众所周知，由于化石燃料的燃烧，大气中的二氧化碳浓度正在持续上升，二氧化碳等温室气体排放量的增加正在导致气候变化，并引发生态系统的巨大变化。二氧化碳浓度的升高对于生态系统的最重要的影响是使植物的光合作用增强，生长加快。增强的光合作用提升碳固定是一个重要的额外全球二氧化碳汇，可减缓大气二氧化碳浓度的增加。 为了研究植物生长在未来会受到怎样的影响，生态学家和植物生物学家在世界各地的不同生态系统中布设了二氧化碳富集（FACE）设施，以模拟大气二氧化碳浓度的升高。FACE设施由一套排放高浓度二氧化碳气体的管道组成，这些管道围绕试验田呈圆形排列。对试验田的二氧化碳浓度进行监测并保持在所需的水平。

德国 Giessen 气候变化实验是历史最悠久的 FACE 设施之一。自 1998 年以来，它一直被用于研究半自然草地对环境条件变化的响应。Giessen大学的 FACE 设施将二氧化碳浓度增加 20% 与气温升高 2°C 相结合，因此被称为 T-FACE（气温升高和自由空气二氧化碳富集）实验。由于植物生长旺盛可能会影响各种温室气体的排放，因此使用 Picarro G2508 多气体分析仪搭配自动土壤气室组合，持续监测二氧化碳、氧化亚氮、甲烷和水汽浓度的变化。通过测量多种温室气体，研究土壤过程的变化，这也是 Picarro G2508 分析仪的注意应用领域之一。它非常适合同时连续测量五种关键痕量气体N2O、CH4、CO2、NH3 和 H2O，测量精度可达 ppb 级，漂移可忽略不计，满足了当今前沿土壤通量研究的需要。

FACE 实验只是一个例子，它说明了对土壤进行连续温室气体监测的巨大价值。有关Giessen T-FACE 实验的详细技术说明，可从 Springer 出版的开放书籍获取“Measuring Emission of Agricultural Greenhouse Gases and Developing Mitigation Options using Nuclear and Related Techniques”，该书由 Mohammad Zaman、Lee Heng 和 Christoph Müller 编辑。本书旨在为土壤科学领域的科学家和从业人员提供规程和标准操作流程。该书涵盖了从样品制备和现场监测到测量技术、数据评估和数据解读的所有主题。本书第二章的主要目的是就如何在土壤通量研究中充分使用 Picarro G2508 分析仪提供的实践指导。第二章介绍了如何将 Picarro G2508 分析仪与一个或多个土壤气室集成，讨论了校准策略，并就颗粒物去除、防止冷凝以及数据处理等方面提供了指导。

图 1：德国 Giessen气候变化实验的温室气体监测系统： Picarro G2508 气体分析仪用于监测人为的二氧化碳浓度增加以及氧化亚氮和甲烷土壤通量的变化。Picarro 分析仪及其泵和显示器安装在银色箱子里。一系列管线和一个多路控制器将气体从各个采样点采集后送入分析仪。[图片摘自 Zaman et al. (2021)Measuring Emission of Agricultural Greenhouse Gases and Developing Mitigation Options using Nuclear and Related Techniques，由Zaman、Heng 和 Müller编辑, Springer.]。

Giessen T-FACE 实验的温室气体监测装置在第 3.2.2 章“Combination of Automatic Chamber System and CRDS Analyzer for Field GHG Flux Measurements”中进行了描述。图 1 显示了用于野外土壤温室气体通量测量的自动气室系统和 Picarro G2508 分析仪。利用这种多功能装置，可以在 16 个进气口之间交替进行土壤温室气体通量测量。浓度测量在透明和不透明土壤气室、安装在不同深度的土壤空气探头以及地面空气采样口间轮流进行。高分辨率温室气体监测系统可对排放峰值进行量化，并对潜在的土壤过程进行研究。对 N2O、CH4、CO2、NH3 和 H2O 的联合测量为补充实验田二氧化碳浓度升高下植物生长情况研究提供了宝贵的信息。要进一步了解本书的相关内容、Picarro 气体分析仪在土壤通量研究中以及在 FACE 实验中的作用，请观看对德国Giessen Justus-Liebig 大学教授兼植物生态学实验主任、爱尔兰都柏林大学学院土壤科学教授、国际原子能机构（IAEA）科学专家 Christoph Müller 的采访。

作者： Dr. Magdalena Hofmann, 公司应用科学家，“Measuring Emission of Agricultural Greenhouse Gases and Developing Mitigation Options using Nuclear and Related Techniques.” 撰稿人。