1、6400-09土壤呼吸室使用说明书LI-COR, inc.Environmental Division4421 Superior StreetP.O. Box 4425Lincoln, NE 68504 USATelephone: 402-467-3576FAX: 402-467-2819Toll-free 1-800-447-3576 (U.S. & Canada)e-mail: URL: http:/ Copyright 1997, LI-COR, Lincoln, Nebraska USASection 2目录第一章. 概述背景知识 1-1预防事项 1-5参考文献 1-5第二章. 安装土
2、壤呼吸室概述 . 2-1把土壤呼吸室连接到气体分析器头部 . 2-3第三章. 软件使用土壤呼吸室前对 OPEN 的设置 . 3-1创建配置文件 3-1执行土壤呼吸室配置文件 3-1土壤呼吸室的配置 . 3-2OPEN 的主菜单 3-2校准菜单Calib Menu . 3-2测量模式下New Measurements 功能键设置 . 3-2测量变量汇总 3-4自动测量程序Autoprograms 3-6第四章. 测量使用土壤隔离环的测量操作 . 4-2不使用土壤隔离环的测量操作 . 4-2测量操作步骤 . 4-2Position the Air Supply Manifold . 4-2Chec
3、k Hose Connections . 4-3Measurement Procedure 4-4第五章. 维护Spare Parts Kit 5-1Soil Temperature Probe 5-1Making Soil Collars . 5-2Zeroing the IRGAs 5-3Zeroing the IRGA While Attached to the Soil CO2 Flux Chamber 5-3Setting the IRGA Span 5-3第六章. 公式引用附录A. 仪器性能参数背景知识Section 2土壤中的CO 2主要来源于根呼吸，有机物腐烂及土壤微生物活动。
4、雨水也会产生直接的影响棗一方面是通过填充土壤中的空隙（增加土壤表面的CO 2通量）；另一方面是通过与土壤中的石灰质相互作用 ；另外，雨水本身溶解的 CO2 也会在土壤中释放出来。因此，土壤CO 2通量取决于土壤温度，有机质含量，水分饱和度及许多空间变量；它对压力的波动非常敏感。密闭的腔体在压到土壤表面时将导致显著的压力变化。土壤水蒸气和腔室头部对空气的加热也会导致气压增大。6400-09土壤呼吸室是透气的，因此腔体内外的气压是动态平衡的 。使用腔室系统测量土壤CO 2 通量取决于腔室中CO 2 浓度。图1-1显示了在测量过程中随着腔室顶部CO2浓度升高 CO2通量的典型变化。Healy et.
5、 al. (1996) 使用的气体扩散分析数字化模型来评估腔室顶部浓度对估计土壤CO 2通量的影响。他们发现腔室对土壤气体浓度梯度产生和干扰将导致低估土壤CO 2通量真实值（ 30分钟的测量过程，低估的比例为 6 34%）。开始测量之前，首先测量土壤表面CO2浓度。一旦安装土壤腔室后，苏打管选钮旋至完全SCUBER状态以抽提CO2。关闭气泵后，腔室内CO2浓度逐渐上升(Figure 1-2)。通过CO2浓度达到环境水平时，数据被记录下来。软件计算环境浓度时的通量，测量可以循环多次(Figure 1-3).Figure 1-1. 不同CO 2浓度下的土壤 CO2 流量Section 2图 1-3
6、. (A). 一个测量周期里的时间序列。通过抽气减少流入腔室的CO 2气体，从而内部的CO 2浓度低于环境浓度。当气泵关闭后，由于土壤呼吸， CO2 会升高。在这阶段，对土壤中的CO 2流量进行计算，得出了CO 2的流量回归函数。 (B).在测量周期的最后阶段，通过CO 2流量回归情况计算出在设定 （定环境）浓度下的最终的土壤呼吸值。预防事项 保持土壤呼吸室遮荫，以免升温。Section 2 如果测量点周围没有林冠，风吹动时会使得土壤呼吸室泄压口处产生气压波动，从而导致测量值不稳定。6400-09土壤呼吸室泄压口处设计有挡风盖来减少以上影响；但是，为求测量数据更准确，最好在刮风环境下用物体为土
