農(nóng)業(yè)、林地、淡水等生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能因氣候變化、生物多樣性減少及土地使用改變面臨威脅，為了保護(hù)或改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，需要了解和預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)目前和未來(lái)變化的反應(yīng)，如新的措施和潛在的環(huán)境轉(zhuǎn)變點(diǎn)。沒(méi)有充分了解生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境之間的敏感依存關(guān)系，將無(wú)法評(píng)估影響、控制風(fēng)險(xiǎn)或有效利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的預(yù)期變化帶來(lái)的收益。
Eco-Cell 生態(tài)倉(cāng)觀測(cè)模擬系統(tǒng)提供的重復(fù)實(shí)驗(yàn)單元可內(nèi)置特定的生態(tài)系統(tǒng)，在環(huán)境因子可控的條件下，實(shí)時(shí)、在線測(cè)量生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程。
Eco-Cell因提供精確的環(huán)境控制和在線測(cè)量各種尺度的生物、生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)及活動(dòng)（flux），該設(shè)施在復(fù)雜的自然狀態(tài)研究和簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)之間搭建了橋梁。因?qū)⑸鷳B(tài)系統(tǒng)內(nèi)置在一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱中，它可以利用這個(gè)限制優(yōu)勢(shì)，精確地測(cè)量不同生態(tài)系統(tǒng)單元中的分子交換信息，包括和大氣的交換信息。
該系統(tǒng)常用于研究生態(tài)過(guò)程及其機(jī)理?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)多種痕量氣體在生態(tài)系統(tǒng)和大氣中的交換過(guò)程的連續(xù)監(jiān)測(cè)和采樣。此外，還可監(jiān)測(cè)土壤和水的其它參數(shù)。配合其復(fù)雜的土壤灌溉和大氣環(huán)境分析系統(tǒng)，可控制CO2、溫度、RH等，同時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤中生物質(zhì)循環(huán)和微生物過(guò)程。
還用于監(jiān)測(cè)溫室氣體平衡，大氣中溫室氣體的增加被認(rèn)為是變暖的主要原因。減緩變暖的趨勢(shì)，首先需要研究和控制溫室氣體的排放和吸收。
（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Eco-Cell 生態(tài)倉(cāng)觀測(cè)模擬系統(tǒng)一般由多個(gè)重復(fù)的實(shí)驗(yàn)單元組成，可實(shí)現(xiàn)多因子、多梯度水平的平行實(shí)驗(yàn)。
每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元由圓錐狀的環(huán)境控制生長(zhǎng)箱和蒸滲儀組成。生長(zhǎng)箱用于控制作物生長(zhǎng)的環(huán)境條件，如空氣溫度、RH、光照、降雨、氣體濃度等，蒸滲儀用于控制土壤水分、地下水位等，并可計(jì)算土壤水分通量，還可收集土壤溶液，用于分析土壤養(yǎng)分淋溶等。
每一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元的環(huán)境參數(shù)可以調(diào)整至與外界環(huán)境一致。數(shù)據(jù)可自動(dòng)無(wú)線傳輸。
（二）環(huán)境控制
生態(tài)倉(cāng)內(nèi)的大氣溫度、大氣濕度可連續(xù)、自動(dòng)控制。自動(dòng)灌溉系統(tǒng)可控制土壤水分在預(yù)設(shè)值。生態(tài)倉(cāng)上部的透明罩需要讓陽(yáng)光大部分透過(guò)，而且光譜范圍與自然光基本一致，不影響生態(tài)系統(tǒng)的光合作用。也可以全部遮擋，采用人工光源。
1、控制方法：
a． 土柱體溫度控制
溫度控制范圍-10～40℃
溫度控制精度±1℃
溫度測(cè)量分辨率0.1℃
控制系統(tǒng)采用PID變頻控制系統(tǒng)，可以在操作界面任意設(shè)定目標(biāo)溫度
整個(gè)土柱可以分段控制（分成2-3段）
b． 透明罩體內(nèi)環(huán)境溫度控制
溫度控制范圍0～40℃
溫度控制精度±1℃
溫度測(cè)量分辨率0.1℃
使用熱泵空調(diào)原理直接氣體熱交換，風(fēng)扇攪拌
控制系統(tǒng)采用PID變頻控制系統(tǒng)，可以在操作界面任意設(shè)定目標(biāo)溫度
c． 濕度控制
濕度控制范圍30～95℃
濕度控制精度±3%RH
濕度測(cè)量分辨率0.1%RH
采用冷卻凝結(jié)的方法去除環(huán)境空氣中的水分，降低空氣濕度（冷凝式抽濕機(jī)）
高壓霧化增濕系統(tǒng)
控制系統(tǒng)采用PID變頻控制系統(tǒng)，可以在操作界面任意設(shè)定目標(biāo)濕度，通過(guò)我們專門研發(fā)的溫度濕度解耦算法，限度的節(jié)省電力消耗。
d． 自動(dòng)灌溉控制
灌溉方式：
電動(dòng)閥控制自動(dòng)滴灌系統(tǒng)
灌溉控制方式：
1. 可以手動(dòng)設(shè)置灌溉量
2. 可以根據(jù)土壤耗水量定時(shí)自動(dòng)補(bǔ)充灌溉
3. 可以根據(jù)土壤含水量恒定控制灌溉（動(dòng)態(tài)跟蹤）
2、大氣化學(xué)控制
生態(tài)倉(cāng)內(nèi)CO2濃度水平在白天和晚上可控制預(yù)定水平?？赏ㄟ^(guò)注入13CO2得到13C富集。
