CN103235106B - 土壤气体通量测定仪的校偏装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种土壤气体通量测定仪的校偏装置，包括土环(1)、底座(22)和气室(7)，其特征在于：所述的土壤气体通量测定装置具有水平球(11)，所述的压制环(3)上设有螺钉(3‑3)，在压制环(3)与底座(22)之间设有被夹持的密封圈(5)。以解决土壤气体通量测定装置测量时处于水平位上，气室位置偏移能自动校正回位的问题。

Description

土壤气体通量测定仪的校偏装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种生态学的自动测量装置领域，具体为一种土壤气体通量测定仪的校偏装置, 以及一种使用土壤气体通量测定仪的校偏装置的使用方法。

背景技术

陆地土壤呼吸是气体从土壤进入大气的主要途径，与全球气候变化密切相关。土壤呼吸具有明显的季节和日变化动态，其季节动态与温度变化特征密切相关，另外，影响土壤呼吸的因素很多，除了土壤的通透性等物理特性和土壤微生物特征外，气温、土温、湿度、大气CO2 浓度、土壤无机养分和有机质的含量与组成等都会影响土壤呼吸。

温室气体含量的日益增加，是造成地球温室效应的主要原因之一。土地利用部分所固定的大量碳被保留在土壤有机质和植被中，全球土壤碳贮量约为植被中碳贮量的1.5倍，对土壤碳库的库容及其动态变化进行研究，是当前生态学研究的热点方向。现在的土壤碳呼吸是利用CO2分析仪测定气体交换室中CO2浓度变化来准确反映，使用该方法时需要用到测量室，目前已经发展到使用自动通量箱测定，在国内已有相关研究人员进行该方面的研究，如公开号为：CN102288545A、CN101949919A、CN101162225、CN1987421、CN202008480U、CN2605571，但是在使用这些装置时容易出现测量结果误差较大的情况，设备的一体化差，封装性差，安装时不易判断仪器是否处于水平状态，气室发生位置偏移时不能及时自动校正，严重影响测量装置的稳定性和使用寿命，造成实验结果的系统误差和偶然误差较大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种土壤气体通量测定仪的校偏装置，以解决土壤气体通量测定装置测量时处于水平位上，气室位置偏移能自动校正回位的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种土壤气体通量测定仪的校偏装置，包括土环(1)、底座(22)和气室(7)，其特征在于：所述的土壤气体通量测定装置具有水平球(11)，所述的压制环(3)上设有螺钉(3-3)，在压制环(3)与底座(22)之间设有被夹持的密封圈(5)。

进一步，所述的水平校准装置为气泡式水平仪。

进一步，所述的圆式气泡水平仪。

进一步，所述的圆式T型气泡式水平仪。

进一步，所述的底座(22)上装有带定位块(3-1)的压制环(3)。

进一步，所述的水平球(11)安装在底座(22)上。

进一步，所述的底座(22)上装有控制箱(19)，在控制箱(19)的上面设有压板(20)，所述的水平球(11)安装在压板(20)上。

进一步，所述的定位块(3-1)的平面与压制环(3)的环平面(3-4)成角度α，范围为15°-85°。

进一步，所述的角度α为45°。

进一步，所述的压制环(3)通过螺钉(3-3)与底座(22)上的螺钉孔(4)将压制环(3)紧固在底座(22)上，在压制环(3)与底座(22)之间设有被夹持的密封圈(5)。

另外，本发明还提供一种使用方法，所述方法包括：

a)将土环(1)提前24小时以上置于待测土壤中，最大程度减少土环(1)对土壤呼吸的干扰；

b)安装土壤气体通量测定装置，调节支腿(2)，确保土环(1)穿过底座(22)，但其最高处与底座(22)的平面相差在20mm-25mm；

c)对支腿(2)进行微调，通过对水平球(11)的校准，以确保底座(22)处于水平面，再固定支腿(2)，将支腿(2)上的紧固螺丝(6)拧紧，以免在测量过程中造成土壤气体通量测定装置滑动；

d)土壤气体通量测定装置在测量过程，如果气室(7)发生位置偏移，气室(7)在回复过程中下落，当其与压制环(3)上的定位块(3-1)的内表面接触时，气室(7)会沿下定位块(3-1)向下运动，最终到达土环(1)的上方，从而确保气室(7)在测量过程回复位置一直处于正常状态。

