SCG-N土壤剖面CO2／O2梯度监测技术

二氧化碳（CO₂）是最重要的温室气体，大气二氧化碳浓度在很大程度上受到土壤CO₂通量的影响，土壤的CO₂释放即土壤呼吸，包括三个生物学过程(即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸)和一个非生物学过程，即含碳矿物质的化学氧化作用。

土壤呼吸的影响因素众多，包括土壤水分、温度等，其中土地的植被覆盖是一个重要因素。不同植被覆盖的土壤呼吸状况是目前已建立的长期监测CO₂通量网站的重要研究对象之一，是研究世界碳循环的重要课题，对生态学、环境科学及地球表层系统科学意义重大。

目前基于呼吸室方法（Chamber-based method）测量土壤表层CO₂通量的仪器很多，如英国ADC公司生产的SRS便携式土壤呼吸测量系统及ACE土壤呼吸监测系统，还有易科泰生态技术公司采用扩散式传感器集成生产的SoilBox343便携式土壤呼吸测量仪及OTC-Auto群落光合呼吸监测系统等。呼吸室法的缺点是不能了解土壤表层以下（地下）的情况，如根系呼吸、异养呼吸等。在此背景下，SCG（Soil-CO₂ gradient）土壤剖面CO₂测量监测技术就显得特别重要，通过不同深度的土壤剖面原位CO₂测量，可以精准测量碳在土壤中的产生、运移、扩散过程（土壤中碳的周转），特别是随着O₂传感器技术的发展，还可以同步测量O₂浓度，进而分析土壤O₂消耗、呼吸商及与其它温室气体排放的关系等。

美国约翰·霍普金斯大学K.Szlavecz教授及史密森尼环境研究中心M.McCormick教授等，采用与SoilBox343同样的扩散式传感器呼吸室法，对不同森林类型本地种蚯蚓和非本地种蚯蚓对地上和地下生态系统过程的影响进行了研究，认为非本地种蚯蚓对生态系统包括土壤呼吸、土壤真菌、树木生长等具有非常重要的影响（研究结果发表在2011年《Biological Invasions》）。

APEC气候中心（APEC Climate Center）的J.A. Chun教授与约翰·霍普金斯大学（The Johns Hopkins University）的K. Szlavecz教授合作，在美国马里兰州巴尔的摩市中心东北部14公里的美国农业部林务局实验森林网络站，对林地和草地各设3个监测点，每个点按土壤表层、距地表2cm、5cm、10cm、20cm、30cm 6个剖面，同步监测CO₂、土壤水分和土壤温度及地面降雨情况，同时采用SoiBox343的呼吸室法测量土壤表层CO₂通量。监测研究结果发表在《Atmospheric Environment》上。

结果表明“脉冲效应（降雨后二氧化碳浓度迅速增加的现象）”在草地中比在林地中更明显（下图中a和b箭头所指），这个效应源于同样的降雨条件下草地土壤水分的变化大于林地。从土壤深度这个角度上分析，2cm，5cm和10cm深度具备更明显的“脉冲效应”，但是，这种“脉冲效应”在土壤表层并不明显（如图a所示）。利用SOILCO₂模型，进一步估算出土壤CO₂通量（见下图）。

北京易科泰生态技术公司采用国际先进传感器与数据采集技术，专业生产SCG-N土壤剖面CO2/O2监测系统及SoilBox343便携式土壤呼吸测量仪，可以同步测量监测土壤CO₂、O₂、土壤温度及土壤水分等，是农业部学科群项目、中科院CERN网络等的主要观测研究设备。其主要功能特点与研究方案为：

1) SCG-N + SoilBox343，全面测量监测土壤剖面CO₂、土壤水分、土壤温度、土壤O₂及表层CO₂通量

2) SCG-N + OTC-Auto + BTC-100，全面观测地上与地下群落生态过程，包括土壤呼吸、群落光合作用、根系生长周转等

3) SCG-N 与 SoiTron多功能小型蒸渗仪技术结合，建立多功能土壤生态模拟实验观测系统

4) 可进一步选配植物茎流监测、叶绿素荧光监测、土壤营养盐在线分析等

5) 应用与生态科学、土壤与地球科学观测、农业科学、林业科学、湿地生态观测等。