7、壤呼吸室挡风。 降雨过后表层土将会变得饱和，土壤表面会形成一薄层阻挡气体扩散，在此饱和层下面CO 2浓度升高。当把土壤呼吸室下部边缘压入土壤时，会把饱和层破坏，在下层积累的CO 2气体随之向外散逸，这将导致测量出来的土壤呼吸初值高于真实值两倍有多。若在降雨前安放好土壤隔离环，通常能减少测量时安放土壤呼吸室对饱和层所造成的破坏；尽管如此，在安放土壤呼吸室时需要非常小心，以免造成土壤隔离环移位。2 安装土壤呼吸室安装6400-09前，气体分析室手柄必须卸下。1. 脱下热电偶插须。接着，需要卸下连接在叶室下部的塑料气管，并把它抽出；换上末端封闭的塑料管（如图2-3），连接到匹配阀上。图 2-3. 末
8、端封闭的塑料管2. 拔下记数按键（使用土壤呼吸室时，无需使用记数按键）。如果记数按键的电线藏在气体分析器底盖里，那么此过程需要把底盖卸下。图 2-4. 卸下记数铵键。n 卸下气体分析器底盖步骤（必要时）：a. 把气体分析器翻转过来，卸下三颗十字螺丝，如图2-5所示。Section 2图 2-5. 脱下气体分析器底盖上的三个十字螺丝。b. 必要时，需要卸下塑料管倒钩。此时，将可以把塑料管倒钩下的底盖脱出来。在此过程需要小心操作，以免损坏底盖下的电路板。若把塑料管倒钩卸下时，需要记录下样本室与参比室进气管的位置，其中，样本室进气管上套有黑色胶。c. 取出连接记数按键的电线。d. 重新装上气体分析室
9、底盖。操作时切勿损坏内 部的电路连接。3. 接脱下手柄：a. 通过顺时针方向旋转松紧螺丝，把手柄与叶室上部分开（如图 2-6）。图 2-6. 顺时针方向旋转松紧螺丝。b. 合上手柄，并套上胶圈，以免手柄活动。否则有可能损坏手柄里的开关。Section 2c. 旋下手柄下方用于固定的两颗螺丝（如图2-7），部分产品是三颗。注意，别丢失了其中的垫片。图 2-7. 旋下手柄下部螺丝。4. 脱下叶室上半部分。a. 首先需要脱下PAR感应器的接口，或者上LED 光源的接口（根据实际的仪器连接情况）。b. 脱下在叶室上半部分后方活页的两颗螺丝（如图2-8所示）。图 2-8. 脱下活页上的两颗螺丝。c. 在
10、分析器两旁的风扇分别由四颗螺丝固定。松开其中一颗，然后把光源后插座固定在上面（如图2-9 ）。Section 2图 2-9. 把光源插座固定在风扇上。5. 脱下叶室下半部分。叶下半部分是通过8颗内六角螺丝固定于分析器底座上，如图2-10 所示。用5/64 内六角起子（配件包中配备），把8颗内六角螺丝旋下，就可以取出叶室下半部分。 图 2-10. 旋下8颗内六角螺丝。6. 使用上一步骤旋下的8颗内六角螺丝，把土壤呼吸室固定块装到叶室下半部分的位置。土壤呼吸室固定块的正确安装方向如图2-11所示。注意在分析器底座上的密封垫片（如图2-11 ），它是可以重复使用的；要确保它一直粘在分析器底座上。在安
11、装土壤呼吸室固定块过程中，密封垫有可以移位，大家需要细心地调整好它的位置。然后，把8颗内六角螺丝上紧。在旋紧8 颗螺丝时，不要一次性上紧，刚开始时，只需上至不掉下即可，然后旋紧其对角位置上那一颗螺丝。如此逐一把8颗螺丝上紧。目的是让8螺丝均匀受力。Section 2图 2-11. 装上土壤呼吸室固定块。7. 确保所有的“O”形圈都在相应的位置上，如图 2-12所示。图2-12. “O”形圈及内六角螺丝安装位置图。8. 用四颗内六角螺丝（使用5/64内六角匙），把6400-09 主体部分与先前安装好的固定块连接起来。四颗内六角螺丝分别位于固定块的四个角上（如图 2-13）。Section 2图
12、2-13.连接 6400-09主体部分到固定块上。9. 插上热电偶。10. 用“U”管把分析器底部的样本室与参比室连接起来，如图2-14 。图 2-14. 把隔断栓连接于样本室与参比室进气口之间11. 把进气管连接到6400-09上，第四章中“检查气路连接”中有详细介绍。接上IRGA连接线。 12. 把6400-13热电偶转换器安装到6400主机的辅助口是；然后把土壤温度探针连接到转换口上。整个安装过程到此完成。Section 3Software 3-13 软件 在 OPEN 操作系统中为土壤呼吸测量进行相应的配置进行土壤呼吸测量前，OPEN 3.0 或以上版本要求建立并执行相应的配置程序。创
