土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳源，據(jù)報道，歐洲通量項目EUROFLUX 18個森林類型的平均年土壤呼吸占其總初級生產(chǎn)力的49%（Janssens et al., 2001），Law等（Law et al. 2001）研究發(fā)現(xiàn)，土壤呼吸約占整個生態(tài)系統(tǒng)呼吸的四分之三。土壤碳庫細微的變化都將對大氣CO2濃度造成重大影響，因此研究土壤碳動態(tài)及其CO2排放對于預(yù)測大氣CO2濃度變化成為迫切的重要課題。有關(guān)土壤表層CO2通量（土壤總呼吸）研究很多，但這顯然并不足以闡釋土壤CO2生產(chǎn)過程，土壤剖面CO2垂直梯度研究越來越成為土壤呼吸乃至生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點。土壤不同層面（深度）CO2生產(chǎn)的持續(xù)監(jiān)測對于理解土壤CO2動態(tài)極為重要，可以闡明由土壤到大氣CO2通量隨季節(jié)、光照、溫度、濕度及土壤特性的變化特征。另外，土壤垂直梯度CO2監(jiān)測可以與廣泛使用的渦度相關(guān)監(jiān)測比較，從而定量研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳交換。另一方面，SS-GB04土壤剖面呼吸梯度觀測系統(tǒng)可以分層測量土壤中CO2和O2的變化。土壤垂直梯度CO2監(jiān)測可以與廣泛使用的渦度相關(guān)監(jiān)測比較，從而定量研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳交換。另一方面，鑒于CO2具有一定的水溶性、土壤O2對土壤呼吸觀測的重要意義，土壤O2監(jiān)測對于土壤呼吸及土壤碳通量研究具有特別重要的意義，可以更加準(zhǔn)確、客觀、全面地反映土壤呼吸。和碳排放（Simultaneous Carbon Dioxide and Oxygen Measurements to Improve Soil Efflux Estimates，Kyaw Tha Paw U et al. 2006）,而呼吸商RQ可以提供土壤營養(yǎng)狀況及自養(yǎng)呼吸與異氧呼吸的生態(tài)信息，特別是對濕地土壤呼吸，O2是CO2和CH4排放的重要控制因素，因此濕地土壤O2測量監(jiān)測對研究濕地碳排放和碳循環(huán)至關(guān)重要。

根據(jù)菲克定律(Fick’s first law)，在（穩(wěn)態(tài)擴散的情況下）單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質(zhì)流量（稱為擴散通量Diffusion flux，用J表示）與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。土壤剖面CO2通量（μmol CO2 m?2 s?1）即根據(jù)該定律求出，具體計算公式為：

J= -D(dC/dx)

其中D 為CO2在土壤中的擴散系數(shù)(單位為m2/s，與土壤溫度、土壤體積含水量及土壤空隙度有關(guān))，C為深度為x（單位為m）的CO2濃度，dC/dx為濃度梯度，“–"號表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴散。

SS-GB04土壤剖面呼吸梯度觀測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格：

產(chǎn)地：美國