利用蒸滲儀研究降雨對土壤CO2排放的影響

參考文獻：

Soil carbon dioxide fluxes to atmosphere: The role of rainfall to control CO2  transport

Isabelle Delsarte , Gr ´ egory J.V. Cohen , Marian Momtbrun , Patrick H ¨ ohener , Olivier Atteia

Applied Geochemistry 127 (2021)，https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2020.104854

 

文獻摘要：

為了觀察降雨前后土壤剖面CO₂和地表通量的時間變化與CO₂土壤氣體輸運之間的關(guān)系，在可控自然環(huán)境下進行了兩個不同時期的試驗。實驗在160厘米深度的蒸滲儀中注入純 CO₂，并在其表面模擬強降雨事件2周。 在整個實驗過程中，連續(xù)監(jiān)測土壤剖面CO₂氣體濃度和地表通量。這些測量結(jié)果表明，通過通量室測量的通量與剖面濃度一致。結(jié)果表明，降雨入滲和土壤中CO₂的沖刷導(dǎo)致了大氣中CO₂通量的顯著下降。

 

文獻主要監(jiān)測方案:

實驗是在回填土壤的蒸滲儀中進行的，土柱高1.6m。在底部安裝一個罐體，用于水回收。此外，使用一個鵝頸型系統(tǒng)控制水位和流出的水量。在回填過程中，在蒸滲儀中心設(shè)置6個氣體探頭，放置在不同深度(0.4、0.8、1.0、1.2、1.4 m和1.6 m深度)。

圖1 蒸滲儀傳感器布設(shè)圖

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土壤剖面CO₂濃度測量

使用定制的微型氣相色譜泵系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測土壤剖面0.4、0.8、1.0、1.2和1.4 m的CO₂氣體濃度。定量CO₂的一般相對不確定度小于 5%。每次分析從土壤中收集70毫升的氣體樣品。

土壤表面CO₂氣體通量

使用通量室在土壤表面進行氣體通量監(jiān)測

采用呼吸室監(jiān)測蒸滲儀表面的CO₂氣體通量。泵送流量500mL/min，用CO₂探頭(GMT222維薩拉)測量CO₂濃度。測量通量的總不確定度約為10.25%。

CO₂注入

​氣體注入用的是一瓶CO₂ (99.7% )配備一個流量控制器，設(shè)定在0.3L / min。將氣體注入到蒸滲儀底部的罐體中，持續(xù)2周。

 

主要研究結(jié)果：

這篇文獻利用蒸滲儀實驗研究了降雨事件對土壤氣體通量的影響。在兩次試驗中，降雨和土壤濕度都對土壤CO2濃度和通量造成了重大影響。在持續(xù)和顯著的降雨期間，結(jié)果清楚地表明，降雨入滲和土壤中存在的CO2沖刷導(dǎo)致大氣中的CO2通量顯著減少。

Fig. 6. Times series for CO₂ soil gas concentrations measured at 0.4 (blue dots) and 0.8m(orange dots) depth, in the centre of the lysimeter during the CO₂ injection in February 2019 (A) and in October 2019 (B). The artificial and natural rainfall events are underlined by a grey and blue area, respectively。

 

Fig. 8. Times series of CO₂  soil surface fluxes, in the center of the lysimeter during the CO₂  injection in February 2019 (A) and in October 2019 (B). The artificial rainfall events are highlighted with a grey area.

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由澳作公司自主研發(fā)的SoilScope控制型蒸滲系統(tǒng)可以實現(xiàn)文獻中監(jiān)測方案。系統(tǒng)配置地下水連通模塊，自動控制水勢、水位。柱體高2米，面積1平方米，分六層埋設(shè)土壤水分傳感器和土壤溶液取樣裝置，底部有高精度稱重系統(tǒng)，分辨率為0.01kg，同步觀測蒸散量、滲漏量、土壤氧化還原、pH、水分、溫度、電導(dǎo)率等。底部和近地表各埋設(shè)一層增溫裝置，可以對土壤進行0.1-5度增溫控制。

 

SoilScope控制型蒸滲儀取原狀土

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SoilScope蒸滲儀結(jié)合AZG-300 CO₂ CH₄ 在線監(jiān)測儀與iChamber 多功能自動箱，可在線、實時測量土壤CO₂和CH₄排放通量。CH4分辨率0.1ppm。

iChamber多功能自動箱由澳作公司自主研發(fā)、專利設(shè)計，升降可控，無邊框和立柱，對測量點降雨、風(fēng)速等小氣候無影響，抗風(fēng)12級。既可用于土壤溫室氣體通量測量，也可用作群落光合室。

AZG-300 CO₂/CH₄在線監(jiān)測儀

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配置iChamber-G土壤采氣矛埋設(shè)在土壤剖面不同深度，連續(xù)采集土壤氣體，實時測量土壤剖面CO₂、CH₄氣體濃度。土壤采氣矛由澳作公司自主研發(fā)、可以滿足用戶定制長度。

土壤剖面安裝iChamber-G土壤采氣矛