13、建土壤呼吸室配置文件1. 在OPEN 系统主菜单下进入 Config 菜单。2. 在 Installation 菜单中选择 “6400-09 Soil Chamber“。3. 当出现“Press to continue“提示时，按 Enter 键。4. 接着将会显示一个配置文件窗口，标题为“The Config (press )“，此时按 Escape键。5. 当提示 “Store this configuration ?“时，按 Y。6. 标准文件对话框出现，默认文件名为“Soil Chamber“，存贮路径为 “/User/Configs/UserPrefs“。 可以根据需要对文件名“So
14、il Chamber“ 进行编辑，然后按 Enter键。接着系统进行文件复制；复制完成后将出现提示，此时按Enter 键，就可以结束配置文件创建操作。执行土壤呼吸室配置1. 进入 Config 菜单2. 在 Reset 菜单中选择 “Reset to User Configuration“。3. 出现可选项后，选择“Soil Chamber“ (该配置名称为前面第6步建立的配置文件名)。以后使用土壤呼吸室时，在启动LI-6400时出现选择配置文件提示时，选择 “Soil Chamber“即可。Section 3Software 3-2土壤呼吸室配置文件这部分将介绍创建土壤呼吸室配置文件后对LI
15、-6400软件的改变。OPENs 主菜单主菜单原来显示的“LI-6400 Photosynthesis System“将改为“LI-6400 Soil CO2 Efflux System“ 。校准菜单（Calib Menu）校准菜单只有以下三个选项供选择：“IRGA Zero (CO2S, H2OS)“IRGA Span“View, Store Zeros & Spans“第一个选项，是进入IRGA调零，而此时仅对样本室 IRGA进行操作。第二个选项，是对IRGA进行标准距校准。第三个选项的功能与光合作用测量环境下的功能是相同的。在运行土壤呼吸室配置文件后，需要进入在气体交换测量模式下的校准菜
16、单，进入Filer ， 选择“/Sys/Open/Calib Menu“路径，通过方向键选择需要的项目，然后按 X键，就能执行相应的程序。测量菜单（New Measurements）功能键的改变在土壤呼吸室配置文件运行后，以下功能键将会被屏闭：“MATCH“ (功能键第1 行, F5)。 由于土壤呼吸室只需使用样本室IRGA，因此匹配功能失去意义。“ (功能键第 2行, F1)“FLOW=“ (功能键第2 行, F2)“Mixer“ (功能键第 2行, F3)“Lamp“ (功能键第 2行, f5)“STOMRAT“ (功能键第 3行, f2)Section 3Software 3-3在土壤呼
17、吸测量模式下，系统将出现以下新功能键，或者对应的功能改变：“AUX OP Params“ （功能键第3行, f2）。这是为三个辅助操作参数提供提示：“Extra Draw Down (ppm)“ - Draw down beyond the window minimum. (参见3-5页， #31)。“Dead Time (secs)“ 抽提后测量暂时停止的时间，用于稳定。( 参见3-5 页，#316) 。“Min Measure Time (secs)“ 测量期间必须持续的最小时间。 (参见3-5页，#317) 。“AREA=“ (功能键第 3行, f1)。面积的默认值为 71.6 cm2,
18、 这是使用土壤呼吸室时的土表面积。在使用土壤隔离环时，这个面积需要改为大一些(典型值为 80 cm2)，这是根据所使用的土壤隔离环的大小来确定。 “Prompt ALL“ (功能键第 3行, f5). 为用户在提示常量清单中设定的常量给出提示。默认的常量为插入土壤深度及描图点（plot #），这是可能由用户自行定义的 (提示控制在配置菜单中“ Config Menu”进行设置)。“Target=“ (功能键第7 行, f1)。设定目标浓度值，即环境 CO2浓度的初始值。而delta 为差值，即如果设TARGET为340ppm,delta为10ppm ，则上限为350ppm，下限为330ppm
19、。当浓度达到350ppm时，泵打开，抽提CO2达330ppm 以下。如此反复循环。“Cycles=“ (level 7, f2). 选取循环次数。“Start“ (level 7, f3)，启动测量循环。“Obs“ (level 7, f4). 选取测量期间存储在记录文件中的数据，包括 ：0) Off关闭1) Intermediate Obs Only仅记录中间观测值2) Final Results Only仅记录最后结果3) Everything记录所有在测量循环期间，LI-6400每2.5秒计算一个观测值。包括基于前7.5 秒CO2 改变速率计算而得的CO2呼吸通量。 循环结束后，Fina
