一、土壤呼吸觀測的方法學意義

土壤呼吸是土壤生態系統碳素循環的一個重要過程，是土壤碳素同化異化平衡作用的結果，也是碳素由陸地生態系統返回大氣的主要途徑，是土壤中生命活動的表征。準確測定其釋放量是評價生態系統中生物學過程的關鍵；通過對土壤呼吸及其相關參數的監測，可估測根系和土壤微生物對氣候變化的響應。這一段方法學定位決定了土壤呼吸觀測不是可選項目，而是碳循環研究的基礎工作。

方法上的難點在于土壤 CO? 通量在時間和空間上受多種復雜物理和生物過程影響。溫度通過影響微生物活性改變排放強度，水分通過影響氣體擴散與微生物代謝發揮作用，植被覆蓋、根系活動與土壤結構也會造成空間上的差異。長期、連續、準確的測量土壤碳通量，對陸地生態系統碳通量研究具有重要的意義——這句表述中「長期、連續、準確」三個限定詞，恰好對應了通量觀測設備需要具備的三項能力。

恒美智造土壤呼吸測定儀通過密閉空間內氣體濃度變化率的方式獲取通量，工作起點是把一個已知容積的密閉空間穩定地建立在土壤表面上。這個起點看似簡單，實際包含了對呼吸室幾何尺寸、密封狀態與氣體混合效率的多重要求，也是后續所有換算可信的前提。HM-THm 主機體積 260×260×130 mm、重量 3.25 kg，便攜性較好。HM-TH1 與 HM-TH2 的包裝重量分別為 7.2 kg 與 9.5 kg，轉運時需要考慮人力安排。

二、氣體測量模塊的技術構成

表2 恒美智造土壤呼吸測定儀的測量原理與作業鏈路

表注：呼吸強度與碳通量由儀器依據 CO? 測量數據自動換算得出，N?O 與 CH? 釋放速率同理。

CO? 測量采用加入了溫度調節的雙波長紅外二氧化碳分析器，測量范圍 0—5000 ppm。分辨率在 HM-THm 上為 0.1 ppm、精度 3 ppm；在 HM-TH1 與 HM-TH2 上為 1 ppm、精度 1% VOL，檢測下限 ≤1% VOL。二氧化碳測量不受溫度變化影響，具有穩定、精度高、反映靈敏的特點，1 秒鐘之內就可以完成二氧化碳差值采集。響應速度決定了設備能否捕捉通量的快速變化，這一點在溫度波動較明顯的時段尤其重要。

HM-THm 的溫度測量采用德國賀利氏高精度數字溫度傳感器，測量范圍 -20—80 ℃，分辨率 0.1 ℃，誤差 ±0.2 ℃；濕度采用瑞士進口高精度數字濕度傳感器，測量范圍 0—85%，分辨率 0.1%，誤差 ≤1%。HM-TH1 與 HM-TH2 的濕度測量范圍為 0—100% RH，精度 ≤±2% RH，分辨率 0.001，檢測下限 ≤1% RH；大氣壓力測量范圍 300—1100 hPa，分辨率 1 hPa，誤差 10 hPa；呼吸室溫度測量范圍 0—50 ℃。

HM-TH2 在多氣體測量上的擴展是恒美智造本系列的技術重點。N?O 測量范圍 0—500 ppm，精度 ≤±2% F.S.，分辨率 1 ppm，檢測下限 ≤1%；CH? 測量范圍 0—100 ppm，精度 ±2 ppm，分辨率 0.5 ppm，檢測下限 ≤1%。不僅能測量 N?O 和 CH? 的釋放量，還能顯示其釋放速率（單位 μmol/m2·s，依各自測量數據自動換算）。把三種溫室氣體的釋放量放在同一次作業中獲取，對通量研究的方法一致性有明顯幫助。

三、流量控制與呼吸室幾何

HM-THm 采用玻璃轉子流量計，流量在 0—1.5 L 范圍內任意設定，誤差 1%，在 0.2—1 L/min 范圍內精度 <±0.2%；可選配微型電子流量計，流量在 0—1 L 范圍內任意設定，分辨率 0.0001 L。HM-TH1 與 HM-TH2 的氣體流速標準為 800 ml/min 可調，且可在儀器上直接設定。恒美智造把流量參數的作用定義為維持呼吸室內氣體的循環與混合，讓采集到的濃度變化更能代表室內整體狀況。

呼吸室的幾何尺寸決定了測量覆蓋的范圍。HM-THm 的呼吸室尺寸為直徑 110 mm、高 200 mm，其他尺寸呼吸室可定制；HM-TH1 與 HM-TH2 的呼吸室尺寸為 180 mm(H)×100 mm(D)，容積 1413 cm3。尺寸選擇需要與實際研究對象匹配：覆蓋面積過大會納入過多異質區域，過小則可能不具代表性；高度則與室內氣體混合的空間有關。恒美智造提供定制選項，為不同研究場景留出了適配余地。

呼吸室與地面之間的密封狀態是流量控制之外的另一項關鍵。若貼合不嚴，室內氣體會與外環境交換，濃度上升速度被壓低，換算出的通量讀數偏低。因此作業流程中把「底座安放」與「呼吸室密閉」列為獨立環節，要求在安放前清理出平整的底座面，安放時避免擾動表層土壤造成瞬時排放。HM-TH2 的 N?O 測量范圍 0—500 ppm、CH? 測量范圍 0—100 ppm。

