摘要：方案介绍本方案旨在建立一套基于多通道控制和高精度气体分析技术的土壤呼吸自动观测系统，实时监测和评估土壤中二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和水汽（H₂O）等气体的通量变化。通过实现土壤呼吸过程的动态数据采集与远程传输，为农林生态系统碳循环研究、温室气体排放评估
方案介绍
本方案旨在建立一套基于多通道控制和高精度气体分析技术的土壤呼吸自动观测系统，实时监测和评估土壤中二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和水汽（H₂O）等气体的通量变化。通过实现土壤呼吸过程的动态数据采集与远程传输，为农林生态系统碳循环研究、温室气体排放评估及土地资源管理提供科学依据。
监测目标
实时获取CO₂、CH₄、H₂O气体通量数据。
评估不同土壤类型、土地利用方式对温室气体排放的影响。
构建土壤碳排放模型，为碳中和、碳汇研究提供基础数据。
实现土壤呼吸动态变化的长期、自动化监测。
需求分析
当前农业和林业碳排放监测面临数据不连续、手动采样周期长、空间代表性差等问题。本系统通过多通道自动控制、远程通讯与数据管理功能，解决了传统方法效率低、数据质量波动大等瓶颈，满足高频次、多点位的土壤呼吸连续观测需求。
监测方法
采用闭合式自动呼吸室法，通过多通道控制器轮询控制各呼吸室，气体分析仪实时监测通量变化。同步采集土壤温度、湿度、电导率等参数，结合数据处理算法计算气体通量。
应用原理
系统基于气体浓度时间变化的扩散原理与通量计算公式，利用微压差气体流动特性，在短时间内完成每个呼吸室内气体浓度动态采样，通过拟合曲线计算通量。同时引入土壤物理因子修正，提高测量准确性。
功能特点
一套主机可管理8个测量通道，提升空间分辨率。
支持定点、定时自动测量，匹配涡动协方差数据。
通量计算自动完成，支持远程控制与参数设置。
多种数据存储方式，防止数据丢失。
模块化设计，便于扩展与维护。
实时远程查看和下载测量数据，提高工作效率。
硬件清单
气体分析仪（CO₂、CH₄、H₂O）
多通道控制器（含触摸屏、数据处理模块）
自动呼吸室×8
土壤水温盐传感器
可拆卸金属防雨室
高功率太阳能供电系统
安装支架及通信配件
硬件参数（量程、精度）
气体分析仪：
CO₂：0-5000 ppm，精度≤1.5%
CH₄：1-100 ppm，精度≤1%
H₂O：500-20000 ppm，精度≤2%
频率：1Hz
环境适应性：5~40℃，0-95%RH
多通道控制器：
通道数：≥9通道
屏幕：≥7英寸触摸屏
精度：气压±1.5%，温度±0.5℃
通信：4G远程控制、数据实时上传
土壤水温盐传感器：
温度范围：-40~80℃，精度±0.5℃
湿度范围：0-60%，精度≤3%
供电系统：
太阳能功率≥1200W，电池容量≥9600Wh
支持14天连续阴雨天气供电
方案实现
系统部署在野外研究地块，采用1个中心主机搭配8个自动呼吸室，每小时轮询测量各点气体通量数据。主控端可通过4G模块远程修改设置、查看实时数据。供电系统保障持续工作稳定性，所有数据自动上传至云端并本地双备份。
数据分析
采集数据通过系统内置软件自动进行通量计算与统计分析，生成日变化、月变化及季节趋势图表，支持异常值筛查和数据清洗。系统提供通量重计算工具，便于后期模型拟合与科研报告撰写。
预警决策
系统具备异常通量波动报警功能，可自动向后台或手机终端发送预警信息。结合土壤温湿参数变化，可评估排放风险和环境变化影响，为农业减排、林业碳汇管理提供实时决策支持。
方案优点
自动化程度高，节省人力成本。
数据连续、精度高，满足科研与管理双重需求。
系统稳定性强，适应野外复杂环境。
可拓展性强，适配多种研究场景与通量类型。
支持远程控制，便于数据实时获取与项目管理。
应用领域
农业碳排放监测
林业碳汇评价
土地利用变化研究
温室气体排放模型构建
气候变化影响评估
效益分析
通过自动化土壤呼吸监测系统，可显著提升科研数据采集效率，减少人为误差，提高数据时效性和空间代表性，为制定精细化减排政策与碳汇管理措施提供技术支撑。
国标规范
GB/T 32165-2015《土壤呼吸测量技术规范》
HJ 654-2013《温室气体排放监测技术规范》
GB/T 20484-2006《太阳能光伏系统设计规范》
参考文献
王磊等.《中国农田土壤碳排放监测研究进展》.生态学报
IPCC.《气候变化与土地特别报告》
Li et al. (2020). "Soil respiration and greenhouse gas fluxes from agricultural land under conservation practices." Agriculture, Ecosystems & Environment
案例分享
某国家级生态农业示范区部署本系统后，成功实现年度CO₂通量的动态评估，并辅助制定施肥减排策略，每年减少约8%的碳排放量，同时提高土壤碳汇能力，已在多个农业科研项目中得到广泛应用。
来源：欣仰邦
