SCG-N토양 단면 CO2 경도 모니터링 시스템

토양 호흡은 육지 생태계의 주요 탄소 원천입니다. 보도에 따르면 유럽 전체 프로젝트 EUROFLUX 18 개 삼림 유형의 평균 연간 토양 호흡은 전체 1차 생산력의 49% 를 차지합니다 (Janssens et al., 2001), Law 등 (Law et al. 2001) 연구에 따르면 토양 호흡은 전체 생태계 호흡의 약 4분의 3을 차지한다.토양 탄소 저장고의 미세한 변화는 모두 대기 CO2 농도에 중대한 영향을 끼칠 수 있기 때문에 토양 탄소 동태와 그 CO2 배출을 연구하는 것은 대기 CO2 농도 변화를 예측하는 데 절실한 중요한 과제가 된다.토양 표층 CO2 통량 (토양 총 호흡) 에 관한 연구는 매우 많지만, 이것은 분명히 토양 CO2 생산 과정을 설명하기에 충분하지 않으며, 토양 단면 CO2 수직 경도 연구는 점점 더 토양 호흡 내지 생태계 탄소 순환 연구의 이슈가 되고 있다.토양의 부동한 차원 (깊이) CO2 생산의 지속적인 감측은 토양의 CO2 동태를 리해하는데 극히 중요하며 토양에서 대기까지의 CO2 통량의 계절, 조명, 온도, 습도 및 토양의 특성에 따른 변화특징을 천명할수 있다.또 토양 수직 경도 CO2 모니터링은 널리 사용되는 와도 관련 모니터링과 비교할 수 있어 생태계의 탄소 교환을 정량적으로 연구 분석할 수 있다.최근 몇 년 동안 외국에서 일련의 창조적인 기술 방법 연구를 진행하였는데, SCG-3 토양 단면 CO2 경도 모니터링 시스템은 바로 상술한 연구에 근거하여 개발되고 통합된 제자리 CO2 지속 모니터링 시스템이다.

근거픽스 퍼스트 법칙(Fick's first law),(안정적으로 확산되는 경우) 단위 시간 내에 확산 방향에 수직인 단위 단면적을 통과하는 확산 물질 유량(확산 통량 Diffusion flux라고 하며,J표현)은 단면의 농도 그라디언트(Concentration gradient)에 비례합니다.토양 횡단면 CO2 전체 (μmol CO2 m⁻²s⁻¹) 는 이 법칙에 근거하여 다음과 같은 공식을 계산합니다.

J= -D(dC/dx)

그 중D토양에서 CO2의 확산 계수 (m 단위)²/s，토양 온도, 토양 체적 함수량 및 토양 빈틈도와 관련), C는 깊이 x (단위 m) 의 CO2 농도,dC/dx농도 그라데이션의 경우 –호는 고농도 영역에서 저농도 영역으로 확산하는 농도 그라데이션의 반대 방향을 나타냅니다.

SCG토양 단면 CO2 그라데이션 모니터링 시스템은 토양 단면이 서로 다른 깊이 묻힌 CO2 센서, O2 센서 (예비), 토양 온도 센서, 토양 수분 센서, 토양 표층 호흡실 (예비), 데이터 수집기 및 지상 기상 관측소로 구성되며, 토양 표층 호흡실은 투명과 비투명 두 가지로 나뉘며, 그 중 투명 호흡실은 토양의 호흡과 식물의 광합성 작용을 측정하는 데 사용된다.

시스템의 특징:

l 비교란 원위는 토양 단면 CO2, 수분, 온도 (표준 배치는 3층) 를 지속적으로 측정하여 피크 제1법칙을 통해 토양 CO2 통량 (토양 호흡) 을 구할 수 있어 높은 시간 해상도 원위치에서 토양 호흡을 측정할 수 있다

l Vaisala기상 센서, 자동 측정 기록 공기 온도 습도, 기압, 강우량, 풍속 풍향 등

l CO2 확산 계수를 결정하기 위한 토양 공극도 측정, 토양 통기성 측정으로 토양 통기성과 토양 수분 및 가스 통량의 관계를 확인할 수 있다

l TRIME-PICO32토양 수분 지능 센서, 토양 수분과 온도를 정확하게 측정한다

l 단일 채널 또는 다중 채널 형광 광섬유 토양 단면 산소 원위 모니터링 모듈 옵션

l 패키지 식물 줄기 흐름 모니터링 모듈 또는 THB 줄기 줄기 흐름 모니터링 모듈을 선택하여 줄기 흐름과 제자리 CO2의 동적 관계를 모니터링할 수 있습니다.

l ACE투명 또는 비투명 토양 호흡실법(예비) 측정 표층 토양 호흡, 토양 단면 CO2 경도 측정 데이터 보충, 교정 또는 비교 분석에 사용 가능

l 무선 데이터 전송 - 인터넷을 통한 데이터 검색, 다운로드

l 마이크로 루트 창 루트 동적 모니터링 시스템 옵션

l 축전지 또는 태양열

주요 기술 지표:

