CN104181249B - 一种用于室内模拟的气体培养与采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于室内模拟的气体培养与采集装置，包括支撑架，还包括箱盖、中箱和底箱，所述底箱设置于支撑架上，所述箱盖、中箱和底箱依次嵌套并密封连接。该装置密封性好，模拟效果好，且结构简单，易于制造、装拆、维护。
Description
技术领域
本发明涉及土壤培养、温室气体采集技术领域，特别涉及一种用于室内模拟的气体培养与采集装置。
背景技术
全球变暖已成为全世界共同关注的问题，大气中浓度不断升高的CO2、CH4、N2O等温室气体是导致这一问题的关键。研究已证明湿地是CO2汇和CH4源，一方面，湿地植物通过自身的生命活动固定大量的CO2，成为巨大的CO2汇，另一方面又通过物质循环释放CH4，而扮演着CH4源的角色。此外，湿地又是大气N2O的重要排放源或汇，其增温效应是CO2的296倍。全球变暖背景下的湿地生态系统主要温室气体通量的研究正成为相关学科关注的焦点。
温室气体采集是进行温室气体排放通量和增温效应研究的前提和基础环节，不同的环境和领域对温室气体采集装置的要求也各不相同。现有的气体采集装置（如静态箱）主要为野外原位测定所用，至今还没有成熟的室内气体培养与采集装置，特别是对于湿地等水分饱和的土壤类型而言，还缺少专业的气体培养与采集装置。目前广泛使用的气体采集装置主要存在密封性差，不易移动，价格高昂，操作不便，耗时耗力，所得实验结果精确度低，不适合实验室等室内使用等缺点。
因此，一种易移动、低价格、操作方便、精确度高，且适宜实验室应用的优质、高效的气体培养与采集装置亟待研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于室内模拟的气体培养与采集装置，该装置密封性好，模拟效果好，精度高，且结构简单，易于制造，成本低，装拆、维护方便。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于室内模拟的气体培养与采集装置，包括支撑架、箱盖、中箱和底箱，所述底箱设置于支撑架上，所述箱盖、中箱和底箱依次嵌套并密封连接。
进一步的，所述箱盖上部开设有温度探测孔和气体采集孔，所述箱盖内设有风扇装置。
进一步的，所述中箱上部的周侧设有一第一沟槽，所述箱盖大于中箱，并套设于中箱的第一沟槽上，以在第一沟槽加水后可实现箱盖与中箱之间的密封连接；所述底箱上部的周侧设有一第二沟槽，所述中箱大于底箱，并套设于底箱的第二沟槽上，以在第二沟槽加水后可实现中箱与底箱之间的密封连接。
进一步的，所述底箱一侧设有透明观测管，所述透明观测管旁侧密集开设有与底箱连通的通孔，以从外部观测箱内土壤水位变化。
进一步的，所述底箱底端设有排水口，所述排水口上设有致密滤网，以阻止土壤流失，所述排水口上连接有排水管，所述排水管设有水阀，用于控制箱内水位。
进一步的，所述箱盖、中箱和底箱的材质为PVC，所述支撑架的材质为不锈钢，所述致密滤网的材质为铜质材料。
本发明的有益效果是：
1、本装置集气体培养和采集于一体，解决了现有设备结构复杂，密封性差，价格高昂，实验结果精确度低等缺点，一人即可完成全部操作。
2、本装置适合多种温室气体的培养与采集（如CO2、CH4、N2O等），气体采集合格率达到95%以上；安全可靠，工作连续性强。
3、本装置制造简单、材料易得、价格低廉、体积小、操作方便、可自由移动，非常适合实验室等室内环境使用，适于广泛推广，解决了实验室室内土壤温室气体培养与采集问题，是对现有技术的继承与创新。
4、本装置的箱盖、中箱、底箱和支撑架等各自独立，便于器件的更换和清理，其中一部分损坏不会影响其他部分的正常使用。
5、本装置尤其适合湿地等水分饱和环境下的土壤室内培养与气体采集工作，对于湿地生物地球化学循环研究具有重要意义。
综上所述，本发明的气体培养与采集装置，保证了实验室模拟实验的效率和质量，具有制造简单、成本低廉、性价比优等特点，为实验室温室气体培养与采集提供了设备支持。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
