红外传感器助力土壤碳通量测量系统及测量系统原理及结构分析

一、什么是土壤碳通量？

碳通量 (Carbon flux)是碳循环研究中一个基本的概念，表述生态系统通过某一生态断面的碳元素的总量。例如：某河流的碳通量，就是流过河流断面的有机碳和无机碳的总量；某森林生态系统碳通量，就是该生态系统单位时间单位面积上的碳循环总量。土壤碳通量测量是生态学与全球变化研究的重要组成部分，是目前国内外研究的热点问题。

二、检测土壤碳通量有什么意义？

土壤呼吸是土壤生态系统碳素循环的一个重要过程，也是土壤中生命活动的表征，准确测定其释放量是评价生态系统中生物学过程的关键；通过对土壤呼吸及其相关参数的监测，可估测根系和土壤微生物对气候变化的响应。土壤碳通量在时间和空间上受多种复杂物理和生物过程影响，因此，长期、连续、准确的测量土壤碳通量，对陆地生态系统碳通量研究具有重要的意义，土壤碳通量测量系统可广泛应用于农业生态科研、全球气候变化、土地利用方式改变、生态修复研究、土壤微生物活力评估等领域。

生态系统中的碳交换

三、土壤碳通量测量系统的原理及结构示意图

根据菲克第一定律(Fick’s first law)，在（稳态扩散的情况下）单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量Diffusion flux，用J表示）与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比。

以土壤中的CO2为例 ，土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m−2s−1）即根据该定律求出，具体计算公式为：

J= -D(dC/dx)

其中D为CO2在土壤中的扩散系数(单位为m2/s，与土壤温度、土壤体积含水量及土壤空隙度有关)，C为深度为x（单位为m）的CO2浓度，dC/dx为浓度梯度，“–”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散由高浓度区向低浓度区散。

土壤碳通量测量系统结构示意图

在整个测试过程中，气体浓度的测量及分析尤为关键。NDIR吸收光谱法检测大气中的CO，CO2 ，CH4等气体浓度具有测试精度高和稳定性好的特点，利用该传感器监测土壤不同层次的气体浓度，对于进一步了解气体浓度在土壤中的传输过程机制具有很大价值。同时，由于被测气体并不与传感器发生直接反应，所以红外传感器能够承受高湿，高粉尘和污垢等其他恶劣环境实现采样分析，是一种极具发展前途的传感器。

四、如何为土壤碳通量测量系统选择气体传感器？

先锋科技能提供基于NDIR技术的气体传感器，以其高精度、高可靠性、超长的使用寿命以及具有极高的选择性，不会受到气体的交叉影响，获得用户的好评。

构成NDIR二氧化碳传感器的三个核心元件为：红外光源、红外探测器以及吸收气室。其中红外探测器通常与窄带滤光片作为一体，实现对被测气体的选择性吸收和测量。

气体传感器结构图

五、先锋科技提供的气体传感器

针对不同客户的需求，我们提供了两款气体传感器供选择。

产品一（无标准产品，可根据客户需求进行个性化定制）

一、测量气体参数

注： 其他气体及指标均可根据要求定制

二、主要技术参数

三、机械安装图

产品二

产品名称：EI气体传感器

产品链接：https://www.teo.com.cn/show/398/794.html