竹竿与土壤碳通量同步测量系统：一种结合流量自适应算法的连续监测技术

《Plant Methods》：Bamboo culm and soil carbon flux synchronous measurement system: a continuous monitoring technique incorporating flow adaptive algorithms

　　

摘要

为了解解决现有开路式气室在连续监测稳定性和动态响应能力方面的局限性，本研究开发了一种竹竿和土壤碳通量同步测量系统（ACM），集成了环境空气稳定单元和浓度反馈自适应控制算法（log-PI 控制）。基于开路式气体交换气室原理，该系统动态且稳定地调节气室内部的 CO?浓度，有效抑制高频噪声并减少系统误差，从而实现长期、高频的可靠监测。以雷竹林（Phyllostachys praecox）为测试对象，在浙江农林大学进行了为期 22 天的对比观测（2026 年 2 月 10 日 – 3 月 3 日）。结果显示，竹竿的日均 CO?通量为 0.079?±?0.018 μmol m?2 s?1，土壤的日均 CO?通量为 1.196?±?0.145 μmol m?2 s?1。ACM 系统的异常值比例（Fb 0.1%, Fs 0.2%）显著低于传统固定流量系统（NCM）和非稳态间歇监测系统（NSM），表明测量结果更具鲁棒性。该系统为竹林生态系统的碳通量研究提供了可靠的技术途径，并有望应用于其他木本植物的茎干，从而提高陆地碳循环评估的准确性。

为了解决现有开路式气室在连续监测稳定性和动态响应能力方面的局限性，本研究开发了一种竹竿和土壤碳通量同步测量系统（ACM），集成了环境空气稳定单元和浓度反馈自适应控制算法（log-PI 控制）。基于开路式气体交换气室原理，该系统动态且稳定地调节气室内部的 CO?浓度，有效抑制高频噪声并减少系统误差，从而实现长期、高频的可靠监测。以雷竹林（Phyllostachys praecox）为测试对象，在浙江农林大学进行了为期 22 天的对比观测（2026 年 2 月 10 日 – 3 月 3 日）。结果显示，竹竿的日均 CO?通量为 0.079?±?0.018 μmol m?2 s?1，土壤的日均 CO?通量为 1.196?±?0.145 μmol m?2 s?1。ACM 系统的异常值比例（Fb 0.1%, Fs 0.2%）显著低于传统固定流量系统（NCM）和非稳态间歇监测系统（NSM），表明测量结果更具鲁棒性。该系统为竹林生态系统的碳通量研究提供了可靠的技术途径，并有望应用于其他木本植物的茎干，从而提高陆地碳循环评估的准确性。