[发明专利]森林凋落物分解气候因素监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术与物联网领域，特别地，涉及一种森林凋落物分解气候因素监测系统。

背景技术

森林凋落物分解在森林生态系统的物质养分循环和有机质周转中起着关键作用，其过程是植物生物量和生态系统碳储存的重要决定因素。凋落物分解速率受环境条件、凋落物的化学和物理组成（凋落物质量）及土壤生物调控（Cadish and Giller，1997）。Lavelle等（1993）推测这三种因素对凋落物分解速率进行的调控是分等级的。Aerts（2006）认为三个主要的调控等级起作用的顺序是：气候>凋落物质量>土壤生物。在全球尺度或区域尺度上，气候因素对凋落物的分解起主导作用。对森林凋落物分解的研究，已成为国际植物凋落物生态学研究领域的热点。全球变暖、大气CO₂浓度上升、太阳UV-B辐射增强、大气N沉降等因素直接或间接影响凋落物分解速率，因而，全球变化对凋落物分解的影响也受到广泛关注。

森林凋落物分解时间较长，影响因素众多，与温度、湿度等气候因素的变化密切相关。大量的研究结果表明，随着温度升高，凋落物分解速率有加快的趋势。温度升高可促进土壤养分的矿化和提高养分的可利用性，提高微生物的活性，从而直接促进凋落物的分解（孙志高，2007）；温度影响森林系统的群落组成、结构及物候变化、凋落物基质的质量、土壤养分可利用性和高纬度湿地融层深度等，进而间接影响凋落物的分解速率（CHEN H，2001）。湿度是影响凋落物分解的另一个重要气候因素。凋落物的水分含量强烈影响着凋落物的分解，水分可以通过淋溶作用直接影响凋落物的分解速率，也可以通过影响凋落物的基质质量、土壤分解体的活动、土壤生物的活性等影响凋落物的分解速率（李雪峰，2007；HUNGATE B A，1999；MOONEY H A，1999）。

现有技术条件下，森林凋落物分解的温湿度通常采用样地的年/月平均气温和降雨量，而凋落物孵育时间间隔一般为1-3个月。CO₂浓度升高不仅会导致全球温度升高，而且会使局部地区降水量发生变化，从而直接或间接地影响凋落物分解速率。已有的研究多是单因素的、短期的、独立的，缺乏多因素、多点、长期定位研究数据。由于野外环境的广域性和监测点的分散性，人工采集数据和有线数据传输将花费大量的物力和人力成本。同时，由于缺乏统一的研究方法，导致许多结果可比性较差。因此，开发一种测量精准、维护便捷、成本低廉的森林凋落物分解气候因素的分布式无线传感控制系统，是进一步推进森林生态系统凋落物分解过程和机理研究的迫切需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种成本低、测量精准、维护便捷的森林凋落物分解气候因素监测系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种森林凋落物分解气候因素监测系统，包括：多个无线传感控制单元，用于采集气候参数以及对电气设备的开关控制；无线网关服务器，与至少一个无线传感控制单元以自组网方式连接，用于接收来自相应无线传感控制单元的气候参数并通过GPRS网络发送到云端以及转发监控终端下行到无线传感控制单元的电气控制命令；监控终端，与无线网关服务器通讯连接，用于获取由无线网关服务器转发的气候参数以及发送控制命令。

进一步地，无线传感控制单元包括：分布式计算与无线通讯模块，与无线网关服务器无线连接；气候参数采集模块，与分布式计算与无线通讯模块电连接，用于在分布式计算与无线通讯模块的控制下采集气候参数；分布式计算与无线通讯模块获取气候参数采集模块采集到的气候参数，并将该气候参数发送给无线网关服务器。

进一步地，无线传感控制单元还包括：设备控制接口，与分布式计算与无线通讯模块电连接，用于根据监控终端的控制指令控制外部设备的运行。

进一步地，无线网关服务器包括：第一无线通讯模块，用于与无线传感控制单元通讯；第二无线通讯模块，用于与监控终端通讯；控制模块，与第一无线通讯模块和第二无线通讯模块电连接，用于实现第一无线通讯模块和第二无线通讯模块的双通道数据融合与通讯控制。

进一步地，森林凋落物分解气候因素监测系统还包括：云端服务器，无线网关服务器将数据通过互联网发送给云端服务器，监控终端访问云端服务器从而实现与无线传感控制单元的交互。

进一步地，无线传感控制单元将其采集的气候参数、自组网的节点在线状态及电池电压数据打包后发送给无线网关服务器，无线网关服务器将其接收到的数据帧转换成预定的数据格式及TCP/IP通信协议后通过GPRS网络发送出去。