四、數據采集、存儲與聯網

恒美智造土壤呼吸測定儀在數據采集上的分工是：HM-THm 通過 3.5 英寸 TFT 真彩液晶屏（分辨率 800×480，強光下清晰可見）與六按鍵完成現場操作，數據經 USB 連接電腦直接導出；HM-TH1 與 HM-TH2 采用 Android 安卓操作系統與 7 英寸高清觸摸屏，配專用動態分析軟件，可在安卓顯示屏上實時顯示實驗過程，省去往電腦端拷貝數據、整理分析的步驟。

表2 恒美智造土壤呼吸測定儀的數據與系統配置

表注：數據流轉方式可結合本單位的信息化管理要求選擇，具體接口以雙方確認的方案為準。

存儲方面，HM-THm 內存 16 G 并可擴展為 32 G；HM-TH1 與 HM-TH2 存儲空間 16 G，可存儲 100000+ 條數據。按單點觀測的數據量估算，這一容量足以支撐長周期的野外布點。聯網方面，恒美智造為 HM-TH1 與 HM-TH2 配置了 wifi、4G 聯網與云端服務，數據可無線上傳至云平臺；三個型號都支持 USB 接口導出到 U 盤且免驅動插拔，為無網絡條件的樣地提供了取數路徑。

輸出環節還包含兩項面向現場管理的功能。HM-TH1 與 HM-TH2 檢測完成可直接打印并上傳檢測數據結果，便于當場留檔并隨樣品或記錄流轉；同時支持 GPS 定位，點位坐標可與數據對應留存。野外監測點位往往分散且缺乏明顯參照物，把坐標與數據綁定，能夠顯著降低后期數據整理時的對應難度。HM-TH2 不僅能測量 N?O 和 CH? 的釋放量，還能顯示其釋放速率。

五、測量質量的影響因素

表2 恒美智造土壤呼吸測定儀的計量與期間核查要點

表注：上述核查為使用方內部質量控制手段，與法定計量檢定的要求與周期分別執行。

影響讀數質量的因素可以分成現場操作、設備狀態與環境條件三類。現場操作類包括呼吸室安放手法是否一致、是否擾動表層土壤、密閉是否可靠，這一類因素的影響比較直接且完全可以通過規范操作控制。設備狀態類包括電量是否充足、傳感模塊是否正常、氣流通道是否通暢，隨使用時長緩慢變化，需要通過定期檢查來控制。HM-TH1 與 HM-TH2 的大氣壓力測量范圍為 300—1100 hPa，呼吸室溫度測量范圍為 0—50 ℃。

環境條件類因素相對復雜。溫度、濕度、氣壓本身既是被記錄的對象，也會影響測量過程；周圍的人員走動與強氣流會造成讀數波動；土壤含水量在降雨前后差別明顯，通量隨之變化。這些因素中大部分正是研究想要捕捉的對象，不需要消除，需要警惕的是與通量無關的干擾，例如安放時的人為擾動和密閉空間的漏氣。恒美智造土壤呼吸測定儀把溫度、濕度、氣壓等環境參數與通量數據同步記錄，正是為了讓使用方在分析階段能夠區分正常變化與異常干擾。

把質量影響因素梳理清楚之后，期間核查的設計就有了依據。恒美智造土壤呼吸測定儀的期間核查建議圍繞呼吸室密封、讀數合理性、重復性、量程符合性、環境條件與數據留存六項展開，分別對應現場操作類與數據類的主要風險點。核查頻次可以根據觀測周期與研究質量要求調整，核查記錄應包含日期、點位、觀測數據與結論，與觀測數據一并歸檔。HM-THm 采用玻璃轉子流量計，流量在 0—1.5 L 范圍內可調；HM-TH1 與 HM-TH2 標準流速 800 ml/min 可調。

六、方法適用邊界與技術展望

密閉式呼吸室法有其明確的適用范圍。它適用于土壤表面相對平整、便于安放呼吸室的樣地，在通量強度處于傳感器量程內時表現穩定。對于地表起伏較大、覆蓋密集植被或通量極弱的情形，需要對呼吸室規格與觀測時長做出相應調整。同時，單點觀測結果要用于樣地尺度推斷，必須配合足夠的點位數量與代表性地選擇，這是方法層面的要求，而非設備本身的限制。恒美智造土壤呼吸測定儀支持加配土壤溫濕鹽傳感器，增補土壤水分、溫度與電導率信息。

從技術演進看，多氣體同步觀測正在成為通量研究的常規需求。恒美智造土壤呼吸測定儀的 HM-TH2 在一個密閉空間內同時獲取 CO?、N?O 與 CH? 的釋放量與釋放速率，這比分別用不同設備在不同時間測定更能保證數據的可比性。隨著觀測年份增加，同一研究區三種氣體的長期序列會逐步形成可比較的時間檔案。三個型號的市場價分別為 19800 元、39000 元與 98000 元。

恒美智造在氣體分析、傳感采集、信號處理與智能物聯等方向均有技術儲備，這些能力在農業生態檢測與氣象環境產品線之間是共用的。對使用方而言，選擇一臺土壤呼吸測定儀不只是選擇當前的測量手段，也是在選擇一條能夠持續獲得配件、軟件升級與技術支持的產品線。恒美智造承諾設備停產后繼續供應配件至少 10 年、配件年調價幅度不超過 5%，這類承諾對長周期觀測項目的意義并不亞于參數表上的數字。

恒美智造官方網站：

www.hmdzkj.cn

www.hmdzkj.com

• 上一篇：恒美智造土壤溫室氣體分析儀的技術知識圖譜與碳通量換算邏輯
• 下一篇：恒美智造土壤呼吸強度測定儀在農業生態與碳循環研究中的應用