1. 토양 수분 측정:

a.TRIME-PICO32지능형 센서, TDR 측정 기술, 측정 범위 0-100% 체적 함수량, 정확도±1%, 반복 정밀도 ±0.2%, 측정 부피 250ml (PICO64 선택 가능, 측정 부피 1250ml, 모래와 자갈이 함유된 토양의 함수량을 정확하게 반영할 수 있음);

b.토양 온도 측정 범위: -20℃～50℃, 측정 정밀도: ±0.2℃

c.방수 등급 IP68

2. 토양 CO2 측정: 비색산 단일 빔 이중 파장 적외선 기술 (NDIR), 측정 범위 0-5000ppm, 0-7000ppm, 0-10000ppm, 0-20000 옵션, 정밀도 ± 1.5%, 응답 시간 30묘;

3. 표준 배치는 3층(SCG-3) 토양 단면 CO2, 토양 수분 및 토양 온도 모니터링

4. 단일 채널 또는 다중 채널 토양 단면 산소 측정 모듈 (옵션), 형광 광섬유 O2 측정 기술, 높은 안정성, 제로 산소 소비, 응답 시간 5초, 측정 범위 0-50%, 정밀도 0.4% 우수

5. 표준 16채널 데이터 수집기(32채널 옵션으로 3층 이상의 CO2 농도, 토양 수분 및 토양 온도 등을 모니터링할 수 있음):

a.220000 세트의 타임스탬프 데이터 저장, 16비트 해상도,± 20 mV up to ± 2.5 V 8범위 입력, 정확도 0.03%;

b.측정 간격은 3초에서 4시간으로 조정할 수 있으며 데이터 간격은 평균 3초에서 4시간입니다.

c.전압 6.5-15VDC, 대기 전력 150μA, 측정 전력 15mA 무게 140g;

d.리튬 전기 예비 배터리, 3V, 5년 이상 사용 가능;

e.작동 온도: -20-60 °C;

f.전문 데이터 다운로드 분석 소프트웨어는 데이터 다운로드, 데이터 온라인 관측, 통계 분석 (예를 들어 시간당 평균, 매일 평균, 총계, 최소치, 최대치, 데이터 관련 분석) 과 도표 전시 및 시스템 설정 등을 진행할 수 있다;

6. 토양 공극도 측정: 압력실 용적 1000ml, 압력범위 -1~3bar, 기압 해상도 1mbar

7. 제자리 표층 토양 통기성 측정: 측정 범위 0.003-3cm/s, 측정 압력 1-3hPa, 수세 측정 범위 0-800hPa, 토양 부피 함수량 0-70%

8. 포장식 줄기 흐름 모니터링 모듈: 5-20mm의 줄기 막대 액류 모니터링을 위한 SHB 가열 기술

9. 줄기줄기 흐름 모니터링 모듈: THB 가열 기술, 줄기 내부 가열, 10cm 이상의 줄기줄기 흐름 모니터링에 사용

10. 호흡실법 토양 표층 CO 모니터링₂전체 용량 (옵션): ACE 토양 호흡 측정기로 표준 구성,폐쇄형 및 개방형 두 가지 모드를 선택할 수 있으며 각 모드에는 투명 또는 비투명 호흡실이 있습니다.측정 범위다음40.0 mmols m^-3（0-896ppm）,해상도 1ppm，자동 제로 교정 장치 포함

11. 기상 모니터링: Vaisala 기상 센서, 기온 모니터링 범위 -52℃～60℃, 정확도 ±0.3 ℃;대기압 측정 범위는 600~1100hPa, 정확도 ±0.5hPa;공기 상대 적정 모니터링 범위 0~100%, 정확도 ±3%;강우량 출력 해상도 0.01mm, 정확도 5%

12. 소프트웨어 터미널을 통해 데이터를 검색, 다운로드하고 통계적으로 분석할 수 있는 무선 데이터 전송

13. 루트 생태 관측 (옵션): 마이크로 파이프, 마이크로 파이프 렌즈 및 분석 소프트웨어로 구성되어 있으며, 표준 마이크로 파이프 직경 44mm (내경 42mm), 고투명도, 고인성, 빗물 방지, 마이크로 파이프 렌즈 길이는 17인치, 22인치, 28인치, 37인치 옵션, 마이크로 파이프 이미징 단위, 1/4"컬러 CCD, 픽셀 768 x 494, 노이즈 비율 48DB, 옵션 1600x픽셀, 최대 1200 해상도, CC3USB 및 컴퓨터를 통한 통신, 이미지 캡처, 간단한 조작

위 사진은 여름과 가을의 서로 다른 토양 단면 깊이 (5cm, 12.5cm, 35cm) CO2 통량 R (위) 과 CO2 농도 (아래) 의 변화 상황이며, 강우 상황은 우종 좌표 (Z. Nagy 등에서 발췌, 2011) 를 참조한다.연구에 따르면 와동법 측정은 CO2 통량 (특히 통량이 낮은 경우) 을 과소평가했으며 가뭄 지역의 초원은 폭우 후 CO2가 대기에서 토양으로 역방향으로 통하는 경우가 종종 발생한다.

생산지: 유럽