【摘 要】
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土壤学研究是当前生态环境研究中的一个重要课题,土壤碳通量的变化对于生态环境和农业领域的研究都有非常重要的意义。目前科研领域所使用的碳通量监测方法主要为动态气室法,
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土壤学研究是当前生态环境研究中的一个重要课题,土壤碳通量的变化对于生态环境和农业领域的研究都有非常重要的意义。目前科研领域所使用的碳通量监测方法主要为动态气室法,其具有携带方便,能够实时获取数据,精确度较高的特点,但也存在一些缺点导致无法进行长时间持续监测。针对这一问题,本研究提出Maxwell-Stefan扩散模型并采用开放型气室作为监测仪器的主体,将浓度梯度这一扩散学理论应用于土壤呼吸的监测中。通过仿真实验和实地监测所得结果进行分析,取得以下研究结果:(1)土壤气体在开放式气室内的自由对流扩散过程中存在质量守恒。通过对线性扩散阶段和动态平衡阶段进行建模,并对平衡公式进行推导,得出了土壤呼吸速率与气室内流速及CO2气体浓度分布的关系。从理论上验证了开放型气室测量土壤呼吸速率是可行的。(2)在仿真和实测结果中,各层传感器的二氧化碳浓度在稳态之后都呈现出较为稳定的浓度梯度,说明了Maxwell-Stefan扩散学理论可以应用于土壤碳通量的计算。(3)开放型气室使得土壤中释放出的二氧化碳气体可以在气室内部自由扩散从而消除了密闭气室对于土壤呼吸得抑制,可以进行长时间可持续的监测。(4)通过长时间的监测实验并且与Li-8100的监测结果进行对比,取得了和Li-8100较为相近的结果,证明了本研究所提出的监测仪可以实现碳通量的精确测量。本研究不仅为开放型土壤呼吸监测仪提供了理论基础和实测经验,也为解决长时间精确监测土壤碳通量这一课题提供了一种创新并且实用的方法。
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