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北京澳作生態儀器有限公司
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LysiCosm 碳氮水耦合循環過程監測系統
一、 應用
生態系統碳、氮、水循環過程研究已經從單個的、獨立過程研究轉向碳氮水耦合循環過程機理的探索。
| 于貴瑞 王秋鳳 方華軍 陸地生態系統碳-氮-水耦合循環過程的基本科學問題、理論框架及研究方法 第四紀研究 2014，34（04）：683-698 |
LysiCosm 碳氮水耦合循環過程監測系統基于國際上生態系統控制實驗系統的設計、使用經驗，結合國內的應用需求，及澳作公司十多年控制型蒸滲系統的設計、施工和運行經驗，研制了可同步觀測碳、氮、水耦合循環過程的LysiCosm，助力生態系統碳氮水循環研究，及氣候變化下生態系統響應過程和機理研究。
二、系統組成
| LysiCosm 測量中 |
| LysiCosm 測量結束 |
三、系統功能
1、澳作研發設計的產品iChamber多功能自動箱能維護測量點的小氣候與大田一致。在測量時升起、結束后落下，減少對測量點的降水、光照、風等影響。
常規的自動箱測量面積小，往往數據不具代表性，iChamber測量面積大，可覆蓋土柱表面，使土壤表面排放通量與土壤剖面水文參數具備可比性，實現同步觀測。
尺寸：0.1 - 2平米，可定制
高度：0.5 - 2米 ，可定制
2、該系統可同步觀測多種氣體通量，部分氣體分子組合如下（可根據科研需要，提供近百種氣體組合）：
1）N2O、CO2、NH3、O3、CO、H2O
2) N2O、CO2、CH4、COS、CO、H2O
3）NO、NO2、H2O
4) N2O、CO2、CH4、CO、C2H6、H2O
5) HONO、HNO3、H2O
3、該系統還可同步觀測多種氣體同位素通量，部分氣體同位素組合如下：
1）N2O、15N14N16O、 14N15N16O、 14N14N18O
2）CH4 13CH4、CH3D
3）CO2、13C-CO2、17O-CO2、18O-CO2
4、該系統采用的Aerodyne閉路氣體分析儀檢測限可達ppt級，可自動全量程校準和零點校準，滿足痕量氣體如N2O等的測量精度要求。
| 15N14N16O、 14N15N16O、 14N14N18O 和13CH4同步觀測 |
5、技術活性鈍化裝置可顯著提高粘性氣體分子如NH3、HONO等的響應時間，實現粘性氣體和非粘性氣體的同步觀測，如 N2O、CO2、NH3、O3、CO、H2O
同步觀測。
慣性顆粒物分離裝置，能有效減少顆粒物附著，確保兩次采樣不會交叉污染。
6、LysiCosm控制型土柱具備邊界層控制能力，確保柱體內的水分、水勢梯度與大田一致。
柱體布設在大田的設計，確保柱體溫度與大田一致。
LysiCosm即可用于原位觀測，也可做控制實驗，其數據可擴展到大田尺度。
| LysiCosm 控制型土柱體布設在大田 |
四、技術指標
該系統測量氣體分子1s及100s測量精度、響應時間如下：
常見痕量溫室氣體：
| 參數 | N2O | CH4 | CO2 | NH3 | H2O | COS | NO | NO2 | HONO |
| 精度 1s | 0.03ppb | 0.1ppb | 100ppb | 40ppt | 10ppm | 0.005ppb | 0.15ppb | 0.03ppb | 0.21ppb |
| 精度 100s | 0.01ppb | 0.25ppb | 25ppb | 10ppt | 5ppm | 0.002ppb | 0.15ppb | 0.01ppb | 75ppt |
| 測量范圍 | 0-10000ppb | 0-10000ppb | 0-5000ppm | 0-10000ppb | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm | 0-5000ppm |
| 響應時間 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 |
含C氣體同位素：
| 參數 | δ13CH4 | δCH3D | δ13CH4 | CO2 | δ13C | δ18O |
| 精度 1s | 3‰ | 30‰ | 1‰ | 25ppb | 0.1‰ | 0.03‰ |
| 精度 100s | 1‰ | 30‰ | 1‰ | 10ppb | 0.03‰ | 0.03‰ |
| 測量范圍 | 3‰ | 30‰ | 1‰ | 25ppb | 0.1‰ | 0.1‰ |
| 響應時間 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 |
含N氣體同位素：
| 參數 | NH3 | δ15N14N16O（δ15Nα） | δ14N15N16O（δ15Nβ） | δ14N14N18O（δ18O） |
| 精度 1s | 40ppt | 0.1‰ | 0.03‰ | 8‰ |
| 精度 100s | 10ppt | 1‰ | 1‰ | 2‰ |
| 測量范圍 | 0-10000ppb | 300~30000ppb | 300~30000 | 300~30000 |
| 響應時間 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 |
四、技術應用
歐盟TERENO項目，用蒸滲筒采集原狀土柱，并轉運至氣候條件不一樣的地點，以模擬氣候變化，同時應用Aerodyne激光痕量氣體監測儀監測土壤中痕量溫室氣體的排放過程。
除氣候變化外，項目還增加了耕作方式、灌溉方式等因子對痕量溫室氣體排放的影響，以研究痕量溫室氣體排放的影響機制。
文獻：蒸滲儀在草原土壤水平衡和氮素淋失研究中的應用-氣候和管理對德國山地草原土壤水平衡和氮素淋失的影響
Gasche R et al. Impacts of climate and management on water balance and nitrogen leaching from montane grasslａnd soils of S-Germany. Environmental Pollution, 2017.
行走式土壤自動箱順序在18個蒸滲土柱上測量N2O、CH4和H2O。
自動箱內配置了紅光，藍光光源，可模擬不同太陽光照下，土壤痕量溫室氣體的排放過程。
Aerodyne激光痕量溫室氣體監測儀在中心軟件控制下自動循環測量18個蒸滲土柱的痕量溫室氣體排放。基于中紅外激光直接吸收光譜技術（TILDAS），時間分辨率高達10 Hz，多反腔(Astigmatic Multipass Absorption Cells）提供的長達76m或400m的光程，檢測限達ppt級。
此項目造價高，占地大。LysiCosm 碳氮水耦合循環過程監測系統基于同樣的技術，單個柱體獨立測量，系統可模塊化擴展，大大降低了單個柱體的觀測成本，用戶可根據科研經費分步建造。
LysiCosm是國內外監測體積的溫室氣體通量、氣體同位素通量監測系統，觀測精度和觀測面積處于水平。
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