Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Overcoming barriers in long-term, continuous monitoring of soil CO2 flux: A low-cost sensor system
Soil ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-11-07 , DOI: 10.5194/egusphere-2024-3156 Thi Thuc Nguyen, Nadav Bekin, Ariel Altman, Martin Maier, Nurit Agam, Elad Levintal
Soil ( IF 5.8 ) Pub Date : 2024-11-07 , DOI: 10.5194/egusphere-2024-3156 Thi Thuc Nguyen, Nadav Bekin, Ariel Altman, Martin Maier, Nurit Agam, Elad Levintal
Abstract. Soil CO2 flux (Fs) is a carbon cycling metric crucial for assessing ecosystem carbon budgets and global warming. However, global Fs datasets often suffer from low temporal-spatial resolution, as well as from spatial bias. Fs observations are severely deficient in tundra and dryland ecosystems due to financial and logistical constraints of current methods for Fs quantification. In this study, we introduce a novel, low-cost sensor system (LC-SS) for long-term, continuous monitoring of soil CO2 concentration and flux. The LC-SS, built from affordable, open-source hardware and software, offers a cost-effective solution (~USD700), accessible to low-budget users, and opens the scope for research with a large number of sensor system replications. The LC-SS was tested over ~6 months in arid soil conditions, where fluxes are small, and accuracy is critical. CO2 concentration and soil temperature were measured at 10-min intervals at depths of 5 and 10 cm. The LC-SS demonstrated high stability and minimal maintenance requirements during the tested period. Both diurnal and seasonal soil CO2 concentration variabilities were observed, highlighting the system's capability of continuous, long-term, in-situ monitoring of soil CO2 concentration. In addition, Fs was calculated using the measured CO2 concentration via the gradient method and validated with Fs measured by the flux chamber method using the well-accepted LI-COR gas analyzer system. Gradient method Fs was in good agreement with flux chamber Fs, highlighting the potential for alternative or concurrent use of the LC-SS with current methods for Fs estimation. Leveraging the accuracy and cost-effectiveness of the LC-SS (below 10 % of automated gas analyzer system cost), strategic implementation of LC-SSs could be a promising means to effectively increase the number of measurements, spatially and temporally, ultimately aiding in bridging the gap between global Fs uncertainties and current measurement limitations.
中文翻译:
克服土壤 CO2 通量长期连续监测的障碍:一种低成本的传感器系统
摘要。土壤 CO2 通量 (Fs) 是评估生态系统碳收支和全球变暖的关键碳循环指标。然而,全球 Fs 数据集通常受到低时空分辨率和空间偏差的影响。由于当前 Fs 量化方法的财务和后勤限制,苔原和旱地生态系统的 Fs 观测严重不足。在本研究中,我们介绍了一种新型、低成本的传感器系统 (LC-SS),用于长期、连续监测土壤 CO2 浓度和通量。LC-SS 由经济实惠的开源硬件和软件构建而成,提供了一种经济高效的解决方案 (~700 USD),可供低预算用户使用,并通过大量传感器系统复制开辟了研究范围。LC-SS 在通量很小且准确性至关重要的干旱土壤条件下进行了 ~6 个月的测试。在 5 cm 和 10 cm 深度每隔 10 分钟测量一次 CO2 浓度和土壤温度。LC-SS 在测试期间表现出高稳定性和最低维护要求。观察到土壤CO2 浓度的昼夜和季节性变化,突出了该系统对土壤 CO2浓度进行连续、长期、原位监测的能力。此外,使用通过梯度法测得的 CO2 浓度计算 Fs,并使用广受认可的 LI-COR 气体分析仪系统通过通量室法测量的 Fs 进行验证。 梯度方法 Fs 与磁通量室 Fs 非常一致,突出了 LC-SS 与当前 Fs 估计方法替代或同时使用的潜力。利用 LC-SS 的准确性和成本效益(低于自动气体分析仪系统成本的 10%),战略性实施 LC-SS 可能是一种很有前途的手段,可以在空间和时间上有效增加测量次数,最终有助于弥合全球 Fs 不确定性与当前测量限制之间的差距。
更新日期:2024-11-07
中文翻译:
克服土壤 CO2 通量长期连续监测的障碍:一种低成本的传感器系统
摘要。土壤 CO2 通量 (Fs) 是评估生态系统碳收支和全球变暖的关键碳循环指标。然而,全球 Fs 数据集通常受到低时空分辨率和空间偏差的影响。由于当前 Fs 量化方法的财务和后勤限制,苔原和旱地生态系统的 Fs 观测严重不足。在本研究中,我们介绍了一种新型、低成本的传感器系统 (LC-SS),用于长期、连续监测土壤 CO2 浓度和通量。LC-SS 由经济实惠的开源硬件和软件构建而成,提供了一种经济高效的解决方案 (~700 USD),可供低预算用户使用,并通过大量传感器系统复制开辟了研究范围。LC-SS 在通量很小且准确性至关重要的干旱土壤条件下进行了 ~6 个月的测试。在 5 cm 和 10 cm 深度每隔 10 分钟测量一次 CO2 浓度和土壤温度。LC-SS 在测试期间表现出高稳定性和最低维护要求。观察到土壤CO2 浓度的昼夜和季节性变化,突出了该系统对土壤 CO2浓度进行连续、长期、原位监测的能力。此外,使用通过梯度法测得的 CO2 浓度计算 Fs,并使用广受认可的 LI-COR 气体分析仪系统通过通量室法测量的 Fs 进行验证。 梯度方法 Fs 与磁通量室 Fs 非常一致,突出了 LC-SS 与当前 Fs 估计方法替代或同时使用的潜力。利用 LC-SS 的准确性和成本效益(低于自动气体分析仪系统成本的 10%),战略性实施 LC-SS 可能是一种很有前途的手段,可以在空间和时间上有效增加测量次数,最终有助于弥合全球 Fs 不确定性与当前测量限制之间的差距。