一、樹枝通量監(jiān)測：修正碳匯偏差，補全冠層溫室氣體清單

森林碳收支研究中，渦度通量塔與樹干氣體觀測是主流手段，但兩類觀測均存在固有局限。渦度通量塔獲取的是整片森林的綜合碳交換信號，混合了葉片光合、土壤呼吸、冠層木質(zhì)組織呼吸等多重過程，很難將冠層枝條木質(zhì)呼吸單獨剝離出來，容易帶來區(qū)域森林碳匯估算的系統(tǒng)偏差。而樹干氣體觀測大多聚焦粗主干，難以反映樹冠上層枝條的真實排放情況，尤其針對CH?、N?O這類溫室氣體，樹冠尺度的釋放過程長期缺少實測證據(jù)。

iChamber-SO樹枝通量監(jiān)測系統(tǒng)針對活體枝條開展原位高頻觀測，產(chǎn)出的枝條通量數(shù)據(jù)可針對性彌補上述兩大短板。第一，輔助修正渦度通量塔估算誤差。渦度通量得到的是林分整體凈碳交換，利用實測樹枝通量，可以定量拆分出冠層木質(zhì)枝條呼吸組分，從總信號中剝離扣除，降低森林碳匯核算的不確定性，提升渦度數(shù)據(jù)反演結果的可靠性。第二，支撐冠層CH?/N?O溫室氣體前沿研究。目前樹干甲烷觀測大多集中于粗主干，土壤生成的甲烷是否經(jīng)由根系-樹干-枝條通路，最終通過樹冠枝條皮孔釋放到大氣，尚需更多原位實測驗證。借助iChamber-SO樹枝通量監(jiān)測系統(tǒng)獲取的樹枝CH?、N?O通量，可直接觀測樹冠枝條的溫室氣體釋放水平，驗證土壤來源甲烷的整株傳輸排放路徑，填補冠層尺度溫室氣體排放清單的數(shù)據(jù)空白，服務碳循環(huán)前沿課題研究。

二、專用硬件設計，保障樹枝通量穩(wěn)定觀測

針對樹枝觀測難點，澳作推出iChamber?SO 樹枝通量監(jiān)測系統(tǒng)，打造野外便攜式樹枝尺度生理實驗室，實現(xiàn)單根活體樹枝可控、原位、高頻精準測量。

系統(tǒng)由樹枝呼吸室單元、氣體采樣分析單元、可調(diào)支撐結構、EcoGraph 數(shù)據(jù)分析軟件四部分組成。呼吸室箱體采用低熱容高透光亞克力圓筒，搭配柔性密封夾具，夾持枝條不損傷植物組織；箱內(nèi)風扇保障內(nèi)部氣體充分混勻，避免氣體分層。

圖1  AZG系列氣體分析儀

分析儀搭載激光光譜技術，支持 CO?、CH?、H?O 等多氣體 2Hz 高頻同步采集，CH?傳感器自帶恒溫控制，水汽干擾小，測量穩(wěn)定性強；CO?的10s 精度≤0.1?ppm，CH?的10s 精度≤7?ppb，滿足微弱樹枝通量捕捉需求。模塊化設計適配不同粗細枝條，野外布設便捷。

三、EcoGraph：通量全流程質(zhì)控與數(shù)據(jù)解析工具

配套的 EcoGraph 軟件實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)到通量結果一體化處理。支持多曲線可視化展示，自定義呼吸室參數(shù)、樹枝實測交換面積，自帶異常值剔除、重算等質(zhì)控工具。軟件內(nèi)置密閉氣室通量算法，結合呼吸室有效體積、樹枝實測面積與實時溫壓，自動完成氣體通量計算。

圖2  EcoGraph 數(shù)據(jù)分析軟件操作界面

軟件支持手動選定通量計算時段：呼吸室閉合初期易產(chǎn)生氣流擾動，腔體內(nèi)氣體尚未充分混勻，濃度變化表現(xiàn)為非線性，若直接采用完整時段擬合，將引入顯著的系統(tǒng)誤差。科研人員可根據(jù)氣體濃度時序曲線，手動選擇氣體混合充分的穩(wěn)定區(qū)間進行通量計算，規(guī)避密閉初期擾動帶來的數(shù)據(jù)偏差，保障通量結果真實可靠，同時滿足科研論文的數(shù)據(jù)溯源規(guī)范。

圖3  iChamber-SO 野外樹枝原位測試實景與單次密閉測量 CO?濃度擬合曲線