土壤表層CO2通量研究很多，但這些監(jiān)測并不足以解釋土壤CO2生產過程，土壤剖面CO2垂直梯度研究越來越成為土壤呼吸乃至生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點。土壤不同層面（深度）CO2生產的持續(xù)監(jiān)測對于理解土壤CO2動態(tài)極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節(jié)、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。
土壤垂直梯度CO2監(jiān)測可以與廣泛使用的渦動相關監(jiān)測比較，從而定量研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳交換。
目前土壤梯度有2種方法:
1、把CO2傳感器直接埋入土壤.分梯度監(jiān)測各層濃度分布，使用簡單，有2種精度的傳感器可選擇，
GMP343
GMP22X
測量方法：
擴散式和泵吸式
測量范圍：
0 ... 1000 ppm, 0 ...2 000 ppm 0 ... 3000 ppm, 0 ... 4000 ppm 0 ... 5000 ppm, 0 ... 2 %
GMP221探頭 0 ... 2 %, 0 ... 3 %, 0 ... 5 %, 0 ... 10%, 0 ... 20 % CO2 GMP222 探頭 0 ... 2000 ppm, 0 ... 3000 ppm, 0 ... 5000 ppm, 0 ...7 000ppm, 0 ... 10000 ppm CO2
精度:
0 ... 1000 ppm ：± (3 ppm + 1 %的讀數)
0 ... 2000 - 0 ... 2 % ：± (5 ppm + 2 %的讀數)
±(1.5％量程＋2.0%讀數）
工作溫度:
-40~60°C
-20~60°C（探頭）
工作濕度:
0~
外殼:
電鍍鋁，PC 塑料 IP66/IP67
PC 塑料 IP66/IP67
2、使用紅外分析儀在線多層分析土壤濃度數據
系統(tǒng)優(yōu)點:
CO2/H2O分析儀
技術指標
CO2分析器
H2O分析器
量程
0~20,000 μmol/mol
0~60 mmol/mol
準確度
優(yōu)于讀數的1%
優(yōu)于讀數的1.5 %
校準漂移
零點漂移
<0.15 μmol/mol/℃
<0.003 mmol/mol/℃
跨度漂移
<0.03 %/℃
<0.03 %/℃ @ 10 mmol/mol
漂移
<0.4 μmol/mol/℃ @ 370 μmol/mol
<0.009 mmol/mol/℃ @ 10 mmol/mol
RMS噪聲
1 s信號過濾
<1 μmol/mol@370 μmol/mol
<0.01 mmol/mol@10 mmol/mol
靈敏度
CO2
——
<0.0001 mmol/mol H2O/ μmol/mol CO2
H2O
<0.1 μmol/mol CO2/ m mol/mol H2O
測量原理
非色散紅外分析
光源壽命
~18,000 h
標準
世界氣象組織標準
電源
12~30 V DC
LI-610便攜式露點發(fā)生器NIST標準
壓力補償范圍
15~115 kPa
工作溫度范圍
-20~45℃
*大氣流速率
1 L/min
相對濕度范圍
0~95%（非冷凝)
輸出信號
2個模擬電壓輸出，2個電流輸出
體積
22.2 L×15.3 W×7.6 H cm
數字輸出：TTL（0~5 V）或開集電路
重量
1 kg
內部光腔體積
14.5mL
電源要求
12~30 V DC，預熱時為14 W，穩(wěn)定時為3.6W
根據菲克定律(Fick’s first law)，在（穩(wěn)態(tài)擴散的情況下）單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質流量（稱為擴散通量Diffusion flux，用J表示）與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m?2s?1）即根據該定律求出，具體計算公式為：
J= -D(dC/dx)
其中D為CO2在土壤中的擴散系數(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)，C為深度為x（單位為m）的CO2濃度，dC/dx為濃度梯度，“–”號表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴散。
系統(tǒng)的特點：
1、非擾動原位持續(xù)測量土壤剖面CO2、水分、溫度（標準配置為3-8層可選），可通過菲克定律求出土壤CO2通量（土壤呼吸），從而實現連續(xù)穩(wěn)定原位監(jiān)測土壤呼吸。
2、土壤三參數智能傳感器，測量土壤水分和溫度和鹽度。
3、透明或非透明土壤呼吸室法（備選）測量表層土壤呼吸，可用于補充、校準或對比分析土壤剖面CO2梯度測量數據。
4、無線數據傳輸，可隨時上網在線瀏覽、下載數據。
5、交流蓄電池供電或太陽能供電。
主要技術指標：
1、土壤水分測量：
3、標配16通道數據采集器（可選配32通道以監(jiān)測3層以上的CO2濃度、土壤水分及土壤溫度等）：
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土壤表層CO2通量研究很多，但這些監(jiān)測并不足以解釋土壤CO2生產過程，土壤剖面CO2垂直梯度研究越來越成為土壤呼吸乃至生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點。土壤不同層面（深度）CO2生產的持續(xù)監(jiān)測對于理解土壤CO2動態(tài)極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節(jié)、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。
