SitS NSF-UKRI: Collaborative Research: Dynamic Coupling of Soil Structure and Gas Fluxes Measured with Distributed Sensor Systems: Implications for Carbon Modeling

SitS NSF-UKRI:合作研究:用分布式传感器系统测量的土壤结构和气体通量的动态耦合:对碳建模的影响

基本信息

  • 批准号:
    1935551
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

It is estimated that soil contains approximately three times as much as carbon as the atmosphere, and improving soil management thus plays a critical in mitigating climate change. However, our current understanding of the effects of soil management on carbon cycling and the emission of major greenhouse gases is limited. Carbon effluxes from soils are largely controlled by root respiration, and microbial respiration of soil organic matter including rhizospheric organic carbon. All of these processes are highly sensitive to soil structure. Using the distributed fiber optic sensing technology and underground wireless sensor network technology, this project aims to link the changes in soil structure to the measured concentrations of major greenhouse gases. This will improve the scientific understanding of how carbon loading from vegetated land occurs at field scale. The outreach strategy is focused on engaging with the wider community and the profession to raise awareness of the issues and provide tools to explore solutions. Researchers at the University of California, Berkeley and Colorado School of Mines (CSM), in collaboration with the research group at Rothamsted Research (RR) in the UK, will develop spatially distributed measurement technology, based on the use of buried fiber optics and wireless sensor network sensors, to measure soil strain, water content and the concentrations of various soil gases. It aims to accurately measure critical soil-water parameters at low-cost at the field scale. The research hypothesis that links soil gas generation to soil structure changes will be examined by conducting measurements in the laboratory using the coupled porous media/climate wind tunnel facility at CSM and in the field at RR. These data will be used to explore the scope for including microscopic soil structure in soil carbon models and hence improve our fundamental understanding of biochemical processes occurring across various spatial scales. These new models will in the future allow the effects of soil management on carbon dynamics to be predicted, and hence give an understanding of the impact of different soil management strategies (e.g. tillage) on soil sustainability.This project was awarded through the "Signals in the Soil (SitS)"opportunity, a collaborative solicitation that involves the United States Department of Agriculture National Institute of Food and Agriculture (USDA NIFA) and the following United Kingdom Research and Innovation (UKRI) research councils: 1) The Natural Environment Research Council (NERC), 2) the Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), 3) the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), and the Science and Technology Facilities Council (STFC).This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
据估计,土壤中的碳含量大约是大气中的三倍,因此改善土壤管理对于缓解气候变化至关重要。 然而,我们目前对土壤管理对碳循环和主要温室气体排放影响的了解有限。 土壤的碳流出主要受根呼吸和土壤有机质(包括根际有机碳)的微生物呼吸控制。 所有这些过程都对土壤结构高度敏感。 该项目旨在利用分布式光纤传感技术和地下无线传感器网络技术,将土壤结构的变化与测量的主要温室气体浓度联系起来。 这将提高对植被土地碳负荷如何在田间规模上发生的科学理解。 外展战略的重点是与更广泛的社区和专业人士接触,以提高对问题的认识并提供探索解决方案的工具。 加州大学伯克利分校和科罗拉多矿业学院 (CSM) 的研究人员与英国洛桑研究中心 (RR) 的研究小组合作,将开发基于埋地光纤和无线技术的空间分布式测量技术传感器网络传感器,测量土壤应变、含水量和各种土壤气体的浓度。 它的目的是在现场以低成本准确测量关键的土壤水参数。 将土壤气体产生与土壤结构变化联系起来的研究假设将通过在实验室中使用 CSM 的耦合多孔介质/气候风洞设施和 RR 的现场进行测量来检验。 这些数据将用于探索将微观土壤结构纳入土壤碳模型的范围,从而提高我们对不同空间尺度上发生的生化过程的基本理解。 这些新模型将来将允许预测土壤管理对碳动态的影响,从而了解不同土壤管理策略(例如耕作)对土壤可持续性的影响。该项目通过“Signals in土壤(SitS)”机会,一项合作征集,涉及美国农业部国家食品和农业研究所(USDA NIFA)和以下英国研究与创新(UKRI)研究委员会:1)自然环境研究委员会 (NERC)、2) 生物技术和生物科学研究委员会 (BBSRC)、3) 工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 以及科学技术设施委员会 (STFC)。该奖项反映了 NSF 的法定使命和通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,该项目被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Relationship between soil carbon sequestration and the ability of soil aggregates to transport dissolved oxygen
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Xiaoxian Zhang;A. Gregory;W. R. Whalley;K. Coleman;A. Neal;A. Bacq-Labreuil;S. Mooney;J. Crawford-J.
  • 通讯作者:
    Xiaoxian Zhang;A. Gregory;W. R. Whalley;K. Coleman;A. Neal;A. Bacq-Labreuil;S. Mooney;J. Crawford-J.
Distributed fiber optic strain sensing for crack detection with Brillouin shift spectrum back analysis
  • DOI:
    10.1177/14759217231206857
  • 发表时间:
    2023-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ruonan Ou;Linqing Luo;Kenichi Soga
  • 通讯作者:
    Ruonan Ou;Linqing Luo;Kenichi Soga
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