1-箱盖，2-中箱，3-底箱，4-支撑架，5-注射器，6-采气孔，7-橡胶塞，8-温度探测孔，9-电源，10-微风电扇，11-移动把手，12-透明观测管，13-控制水阀，14-橡胶管，15-万向轮，16-注水槽沟，17-滤网。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明用于室内模拟实验的可移动式湿地温室气体培养与采集装置的结构示意图，由箱盖1、中箱2、底箱3、支撑架4、注射器5、采气孔6、橡胶塞7、温度探测孔8、电源9、微风电扇10、移动把手11、透明观测管12、控制水阀13、橡胶管14、万向轮15、注水槽沟16构成。
本发明用于室内模拟的气体培养与采集装置，包括箱盖1、中箱2、底箱3和支撑架4，所述底箱3设置于支撑架4上，所述箱盖1、中箱2和底箱3依次嵌套并密封连接。
所述箱盖1上部开设有温度探测孔8和气体采集孔6，所述温度探测孔8用橡胶塞7塞住，以阻断与外界的气体交换，所述箱盖1内设有风扇装置，在本实施例中，所述风扇装置为微风电扇10，电源9固定在箱盖1上部。
所述中箱2上部的周侧设有一第一沟槽，所述箱盖1略大于中箱2，并套设于中箱2的第一沟槽上，以在第一沟槽加水后可实现箱盖1与中箱2之间的密封连接；中箱2高度可依实验需要调节；所述底箱3上部的周侧设有一第二沟槽，所述中箱2大于底箱3，并套设于底箱3的第二沟槽上，以在第二沟槽加水后可实现中箱2与底箱3之间的密封连接。在本实施例中，底箱内径约30-35cm，底箱、中箱和箱盖内径逐渐增大（以1-2cm为宜），便于互相嵌套；底箱高度约35cm，中箱高度依实验需要可自行设定，箱盖高度约7cm。
所述底箱3一侧设有约30cm高的透明观测管12，所述透明观测管12旁侧密集开设有与底箱3连通的通孔，箱内土壤水分可通过小孔渗入透明观测管12，以从外部观测箱内土壤水位变化。
所述底箱3底端设有排水口，所述排水口上设有致密滤网17，以阻止土壤流失，排水口上连接有排水管（橡胶管）14，所述橡胶管14设有水阀13，用于控制箱内水位。底箱两侧有把手，便于移动。
所述箱盖1、中箱2和底箱3的材质为PVC（聚氯乙烯）材料，具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨的特性并具有较好的保暖性和弹性。箱体分为明箱（透明）和暗箱（不透明）两种材质，分别供观测有光和作用和无光合作用下温室气体通量的变化。所述支撑架4为不锈钢架，底端三面以不锈钢管相连，另一边则空出用于排水操作。支撑架4底部装有万向轮15，便于移动。所述致密滤网17的材质为铜质材料。
本装置可在实验室内模拟不同情景下温室气体的通量变化情况，如不同光照、不同水位、模拟氮沉降、酸沉降等环境，以及原状土柱和植被的培养，实现室内不同环境的模拟实验，用途广泛。
本发明用于室内模拟的气体培养与采集装置，其工作步骤如下：
（1）在湿地样区，原位用直径约30cm土壤采集器采集原状土柱（或连同植被一起采集），保持原状带回实验室；将土柱放入底箱内，预培养一天，使根系和微生物恢复活性；根据需要选择明箱和暗箱。
（2）如果需要连同植被一起培养则需要加中箱，中箱高度根据植被最高高度来确定；如果只培养土壤则不需要加中箱。
（3）根据实验目的进行模拟处理，如模拟不同水位、不同氮沉降水平等，将不同容量的水溶液或含氮溶液均匀施入底箱，通过透明集水盒观察箱内水位变化，然后盖上箱盖，并向槽沟内加水，以形成密封环境。
（4）根据实验需要，在模拟处理后不同时间段采集气体，采气前先打开微风风扇，使箱内气体均匀，然后用50ml注射器扎入气体采集孔抽取气体，实验室用气相色谱仪（GC-2010，Shimadzu）测定气样中温室气体浓度；同步使用便携式温度测定仪（IQ150，美国）测定箱内温度。
（5）实验过程中，如需测定不同水位温室气体通量变化特征，则通过底箱底部的控制水阀进行排水和蓄水。
实施例1：
所培养土壤为湿地等水分饱和环境下的土壤，原位采集原状土回实验室模拟不同水位下土壤温室气体排放通量情况。本实施例选择闽江河口半咸水湿地环境下的土壤。
使用本发明在实验室模拟不同水位下土壤温室气体排放通量，其步骤如下：
（1）在闽江河口半咸水湿地，原位用直径约30cm土壤采集器采集原状土柱，保持原状带回实验室；将土柱放入底箱3内，预培养一天，使根系和微生物恢复活性；由于本实施例不考虑光照条件，所以选择暗箱。
（2）由于本实施例不考虑植被的影响，故不用移植植被，也不需加中箱2。
