箱式法技術

生態系統碳氮水交換研究不僅可用于精確測定生態系統的碳氮水收支，而且有助于改善區域和的碳循環、氮循環、水平衡模型以及預測生態系統對變化的響應和適應，監測碳氮源、匯的變化，為評估生態系統的固碳能力及物質通量變化提供基礎數據。

       生態系統碳交換測量方法有三種：渦度相關（(eddy covariance)）、測樹學(biometry)和箱式法(chamber methods)。渦度相關法可連續、直接地測定生態系統尺度的凈碳交換，但不能直接區分總初級生產（GPP）和生態系統呼吸（Re），且場地要求嚴格，在某些氣象條件和時間段不可用。

箱式法作為一種簡單、快捷的觀測手段，通過遮光、排除植物或其地上部分等實驗手段，能夠對低矮植被的凈生態系統碳交換（NEE）、生態系統呼吸、土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）進行直接觀測。

大量的研究發現渦度相關法、測樹學法和箱式法在測量生態系統碳收支時結果差異很大。例如東北林大王興昌團隊通過分析文獻數據，發現EC法測定的NEP平均比測樹學法高25%，而EC法測定的的Re比箱式法低10%。

增大箱式法的箱體尺寸，集渦度相關法和箱式法于一體，在同樣的尺度上對比研究，成為探究三種測量技術結果差異的途徑之一。

箱式法尺度

王迎紅等通過長期野外觀測土壤溫室氣體的實驗得出，農田生態系統宜使用65 cm × 65 cm × 90 cm的中大型采樣箱，草地生態系統宜采用40 cm × 40 cm × 25 cm的中型采樣箱[1]，生態系統的交換需要比觀測土壤氣體更大的箱體。

早期箱式法采用靜態箱，因間歇式低頻人工觀測結果隨機誤差大、時間代表性差的問題，后來出現了自動開閉的自動箱。

自動箱有2種，一種測量時覆蓋地表，測量完成后自動移動到側面，對測點無遮擋，但這種自動箱面積小、高度低，一般只能用于測量裸地的土壤呼吸，測量覆地的草本生態系統時因面積小代表性差。另外一種是帶框架的自動箱，不測量時無法打開，會影響測量點的氣體擴散，影響測量精度。

自動箱底面積小、高度低 

帶框架的自動箱 無法打開(圖片來自網絡）

iChamber 群落自動箱是澳作公司擁有自主知識產權、自主研發、國內生產的產品，集六項設計于一體，無二的無框架、無立柱設計，高度隨植物生長可調、面積可達1平米、高度2米，可用于生態系統碳交換在線測量。

 S120型iChamber面積1M2（直徑1.2M），高度2.0米，可測量灌木、苗木，用于森林、濕地、荒漠植被等生態系統交換測量。

S62型iChamber面積0.3M2（直徑0.62M），高度0.8米，用于農田生態系統，帶植被的濕地、荒漠生態系統，帶藤曼、灌木的草地、城市生態系統。

S35型iChamber面積0.08M2（直徑0.35M），高度0.5米，用于草地生態系統。

凈交換通量在線測量模式

 箱式法測量交換量有穩態和非穩態2種測量模式[2]，穩態法因氣體調節復雜，只用于面積小、高度低的箱體，一般用于測量土壤呼吸；非穩態測量技術通過單位時間內透明箱內氣體濃度變化計算凈交換量。

因箱效應對測量精度的影響隨著箱體高度增大可明顯降低，所以在線測量凈交換量要采用面積大的高箱體。

 iChamber生態系統碳氮水交換在線測量系統在傳統的自動箱技術上，進行了如下改進：

箱體高度超過冠層

測量時，箱體自動升高，可達2米，可超過植被冠層，測量結束后，箱體高度自動下降。未測量時，測點和大田微氣候條件一致，箱體不改變測點的環境因子，無需象靜態箱法定期更換測量地點。

箱體高透光，直接測量凈交換量

透明箱體采用高透光率材料，測量時不影響植被的光合過程。也可選用非透明箱體只測量呼吸過程。因iChamber生態系統碳氮水交換在線測量系統可全時、自動測量，透明箱體可在夜間自動測量呼吸過程，確保觀測數據的連續性。

同步測量多種物質

改變了過去觀測物質種類單一、缺乏多種物質組分集成觀測的情況，一臺分析儀同步測量CO_2、 N₂O、CH₄、H₂O、¹³C-CO₂、¹⁸O-CO₂ 六參數，可識別不同物質排放過程之間的協同或消長關系。

高頻連續測量，測量精度高

iChamber生態系統碳氮水交換在線測量系統，主機采用可調諧激光直接吸收光譜技術測量頻率可達10Hz，分辨率達ppt級。

數據記錄存儲

對箱體內外的空氣溫濕度、土壤溫度、水分、光合有效輻射同步測量、記錄，用于交換通量校正計算和影響機制闡明。

參考文獻

1 王迎紅. 陸地生態系統溫室氣體排放觀測方法研究、應用及結果比對分析[D]. 北京: 大氣物理研究所, 2005 [Wang YH. Chamber method measurement of greenhouse gas emissions from typical terrestrial ecosystems of China: method research, application and results discussion [D]. Beijing: Institute of atmospheric physics, Chinese Academy of Science, 2005]

2 溫學發. 箱式通量觀測技術和方法的理論假設及其應用進展. ChinaFLUX第十四次通量觀測理論與技術培訓