氣流）、易損壞、不能大范圍同步測量（沒法進行時空分布格局研究）等缺點，ACE-Net可同步化持續(xù)監(jiān)測直徑200m區(qū)域范圍內(nèi)的土壤呼吸時空分布格局。

上圖為操作人員在實驗現(xiàn)場對儀器進行設置和采樣

應用領域

l區(qū)域土壤通量長期自動化監(jiān)測

l土壤呼吸控制因子（溫度、濕度、PH、土地類型）

l土壤呼吸的時空變化特征（時間尺度、空間模式、梯度）

l土壤呼吸對干擾的影響（氣候變化、林火、耕作、施肥、污染）

l生態(tài)系統(tǒng)碳平衡

l區(qū)域及全球碳平衡

l土壤呼吸對全球氣候變化的影響

l土壤呼吸模型的建立

功能特點

l每個ACE單機既可進行獨立自動點測量監(jiān)測，又可與Master連接組成多通道區(qū)域網(wǎng)絡化同步監(jiān)測，是目前世界上唯一真正多通道同步化測量的儀器系統(tǒng)

lMaster與ACE單機之間只用一根電纜（負責信號傳輸、供電和遙控設置等）相連，無需氣路，具備響應時間短、功耗低（蓄電池供電）、可在野外長期監(jiān)測等優(yōu)點，避免了因氣路相連導致的阻塞或被動物踩踏、氣體滯留（導致誤差加大和響應時間拉長）及水汽凝結(jié)等問題

lMaster與ACE單機均具備LCD屏和功能操作鍵，通過顯示屏設置和瀏覽數(shù)據(jù)等，通過存儲卡保存數(shù)據(jù)，無需連接電腦或PDA，從而實現(xiàn)真正的野外長時間自動監(jiān)測

l監(jiān)測直徑可達200m，可用于土壤呼吸的區(qū)域異質(zhì)性時空分布格局研究，不同土壤類型、不同植被類型或不同梯度的對比分析研究，通過選配透明呼吸室和非透明呼吸室分析評估生態(tài)系統(tǒng)的碳源碳匯功能等

系統(tǒng)組成

ACE單機，網(wǎng)絡控制主機，外接土壤溫度和土壤水分傳感器。中央控制箱通過電纜與單機相聯(lián)，對每個單機供電、數(shù)據(jù)傳輸和遙控，可與30個單機相聯(lián)組成區(qū)域網(wǎng)絡監(jiān)測，從而實現(xiàn)對直徑200米范圍內(nèi)土壤呼吸空間異質(zhì)性的同步化監(jiān)測研究。

上圖左為操作人員現(xiàn)場查看數(shù)據(jù)，上圖右為數(shù)據(jù)界面

技術指標

1.測量單機：網(wǎng)絡主機可連接30臺單機，單機獨立均具分析器

2.測量區(qū)域范圍：直徑200m，同步化監(jiān)測，優(yōu)于順序測量

3.紅外氣體分析儀：測量范圍標準配置為 40.0 mmols m^-3（0-896ppm），可選配0-2000ppm；分辨率為1ppm；帶有自動零校準裝置

4.數(shù)據(jù)紀錄：1G移動存儲卡（CF），可存儲400萬組數(shù)據(jù)

5.電源供應：外用電池、太陽能板或風力供應，單機12V、40Ah蓄電池最長可持續(xù)供電28天，ACE-Net單機內(nèi)部蓄電池1.0Ah

6.顯示屏：240×64點陣 LCD屏幕，程序界面友好，通過5鍵控制

7.數(shù)據(jù)查看：主機具備圖表顯示功能，可以得到實時的曲線圖，可視化土壤呼吸的變化趨勢，便于更直觀地進行監(jiān)測

8.數(shù)據(jù)下載：CF卡自動復制，也可用RS232傳輸

9.PAR傳感器：0-3000μmol m^-2 s^-1，硅光傳感器，每臺單機均已配置

10.土壤溫度傳感器：每臺單機可接6個土壤溫度傳感器，測量范圍：-20～50℃

11.土壤水分探頭：每臺單機可接4個土壤水分探頭，選配Theta土壤水分探頭，測量范圍0-1.0 m3.m^-3，精度±1%，探針60mm長

12.呼吸室流量控制：200-5000ml/min (137-3425 μmol sec^-1)，流速精度±3%

13.測量模式：開放式和閉合式兩種模式可選，不同單機可混合使用

14.呼吸室體積：密封室體積2.6 L，開放室體積1.0 L

15.呼吸室罩類型：透明和金屬可選

16.土壤呼吸罩直徑：23 cm

17.單機尺寸：82×33×13cm，重量：9.0 kg

18.網(wǎng)絡控制主機尺寸：40×40×20cm，重量：12kg

19.防水防塵：IP66

應用案例

在Zhongbing Lin等（2011）的研究中，使用多臺ACE單機組成網(wǎng)絡對不同樣地的土壤呼吸進行測量。同時ACE自帶的溫度傳感器和IMKO公司的TDR土壤水分傳感器測量樣地的溫度和土壤含水量。研究顯示高含水量時土壤呼吸和土壤含水量呈負相關（P<0.01）。土壤呼吸和土壤溫度之間有明顯的遲滯效應，不考慮遲滯效應將低估q₁₀。