（3）根据实验目的进行模拟处理，本实施例是模拟不同水位（分别为0、-5、-10cm）下土壤温室气体通量变化情况，将经过预处理的人工配置海水均匀施入底箱3，通过透明集水盒12观察箱内水位变化，然后盖上箱盖1，并向槽沟16内注水，以形成密封环境。
（4）根据实验需要，在模拟处理后不同时间段采集气体，本实施例分别在模拟处理后30min内采集四个气样作为一个通量值。采气前先接通电源9，打开微风风扇10，使箱内气体均匀，然后用50ml注射器5扎入气体采集孔6抽取气体，实验室用气相色谱仪（GC-2010，Shimadzu）测定气样中温室气体浓度；同步使用便携式温度测定仪（IQ150，美国）通过温度探测孔8测定箱内温度。
（5）实验过程中，如需观测不同水位温室气体通量变化特征，则通过底箱底部的控制水阀13和橡胶管14进行排水和蓄水。
采用本发明的装置采集的闽江河口半咸水湿地土壤在不同水位条件下主要温室气体CO2、CH4通量变化测定结果分别为：
实施例2：
所培养土壤为湿地等水分饱和环境下的土壤，植被以水生、湿生或沼生种为主，具有发达的通气组织。本实施例选择闽江河口半咸水湿地多年生短叶茳芏植被及其下土壤（30cm深），植株高约0.5m。
使用本发明在实验室模拟不同氮沉降水平下土壤温室气体排放通量，其步骤如下：
（1）在闽江河口半咸水短叶茳芏沼泽湿地，原位用土壤采集器采集原状土柱，连同植被一起带回实验室；将土柱和植被放入底箱3内，预培养一天，使根系和微生物恢复活性。由于本实施例考虑光合作用的影响，所以选择明箱。
（2）由于本实施例考虑植被的影响，故要加中箱2，根据植被高度，中箱高度选择40-50cm为宜。
（3）根据实验目的进行模拟处理，本实施例是模拟不同铵态氮沉降水平下（分别为0、12、24gNH4 +-Nm-2）下温室气体通量变化情况，将经过预处理的含氮溶液均匀施入底箱3，然后盖上箱盖1，并向槽沟16内注水，以形成密封环境。
（4）根据实验需要，在模拟处理后不同时间段采集气体，本实施例分别在模拟处理后30min内采集四个气样作为一个通量值。采气前先接通电源9，打开微风风扇10，使箱内气体均匀，然后用50ml注射器5扎入气体采集孔6抽取气体，实验室用气相色谱仪（GC-2010，Shimadzu）测定气样中温室气体浓度；同步使用便携式温度测定仪（IQ150，美国）通过温度探测孔8测定箱内温度。
采用本发明的装置采集的闽江河口半咸水短叶茳芏沼泽湿地在不同氮沉降水平下N2O通量变化测定结果分别为：
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于室内模拟的气体培养与采集装置，包括支撑架，其特征在于，还包括箱盖、中箱和底箱，所述底箱设置于支撑架上，所述箱盖、中箱和底箱依次嵌套并密封连接；所述底箱一侧设有透明观测管，所述透明观测管旁侧密集开设有与底箱连通的通孔，以从外部观测箱内土壤水位变化；所述底箱底端设有排水口，所述排水口上设有致密滤网，以阻止土壤流失，所述排水口上连接有排水管，所述排水管设有水阀，用于控制箱内水位；
所述箱盖上部开设有温度探测孔和气体采集孔，所述箱盖内设有风扇装置；
所述中箱上部的周侧设有一第一沟槽，所述箱盖大于中箱，并套设于中箱的第一沟槽上，以在第一沟槽加水后可实现箱盖与中箱之间的密封连接；所述底箱上部的周侧设有一第二沟槽，所述中箱大于底箱，并套设于底箱的第二沟槽上，以在第二沟槽加水后可实现中箱与底箱之间的密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于室内模拟的气体培养与采集装置，其特征在于，所述箱盖、中箱和底箱的材质为PVC，所述支撑架的材质为不锈钢，所述致密滤网的材质为铜质材料。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 土壤温室气体通量测定方法的比较和评价;林茂;《湖南农业科学》;20121231;第9卷;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104181249A (zh) | 2014-12-03 |
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