20、l Results最后的结果由 CO2浓度变化与CO2通量的回归，并计算目标值时的CO2呼吸通量速率。一般情况下，您仅需要存储最后的结果，不过其他选项也可以选择。“Depth=“ (level 7, f5)：深度，允许您定义腔室的插入深度。这是重要的，因为影响系统的体积。插入深度是腔室边缘距土壤顶部的距离。 (#305, page 3-5)我们一般设置2cmSection 3Software 3-4Examples: 如果腔室插入土壤3cm ，插入深度为3。如果使用土壤垫圈，边缘离土壤为1cm，插入深度设为-1。变量参数User VariablesThe soil CO2 flux confi
21、guration defines a number of user variables and constants. ID # Label Description300 dC/dt Running average of dC/dt (umol/mol/s) over the previous 7.5 seconds301 dW/dt Running average of dW/dt (mmol/mol/s) over the previous 7.5 seconds302 C2avg CO2 appropriate for Rsoil (#320)Mode=3: Running average
22、 of CO2 (umol/mol) over previous 7.5 secondsMode=4: Target CO2303 Wavg Running average of H2O (mmol/mol) over previous 7.5 seconds304 Vtot Actual system volume (cm3), accounting for insertion depth*305 InsDpth Insertion depth (cm)306 dc/dt Rate of change of CO2 density corrected for evaporation (see
23、 Table 6-1, page 6-3)*307 Vbase Total volume (cm3) at 0 insertion depth 310 Mode Operating mode (0, 1, 2, 3, or 4)0 - off1 - drawing CO2 down to (target - delta - extra)2 - waiting to get up to (target - delta) and for dead time to expire3 - measuring4 - final result (just reached target + delta) an
24、d min. measure time has expired311 Smpls # obs of slopes or flux rates312 Program StatusShows Mode labels313 Target Target CO2 umol/mol314 Delta CO2 Delta umol/molSection 3Software 3-5*315 ddMarginExtra draw down (ppm)*316 Dead TimeDead time after pump off*317 MnMsrTmeMinimum measurement time*318 Nu
25、mCyclesMax # of cycles320 EFFLUX Soil CO2 Efflux Rate umol/m2/sIf Mode=3: ObservationIf Mode=4: Final result321 RHcmbr%RH in soil chamber %, based on Tsch_C322 Tsoil_C Soil Temp C, based on soil temp probe.323 RHirga%IRGA RH, based on Tair (in sample cell).324 Tsch_C Soil Chamber Air Temp C (measure