內(nèi)置的可調(diào)諧紅外雙激光直接吸收光譜儀可同時(shí)測(cè)量CO、CO2、O3、N2O、H2O、NH3等六種痕量氣體，實(shí)現(xiàn)<1s的時(shí)間分辨率及<1ppb（1s）的靈敏度，對(duì)于粘性氣體如NH3有鈍化采樣系統(tǒng)。
該光譜儀不同的配置，還可以測(cè)量13C、15N、 18O、 17O等同位素。
控制方法：
補(bǔ)償CO2濃度范圍：400～5000ppm
控制精度±50ppm
測(cè)量分辨率1ppm
CO2氣體采用工業(yè)CO2氣，由電磁閥通斷控制CO2釋放，多點(diǎn)噴射，風(fēng)扇攪拌混合均勻，CO2分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合PID控制器，根據(jù)設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的比較，輸出控制電磁閥的信號(hào)。
其他氣體控制方法也是類似。
（三）在線測(cè)量
可實(shí)時(shí)、在線測(cè)量蒸散量、生態(tài)系統(tǒng)CO2凈交換量、凈CH4交換量、凈N2O交換量。
每個(gè)生態(tài)倉(cāng)可測(cè)量?jī)?span>CO2通量中的13C，或N2O、NH3中的15N。
若幾個(gè)生態(tài)倉(cāng)同時(shí)測(cè)量，測(cè)量頻次可按比例遞減。
土壤剖面水分、溫度、電導(dǎo)率、熱通量、CO2等。隨季節(jié)不同，蒸滲儀內(nèi)的溫度控制單元可調(diào)整土壤溫度，確保熱通量與野外情況相符。
（四）系統(tǒng)組成
Eco-Cell 生態(tài)倉(cāng)觀測(cè)模擬系統(tǒng)分土建工程及科學(xué)研究設(shè)備2部分。土建部分的建造需要有國(guó)家建筑資格證的單位設(shè)計(jì)、建造，其中水、電、氣的設(shè)計(jì)需要滿足科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，本文造價(jià)不含土建部分。
科學(xué)研究設(shè)備部分由如下組成：
1、生態(tài)倉(cāng)頂部
采用透明材料，帶遮光系統(tǒng)及氣體注入回路。
2、生態(tài)倉(cāng)下部
2.1 生態(tài)倉(cāng)下部：安裝蒸滲儀及環(huán)境控制單元，需要配置水、電、照明系統(tǒng)。
3、環(huán)境控制設(shè)備
生態(tài)倉(cāng)中的大氣溫度、濕度能夠控制在設(shè)定值，CO2可設(shè)定在需要的濃度。若需要13CO2 濃度設(shè)定，可注入13CO2氣體。人工光源的光譜范圍與日光類似。土壤水分由滴灌設(shè)備控制。風(fēng)速可自動(dòng)設(shè)定。
4、蒸滲儀系統(tǒng)
直徑2米，高1.5米或2米（或用戶自定義尺寸）。采用原狀土。
測(cè)量土壤剖面水分、溫度、電導(dǎo)率、水勢(shì)傳感器。具有土壤溶液取樣
土壤剖面中CO2、N2O、NH3測(cè)量，可以獲取土壤硝化、反硝化過(guò)程中的參數(shù)，研究土壤氮循的過(guò)程，及土壤溫室氣體排放過(guò)程。
5、在線測(cè)量?jī)x器
調(diào)諧紅外雙激光直接吸收光譜儀測(cè)量生態(tài)系統(tǒng)CO2、N2O、NH3氣體交換，若需要區(qū)分冠層和土壤排放
光合熒光儀同時(shí)測(cè)量生態(tài)倉(cāng)內(nèi)的CO2交換和熒光。
iChamber自動(dòng)冠層箱和調(diào)諧紅外雙激光直接吸收光譜儀連接，自動(dòng)測(cè)量土壤或冠層的溫室氣體交換量，如CO2、N2O、NH3。
生態(tài)倉(cāng)內(nèi)的光照、溫度、濕度、風(fēng)速可自動(dòng)在線測(cè)量。
6、數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控
在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。
7、數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控
Eco-Cell生態(tài)倉(cāng)觀測(cè)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)可實(shí)時(shí)檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，管理數(shù)據(jù)平臺(tái)的使用。
8、公用測(cè)量設(shè)備
生態(tài)倉(cāng)、冠層或土壤的CO2、N2O、NH3氣體交換、13C、15N、18O 氣體同位素測(cè)量可公用。植物生態(tài)參數(shù)如葉面積、冠層結(jié)構(gòu)、植物水勢(shì)也可采用公用設(shè)備。
（五）系統(tǒng)組成
目前國(guó)際上有2個(gè)這種生態(tài)模擬控制實(shí)驗(yàn)設(shè)施。是法國(guó)建造的，目前還在使用，另外一個(gè)是比利時(shí)Hasselt大學(xué)建造的，總結(jié)了法國(guó)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，2018使用。
Eco-Cell生態(tài)倉(cāng)觀測(cè)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集合了法國(guó)和比利時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并在測(cè)量技術(shù)上采用了目前更*的儀器，彌補(bǔ)了國(guó)外2套系統(tǒng)的不足。
其中溫室氣體CO2、N2O、NH3和同位素測(cè)量采用了更*的技術(shù)，測(cè)量精度和分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)外系統(tǒng)采用的設(shè)備。
土壤CO2、N2O、NH3、HONO等含氮?dú)怏w的剖面測(cè)量是國(guó)外系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)研究土壤硝化、反硝化過(guò)程提供直接的幫助，將生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)過(guò)程研究手段的空白。