土壤垂直梯度CO2監(jiān)測可以與廣泛使用的渦動相關監(jiān)測比較，從而定量研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳交換。
目前土壤梯度有2種方法:
1、把CO2傳感器直接埋入土壤.分梯度監(jiān)測各層濃度分布，使用簡單，有2種精度的傳感器可選擇，
GMP343和GMP22X系列：GMP343
GMP22X
測量方法：
擴散式和泵吸式
擴散式和泵吸式
測量范圍：
0 ... 1000 ppm, 0 ...2 000 ppm
0 ... 3000 ppm, 0 ... 4000 ppm
0 ... 5000 ppm, 0 ... 2 %
GMP221探頭 0 ... 2 %, 0 ... 3 %, 0 ... 5 %, 0 ... 10%, 0 ... 20 % CO2
GMP222 探頭 0 ... 2000 ppm, 0 ... 3000 ppm, 0 ... 5000 ppm,
0 ...7 000ppm, 0 ... 10000 ppm CO2
精度:
0 ... 1000 ppm ：± (3 ppm + 1 %的讀數)
0 ... 2000 - 0 ... 2 % ：± (5 ppm + 2 %的讀數)
±(1.5％量程＋2.0%讀數）
工作溫度:
-40~60°C
-20~60°C（探頭）
工作濕度:
0~
0~
外殼:
電鍍鋁，PC 塑料 IP66/IP67
PC 塑料 IP66/IP67
2、使用紅外分析儀在線多層分析土壤濃度數據
系統(tǒng)優(yōu)點:
CO2/H2O分析儀
技術指標
CO2分析器
H2O分析器
量程
0~20,000 μmol/mol
0~60 mmol/mol
準確度
優(yōu)于讀數的1%
優(yōu)于讀數的1.5 %
校準漂移
零點漂移
<0.15 μmol/mol/℃
<0.003 mmol/mol/℃
跨度漂移
<0.03 %/℃
<0.03 %/℃ @ 10 mmol/mol
漂移
<0.4 μmol/mol/℃ @ 370 μmol/mol
<0.009 mmol/mol/℃ @ 10 mmol/mol
RMS噪聲
1 s信號過濾
<1 μmol/mol@370 μmol/mol
<0.01 mmol/mol@10 mmol/mol
靈敏度
CO2
——
<0.0001 mmol/mol H2O/ μmol/mol CO2
H2O
<0.1 μmol/mol CO2/ m mol/mol H2O
——
測量原理
非色散紅外分析
光源壽命
~18,000 h
標準
CO2
世界氣象組織標準
電源
12~30 V DC
H2O
LI-610便攜式露點發(fā)生器NIST標準
壓力補償范圍
15~115 kPa
工作溫度范圍
-20~45℃
*大氣流速率
1 L/min
相對濕度范圍
0~95%（非冷凝)
輸出信號
2個模擬電壓輸出，2個電流輸出
體積
22.2 L×15.3 W×7.6 H cm
數字輸出：TTL（0~5 V）或開集電路
重量
1 kg
內部光腔體積
14.5mL
電源要求
12~30 V DC，預熱時為14 W，穩(wěn)定時為3.6W
根據菲克定律(Fick’s first law)，在（穩(wěn)態(tài)擴散的情況下）單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質流量（稱為擴散通量Diffusion flux，用J表示）與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m?2s?1）即根據該定律求出，具體計算公式為：
J= -D(dC/dx)
其中D為CO2在土壤中的擴散系數(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)，C為深度為x（單位為m）的CO2濃度，dC/dx為濃度梯度，“–”號表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴散。
系統(tǒng)的特點：
1、非擾動原位持續(xù)測量土壤剖面CO2、水分、溫度（標準配置為3-8層可選），可通過菲克定律求出土壤CO2通量（土壤呼吸），從而實現連續(xù)穩(wěn)定原位監(jiān)測土壤呼吸。
2、土壤三參數智能傳感器，測量土壤水分和溫度和鹽度。
3、透明或非透明土壤呼吸室法（備選）測量表層土壤呼吸，可用于補充、校準或對比分析土壤剖面CO2梯度測量數據。
4、無線數據傳輸，可隨時上網在線瀏覽、下載數據。
5、交流蓄電池供電或太陽能供電。
主要技術指標：
1、土壤水分測量：
-
測量范圍0-體積含水量，度±1%，重復精度±0.2%，；
-
土壤溫度測量范圍：-40℃～70℃，測量精度：±0.2℃
2、土壤CO2測量：非色散單束雙波長紅外技術（NDIR），測量范圍0-5000ppm、0-7000ppm、0-10000ppm、0-20000 可選，精度±1.5%，響應時間3妙；3、標配16通道數據采集器（可選配32通道以監(jiān)測3層以上的CO2濃度、土壤水分及土壤溫度等）：
-
可存儲220000組帶時間戳的數據，16比特分辨率，± 20 mV up to ± 2.5 V 8范圍輸入，度0.03%；
-
測量間隔3秒至4小時可調，數據平均間隔3秒至4小時；
4、無線數據傳輸，通過軟件終端瀏覽、下載數據，并可對數據進行統(tǒng)計分析。