26、d with leaf temp thermocouple) 330 R(C)m Slope of dc/dt vs CO2 (valid when Mode=4)331 R(C)b Offset of dc/dt vs CO2 (valid when Mode=4)* Indicates a constant that can be included in the prompt list (Prompt Control in the Config Menu). The prompt list can be triggered by “Prompt ALL“ (level3, f5) and/
27、or can be made to trigger at the start of a measurement.Section 3Software 3-6自动测量程序（AutoPrograms）创建土壤呼吸室配置文件后，将会新增了一项自动测量程序“Soil Efflux vs CO2“ ，保存在系统以下目录中： /user/configs/AutoProgs“ 。自动测量程序在给出目标值范围后，就会自动进行测量操作。Section 414 测量在完成土壤呼吸室的安装，及创建相应配置文件后，以下将介绍在土壤表面进行土壤呼吸测量的步骤。有两种不同的方法进行土壤呼吸测量。可以把 6400-09 土壤
28、呼吸室直接插到土壤中进行测量，或者把6400-09土壤呼吸室套在土壤隔离环上进行测量。是否把土壤呼吸室直接插到土壤中进行测量，有以下几点需要考虑：l 在测量前不安装土壤隔离环，可以扩大抽样。l 当把土壤呼吸室直接插到土壤中，通常会导致一定量的CO 2渗透到土壤中。因此，插入土壤呼吸室后，需要等待至少30分钟才能开始测量。l 直接插入到土壤中，会破坏土壤表面的结构。与直接把土壤呼吸室插入到土壤中相比，使用土壤隔离环有以下几点优点：l 若在测量前几小时或几天前把土壤隔离环安放到相应的测量点，那么由其对土壤带来的破坏可以忽略。l 使用土壤隔离环，可以在同一个地点重复测量。Section 42使用土壤
29、隔离环的测量操作土壤隔离环应该在测量前的几小时，甚至更早一点安放在测量点。与此可作一个对照测量，观察在插入土壤隔离环后，土壤气体流量是否稳定。注意，无论如何，土壤表面呼吸情况与一天不同时间有关，昼夜循环变化可以是很大的。在使用土壤隔离环时，同时需要注意避免土壤呼吸室底部边缘对土壤表面产生破坏。可是，土壤呼吸室需要尽量接近土壤表面，以便在土壤呼吸室内的气流能够充分混和表面的气体。这可以通过调整制动环的高度来使土壤呼吸室尽量贴近土表。同时，需要在制动环与土壤隔离环之间加上一个海绵气垫，来减少漏气。使用了厂家提供的土壤隔离环时，土壤面积应设为80 cm2。不使用土壤隔离环的测量操作土壤呼吸室应缓缓地
30、放到土壤表面，然后用力压到相应的固定点，此过程不要旋转呼吸室。旋转土壤呼吸室会破坏土壤表面，并使得土壤呼吸室内壁与土壤之间产生空隙，以致土壤中的CO 2散逸。土壤表面在开始测量前瞬间，不应该受到破坏。若需要对土壤表面清理、整平，那么需要提前准备好；最好是提前几个小时，这样能减少影响，一天以上，那么带来的影响几乎可以略掉。测量操作1. 定位好气体供应歧管Manifold上下调整土壤呼吸室内部下方的气体供应歧管，使其离土壤表面距离为1-2 cm，不管测量中是否使用土壤隔离环，这样能保证由IRGA过来的气体得到相当好的混和。2. 检查气管连接连接LI-6400与6400-09 之间的整体供气管排列如
31、图4-1 所示。注意，其中一条连接土壤呼吸室的胶管上缠有黑色橡胶，它应该连接到LI-6400主机侧面的样本室与参比室进气口，这里需要用一条“Y ”形管把原来的样本室与参比室进气口连接起来 。 另外一条连接土壤呼吸室的胶管到LI-6400主机采气口（标有Inlet）。Section 433. 测量操作步骤完成上面操作后，则可以按以下步骤进行测量：1. 确定土壤表面的CO 2 浓度。把土壤呼吸室靠近土表，观察LI-6400显示的土壤呼吸室内 CO2 浓度 (CO2S)。2. 把6400-09 安放在测量点。把土壤温度探针插入到土壤一定深度 (通常为 5 至 10 cm),，并靠近土壤呼吸室。3.
