北京澳作生态仪器有限公司
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LysiCosm 碳氮水耦合循环过程监测系统
LysiCosm 碳氮水耦合循环过程监测系统
一、 应用
生态系统碳、氮、水循环过程研究已经从单个的、独立过程研究转向碳氮水耦合循环过程机理的探索。
| 于贵瑞 王秋凤 方华军 陆地生态系统碳-氮-水耦合循环过程的基本科学问题、理论框架及研究方法 第四纪研究 2014，34（04）：683-698 |
LysiCosm 碳氮水耦合循环过程监测系统基于国际上生态系统控制实验系统的设计、使用经验，结合国内的应用需求，及澳作公司十多年控制型蒸渗系统的设计、施工和运行经验，研制了可同步观测碳、氮、水耦合循环过程的LysiCosm，助力生态系统碳氮水循环研究，及气候变化下生态系统响应过程和机理研究。
二、系统组成
| LysiCosm 测量中 |
| LysiCosm 测量结束 |
三、系统功能
1、澳作研发设计的产品iChamber多功能自动箱能维护测量点的小气候与大田一致。在测量时升起、结束后落下，减少对测量点的降水、光照、风等影响。
常规的自动箱测量面积小，往往数据不具代表性，iChamber测量面积大，可覆盖土柱表面，使土壤表面排放通量与土壤剖面水文参数具备可比性，实现同步观测。
尺寸：0.1 - 2平米，可定制
高度：0.5 - 2米 ，可定制
2、该系统可同步观测多种气体通量，部分气体分子组合如下（可根据科研需要，提供近百种气体组合）：
1）N2O、CO2、NH3、O3、CO、H2O
2) N2O、CO2、CH4、COS、CO、H2O
3）NO、NO2、H2O
4) N2O、CO2、CH4、CO、C2H6、H2O
5) HONO、HNO3、H2O
3、该系统还可同步观测多种气体同位素通量，部分气体同位素组合如下：
1）N2O、15N14N16O、 14N15N16O、 14N14N18O
2）CH4 13CH4、CH3D
3）CO2、13C-CO2、17O-CO2、18O-CO2
4、该系统采用的Aerodyne闭路气体分析仪检测限可达ppt级，可自动全量程校准和零点校准，满足痕量气体如N2O等的测量精度要求。
| 15N14N16O、 14N15N16O、 14N14N18O 和13CH4同步观测 |
5、技术活性钝化装置可显著提高粘性气体分子如NH3、HONO等的响应时间，实现粘性气体和非粘性气体的同步观测，如 N2O、CO2、NH3、O3、CO、H2O
同步观测。
惯性颗粒物分离装置，能有效减少颗粒物附着，确保两次采样不会交叉污染。
6、LysiCosm控制型土柱具备边界层控制能力，确保柱体内的水分、水势梯度与大田一致。
柱体布设在大田的设计，确保柱体温度与大田一致。
LysiCosm即可用于原位观测，也可做控制实验，其数据可扩展到大田尺度。
| LysiCosm 控制型土柱体布设在大田 |
四、技术指标
该系统测量气体分子1s及100s测量精度、响应时间如下：
常见痕量温室气体：
| 参数 | N2O | CH4 | CO2 | NH3 | H2O | COS | NO | NO2 | HONO |
| 精度 1s | 0.03ppb | 0.1ppb | 100ppb | 40ppt | 10ppm | 0.005ppb | 0.15ppb | 0.03ppb | 0.21ppb |
| 精度 100s | 0.01ppb | 0.25ppb | 25ppb | 10ppt | 5ppm | 0.002ppb | 0.15ppb | 0.01ppb | 75ppt |
| 测量范围 | 0-10000ppb | 0-10000ppb | 0-5000ppm | 0-10000ppb | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm |
| 响应时间 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 |
含C气体同位素：
| 参数 | δ13CH4 | δCH3D | δ13CH4 | CO2 | δ13C | δ18O |
| 精度 1s | 3‰ | 30‰ | 1‰ | 25ppb | 0.1‰ | 0.03‰ |
| 精度 100s | 1‰ | 30‰ | 1‰ | 10ppb | 0.03‰ | 0.03‰ |
| 测量范围 | 3‰ | 30‰ | 1‰ | 25ppb | 0.1‰ | 0.1‰ |
| 响应时间 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 |
含N气体同位素：
| 参数 | NH3 | δ15N14N16O（δ15Nα） | δ14N15N16O（δ15Nβ） | δ14N14N18O（δ18O） |
| 精度 1s | 40ppt | 0.1‰ | 0.03‰ | 8‰ |
| 精度 100s | 10ppt | 1‰ | 1‰ | 2‰ |
| 测量范围 | 0-10000ppb | 300~30000ppb | 300~30000 | 300~30000 |
| 响应时间 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 | 1-10Hz可选 |
四、技术应用
欧盟TERENO项目，用蒸渗筒采集原状土柱，并转运至气候条件不一样的地点，以模拟气候变化，同时应用Aerodyne激光痕量气体监测仪监测土壤中痕量温室气体的排放过程。
除气候变化外，项目还增加了耕作方式、灌溉方式等因子对痕量温室气体排放的影响，以研究痕量温室气体排放的影响机制。
文献：蒸渗仪在草原土壤水平衡和氮素淋失研究中的应用-气候和管理对德国山地草原土壤水平衡和氮素淋失的影响
Gasche R et al. Impacts of climate and management on water balance and nitrogen leaching from montane grasslａnd soils of S-Germany. Environmental Pollution, 2017.
行走式土壤自动箱顺序在18个蒸渗土柱上测量N2O、CH4和H2O。
自动箱内配置了红光，蓝光光源，可模拟不同太阳光照下，土壤痕量温室气体的排放过程。
Aerodyne激光痕量温室气体监测仪在中心软件控制下自动循环测量18个蒸渗土柱的痕量温室气体排放。基于中红外激光直接吸收光谱技术（TILDAS），时间分辨率高达10 Hz，多反腔(Astigmatic Multipass Absorption Cells）提供的长达76m或400m的光程，检测限达ppt级。
此项目造价高，占地大。LysiCosm 碳氮水耦合循环过程监测系统基于同样的技术，单个柱体独立测量，系统可模块化扩展，大大降低了单个柱体的观测成本，用户可根据科研经费分步建造。
LysiCosm是国内外监测体积的温室气体通量、气体同位素通量监测系统，观测精度和观测面积处于水平。
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