本发明具有以下优点：

1）本装置由于安装有水平球(11)，可以方便的测出土壤气体通量测定装置的测量区是否处于水平状态；

2） 本发明带有气室(7)的纠偏装置，可以确保当土壤气体通量测定装置处于工作时气室(7)不会发生位置偏移；

3） 本发明带有圆式T型气泡式水平仪，不但可以确保土壤气体通量测定装置的底座(22)处于水平，而且，可以确保底座(22)的轴向方向处于垂直于地表的状态。

附图说明

图1是土壤气体通量测定装置结构示意图

图2是去除气室(7)后土壤气体通量测定装置的结构图

图3是压制环(3)结构示意图

图4是压制环(3)侧面结构示意图

图5是水平球(11)的结构示意图

土环1；支腿2；压制环3；螺钉孔4；密封圈5；紧固螺丝6；气室7；防护罩8；过线轴9；横梁10；水平球11；套管12；把手13；支脚转轴14；支脚下沿15；支脚滑槽16；支座长下沿17；底盘下沿18；控制箱19；压板20；O形圈21；底座22；定位块3-1；气孔3-2；螺钉3-3；环平面3-4；水平仪定位孔11-1；竖直玻璃管11-2；横向玻璃管11-3。

具体实施方式

如图1和2所示，土壤气体通量测定装置主要包括土环(1)、支腿(2)、底座(22)、气室(7)和控制箱(19)。在底座(22)的下面设有土环(1)，在其两边各设有两个支座长下沿(17)和底盘下沿(18)，在支座长下沿(17)和底盘下沿(18)上装有通过支脚转轴(14)连接在一起的支腿(2)，支腿(2)上设有支脚滑槽(16)，支腿(2)的转动以支脚转轴(14)为圆心、支脚滑槽(16)为轨迹进行高度调节，与现在有通过上下滑轨调节相比，其优点在于，由于土壤气体通量测定装置工作时，容易产生上下振动，如果为上下滑轨时，则滑轨与振动方向相同容易发生位移，如果采用本转动结构，底座(22)与支腿(2)通过紧固螺丝(6)紧固在一起，其支脚滑槽(16)与振动方向不同，具有较好的稳固性，不会产生偏移，另一方面，上下滑槽式，机身的重力由紧固螺丝与支脚产生的摩擦力来克服；支脚转轴与半圆滑槽式，机身的重力由转轴处和紧固螺丝共同克服，紧固螺丝处的摩擦力减少，故不易发生位移，更稳固。

当土壤气体通量测定装置为非工作状态，需要打包运输时，支腿(2)可以沿支脚滑槽(16)的轨迹折叠成与底座(22)相平行的状态，且可以通过支腿(2)上的支脚下沿(15)，同侧的支腿(2)可以相互紧搭在一起。

底座(22)的左半部分为非测量区设有把手(13)，便于搬运时握持，右半部分为测量区。

在底座(22)的测量区下部设有土环(1)，其上部设有密封圈(5)，通过螺钉(3-3)与底座(22)上的螺钉孔(4)将压制环(3)紧固在底座(22)上，在压制环(3)与底座(22)之间夹持着密封圈(5)。为了防止气室(7)在测量过程中发生跑偏，即有时由于土壤气体通量测定装置驱动装置定位不稳定，气室(7)的回复位置与土环(1)的位置不能处于同一同心圆上时，由于压制环(3)上有定位块(3-1)，可以阻碍气室(7)下落，将其校正到正确的回复位置。如图3和4所示，其中螺钉(3-3)为压制环(3)的朝上部分向外斜伸出的凸块，定位块(3-1)的平面与压制环(3)的环平面(3-4)成的角度α，范围为15°-85°，其中以45°为最佳。

在底座(22)的非测量区上装有控制箱(19)，控制箱(19)的顶部与横梁(10)相连，横梁(10)的右边连有过线轴(9)，过线轴(9)的下方设有防护罩(8)，防护罩(8)与气室(7)紧扣在一起。气室(7)的内部为空心，其在测量时或非工作状态时紧扣在土环(1)上。

由于土壤气体通量测定装置的是否处于水平对土壤呼吸的测定影响非常大，其公式如下：

Fc=10*V*P0*(1-W0/1000)/(R*S(T0+273.15))*C/t

这里Fc为土壤呼吸通量，单位是μmol m^-2 s^-1

V是气路总体积，单位立方厘米

P0是初始气压，Kpa（100 Kpa为例）

W0是初始水汽浓度，单位mmol mol^-1

S是土环面积

T是初始温度（25度为例）

R是普朗克常数，8.31

c/t是浓度随时间的变化

如果无法保证呼吸室水平，将导致呼吸室体积的变化，从而影响气路总体积V，并进而影响最终计算结果，因此，在测量过程中必须保持土壤气体通量测定装置的底座(22)处于水平状态。