32、进入测量菜单。设定CO 2 浓度目标值“Target“ 及变化范围 “delta“ (功能键第 7行， f1).。前面第1步测量得到的土表CO 2浓度作为目标值，并选择一个适应研究需要的变化范围。对于低流速，delta 值可以为 5 或 10 ppm；若流速相对较高，那么需要把 delta 适当增大。4. 输入土壤呼吸室插入土壤的深度“depth“单位为 cm (功能键第7行, f5)。深度可通过测量呼吸室底部得出。如果是把土壤呼吸室直接插入到土壤中，那么应该在 1 至 3.2 cm，这取决于土壤类型及制动环的定位情况（如图4-2a)。如果使用了土壤隔离环，那么应该输入负数，深度为土壤呼吸室底
33、部边缘与土表之间的距离，单位为 cm (如图 4-2b)。图 4-2. 判断土壤呼吸室插入的深度。5. 输入在该测量点循环测量（Cycles）的重复次数 (功能键第7行, f2)。Section 446. 选择数值记录方式：记录最终的计算结果，记录测量过程中的瞬时观察值，还是两者都记录 (功能键第 7行, f4)。7. 按 Start (功能键第7 行, f3)开始测量。若尚未打开任何记录文件，系统会提示输入保存数据的文件名。此时，按 键，数据会记录在缓存中，或输出到 comm 口。如果再次按下 键，数据将不会被保存，但测量程序还将继续进行。测量过程，用户定义好的提示语句将自动给出，提示语句清
34、单在功能键第3行, f4 “Prompt ON Log“进行设定。8. 加入标识。测量循环就可以开始了。注意: LI-6400系统提供图示化监视测量过程的进展，调用“Soil Efflux RTG“ (如图 4-3). 这是土壤呼吸室配置程序的默认曲线图设置。xxxxxxx图4-3. 实时测量进展图 “Soil Efflux RTG“ 所显示的是样本室内 CO2 浓度，以及每一个测量循环中土壤 CO2流量的函数。55 维护配件包中包括了常用的6400-09替换件。如果需要重新单独订购这些配件，请参照下表5-1所示的配件编号。详尽的配件编号在第2-2页图2-2 。Table 5-1. Soil
35、CO2 Flux Chamber Spare Parts ListPart # Description6000-09TC 土壤温度热电偶6400-13 热电偶适配器9964-054 Replacement parts kit6560-228 Soil collars*9960-112 Gasket kit (foam gaskets and O-rings)土壤温度探针制作土壤垫圈Soil collars can be easily constructed from thin-walled polyvinyl chloride (PVC) pipe (i.e., sewer and drain
36、 pipe). The tubing must have an inside diameter of 3.930” (10 cm) or larger maximum 4.65” (11.8 cm) O.D. Cut a section approximately 1.75” (4.4 cm) long or longer, depending on your soil type and experiment, and bevel one edge with a grinding wheel so that it can be pressed into the soil. Soil colla
37、rs are also available from LI-COR at a nominal cost under part #6560-228 (1 each).Figure 5-7. Soil collar dimensions.6IRGAs调零需要改变连接方式1. 连接变化a. 从下图jumper位置拔下 To-Sample 软管 (带黑色软胶套) (Figure 5-8).Figure 5-8. 改变后软管连接方式b. 有两条来自操作台的长软管。找到连接于土壤腔室的带有黑色软胶套的软管。断开它(on the soil chamber end), 重新连接于a步骤提到的短的To-Samp
38、le 管2. 您也需要覆盖土壤腔室的开放端。可以把塑料的盖子罩上，也可以放置于光滑的表面上。目标是阻止大的CO2浓度进入腔室 (如人的呼吸) 并扩散入 IRGA。调零期间，系统风扇将关闭，因此来自土壤腔室的空气不与样品室分析仪光路中的气体交换。系统现在可以调零了。3. CO2调零时调节苏打管选钮至完全scrub 状态, H2O调零时调节干燥管选钮至完全scrub状态调整 IRGA 跨度（Span）1. 把标定气体直接连接到样本室的进气口。 而不是控制器侧面的系统进气口 。注意：如果需要对参比室的IRGA 的测量间距进行标定，请将标定气体直接连到参比室进气口。请不要将标定气体连接到样本室进气口，
39、然后通过打开匹配阀来标定参比室IRGA。2 调整样本室IRGA的时，用盖把土壤呼吸室下端密封。3. 系统现在可以进行跨度调零了。4. 注意：未经厂家工程师确认，请不要自行调节跨度，以免出现错误。同时仪器出厂时跨度已经校准，不需要自行调节。7Table 6-1. The terms of the LI-6400s soil flux equation (6-10).SymbolDescription Units Soil Config LABELFc Soil flux of CO2 mol CO2 m-2 s-1 EFFLUXP Atmospheric pressure kPa Press_kPaV Total system volume cm3 VtotS Enclosed soil area cm2 AreaTc Air temperature in chamber Tsch_CC CO2 concentration mol CO2 mol-1 CO2S_祄lW H2O concentration mmol H2O mol-1 H2OS_mml