產(chǎn)地

英國

選配技術方案

1)可選配土壤氧氣測量模塊

2)可選配高光譜成像以評估土壤微生物呼吸作用

3)可選配紅外熱成像研究土壤水分、溫度變化對呼吸影響

4)可選配ECODRONE?無人機平臺搭載高光譜和紅外熱成像傳感器進行時空格局調(diào)查研究

部分參考文獻

1.Noe S. M., Kimmel V., Hüve K., Copolovici L., Portillo-Estrada M., Püttsepp U., J?giste K., Niinemets U., H?rtnagl L. and Wohlfa. Ecosystem-scale biosphere–atmosphere interactions of a hemiboreal mixed forest stand at J?rvselja, Estonia. Forest Ecology and Management, In Press, Corrected Proof, Available online

2.Lin, Zhongbing; Zhang, Renduo; Tang, Jia; Zhang, Jiaying (2011). Effects of High Soil Water Content and Temperature on Soil Respiration” Soil Science: March 2011 – Volume 176 – Issue 3 – pp.

3.Nicoletta Cannone, Giorgio Binelli, M. Roger Worland, Peter Convey, Mauro Guglielmin (2012). CO2 fluxes among different vegetation types during the growing season in Marguerite Bay (Antarctic Peninsula)” Geoderma Volumes 189–190, November 2012, Pages 595–605.

4.K. Kri?tof, T. ?ima*, L. Nozdrovicky and P. Findura (2014). The effect of soil tillage intensity on carbon dioxide emissions released from soil into the atmosphere” Agronomy Research 12(1), 115–120.

5.Xinyu Jiang, Lixiang Cao, Renduo Zhang (2014). Changes of labile and recalcitrant carbon pools under nitrogen addition in a city lawn soil. Journal of Soils and Sediments, March 2014, Volume 14, Issue 3, pp 515-524.

6.Cannone, N., Augusti, A., Malfasi, F., Pallozzi, E., Calfapietra, C., Brugnoli, E. (2016). The interaction of biotic and abiotic factors at multiple spatial scales affects the variability of CO2 fluxes in polar environments” Polar Biology September 2016, Volume 39, Issue 9, pp 1581–1596.

7.Liu, Yi, et al. (2016). Soil CO2 Emissions and Drivers in Rice–Wheat Rotation Fields Subjected to Different Long‐Term Fertilization Practices.” CLEAN–Soil, Air, Water (2016). DOI: 10.1002/clen.201400478. (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/clen.201400478/abstract).

8.Xubo Zhang, Minggang Xu, Jian Liu, Nan Sun, Boren Wang, Lianhai Wu (2016). Greenhouse gas emissions and stocks of soil carbon and nitrogen from a 20-year fertilised wheat & maize intercropping system: A model approach” Journal of Environmental Management, Volume 167, Pages 105-114, ISSN 0301-4797, http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.11.014. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479715303686).

9.Altikat S., H. Kucukerdem K., Altikat A. (2018). Effects of wheel traffic and farmyard manure applications on soil CO2 emission and soil oxygen content” Thesis submitted from the “I?d?r University Agriculture Faculty Department of the Biosystem Engineering”.

10.Cannone, N. Ponti, S., Christiansen, H.H., Christensen, T.R., Pirk, N., Guglielmin, M. (2018). “Effects of active layer seasonal dynamics and plant phenology on CO2 land atmosphere fluxes at polygonal tundra in the High Arctic, Svalbard” CATENA, Vol 174. (March 2019) 142-153. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816218305009 .

11.Uri, V., Kukum?gi, M. Aosaar, J.,Varik, M., Becker, H., Auna, K., Krasnova, A.,Morozova, G.,Ostonen, I., Mander, U., L?hmus, K.,Rosenvald,K., Kriiska, K., Soosaarb, K., (2018). The carbon balance of a six-year-old Scots pine (Pinus sylvestris L.) Forest Ecology Management 2019. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.11.012