结合图1、图2和图5，在控制箱(19)的上面设有压板(20)，在压板(20)的上方设有O形圈(21)将压板(20)固定在控制箱(19)上，压板(20)靠近底座(22)测量区的一端设有水平球(11)，此处压板(20)与底座(22)相平行，即当水平球(11)显示压板(20)处于水平时，底座(22)也处于平行。也可将水平球(11)直接安装在底座(22)上，直接测量底座(22)的水平度。

其中水平球(11)为气泡式水平仪，最佳为圆式气泡水平仪中的圆式T型气泡式水平仪。水平球(11)通过水平仪定位孔(11-1)装在压板(20)上，在水平球(11)设有竖直玻璃管(11-2)和横向玻璃管(11-3)。

在使用土壤气体通量测定装置进行测量时，可以通过如下步骤进行安装和定位：

e)将土环(1)提前24小时以上置于待测土壤中，最大程度减少土环(1)对土壤呼吸的干扰；

f)安装土壤气体通量测定装置，调节支腿(2)，确保土环(1)穿过底座(22)，但其最高处与底座(22)的平面相差在20mm-25mm；

g)对支腿(2)进行微调，通过对水平球(11)的校准，以确保底座(22)处于水平面，再固定支腿(2)，将支腿(2)上的紧固螺丝(6)拧紧，以免在测量过程中造成土壤气体通量测定装置滑动；

h)土壤气体通量测定装置在测量过程，如果气室(7)发生位置偏移，气室(7)在回复过程中下落，当其与压制环(3)上的定位块(3-1)的内表面接触时，气室(7)会沿下定位块(3-1)向下运动，最终到达土环(1)的上方，从而确保气室(7)在测量过程回复位置一直处于正常状态。

虽然上面的例举了一些特定实施例来说明和描述本发明，但并不意味着本发明仅局限于其中的各种细节。相反地，在等价于权利要求书的范畴和范围内可以不偏离本发明精神在各种细节上做出各种修改。说明书中未写明的气管安装、气体输送、气体分析、气缸控制和测量主机部分为本领域常用装置和公知常识，市场上已有相关配套产品，例如理加联合的SF-3000测量主机，未详细描述的部分为本领域的公知常识，在此，不再述说。同时，本发明中说的自动测定装置，不局限于土壤二氧化碳通量的测量，本领域人员可以由此联想到连接其他类型的气体分析仪，测量其他气体通量的，以及稳定同位素。

Claims (4)

1.一种土壤气体通量测定仪的使用方法，所述方法中的土壤气体通量测定仪包括土环（1）、底座（22）、压制环（3）、气室（7）、支腿（2）、紧固螺丝（6）、水平球（11），所述的压制环（3）上设有螺钉（3-3），在压制环（3）与底座（22）之间设有被夹持的密封圈（5），所述的底座（22）上装有带定位块（3-1）的压制环（3），所述方法步骤包括：a）将土环（1）提前24小时以上置于待测土壤中，最大程度减少土环（1）对土壤呼吸的干扰；b）安装土壤气体通量测定仪，调节支腿（2），确保土环（1）穿过底座（22），但其最高处与底座（22）的平面相差在20mm-25mm；c）对支腿（2）进行微调，通过对水平球（11）的校准，以确保底座（22）处于水平面，再固定支腿（2），将支腿（2）上的紧固螺丝（6）拧紧，以免在测量过程中造成土壤气体通量测定仪滑动；d）土壤气体通量测定仪在测量过程，如果气室（7）跑偏，气室（7）在回复过程中下落，当其与压制环（3）上的定位块（3-1）的内表面接触时，气室（7）会沿定位块（3-1）向下运动，最终到达土环（1）的上方，从而确保气室（7）在测量过程回复位置一直处于正常状态。

2.根据权利要求1所述的一种土壤气体通量测定仪的使用方法，其特征在于：所述的底座（22）上装有控制箱（19），在控制箱（19）的上面设有压板（20），所述的水平球（11）安装在压板（20）上。

3.根据权利要求2所述的一种土壤气体通量测定仪的使用方法，其特征在于：所述的定位块（3-1）的平面与压制环（3）的环平面（3-4）成角度α，范围为15°-85°。

4.根据权利要求3所述的一种土壤气体通量测定仪的使用方法，其特征在于：所述的角度α为45°。