CN105784861B - 一种土壤气体收集装置以及气体收集方法 - Google Patents

一种土壤气体收集装置以及气体收集方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土壤气体收集装置以及气体收集方法，包括集气瓶，所述集气瓶埋设在土壤内，其瓶体上设有若干吸气小孔，所述吸气小孔内嵌装微米级的逆止阀；所述集气瓶内腔通过管路连接至土壤外的抽气部件和储气部件，所述抽气部件和集气瓶之间的管路上连接有三通阀，所述三通阀的进气口和出气口分别连接抽气部件和集气瓶，另一排气口连通大气。本发明采用密闭室法采集土壤内的气体样品，并且能够有针对地对不同深度的土层气体进行收集测定。本发明整体装置简单，携带轻便，解决了土壤耕作层气体收集不方便，以及测定土壤气体含量不准确的缺陷，提供了便利的土壤气体收集装置，为今后土壤气体测定提供了坚实的基础。

Description

一种土壤气体收集装置以及气体收集方法
技术领域
本发明属于农业工程技术领域，具体涉及一种土壤气体收集装置以及气体收集方法，用于对土壤内的气体浓度进行精确测定。
背景技术
植物从发芽一开始，便要求供给大量的氧气。当氧气不足时，植物的生长受到抑制，同时在土壤中产生了嫌气过程，从而产生着对植物及有益微生物的有害物质(还原态化合物)。CO2浓度的改变将直接影响植物的光合作用、呼吸作用，改变植物对水分的利用效率等。研究发现植物在目前大气CO2浓度下基本上是光合作用不足的，因此CO2浓度增加将提高挣初级生产力，称之为CO2的“施肥效应”。土壤CO2浓度对预测土壤呼吸对于气候变化的响应方面特别重要。
由上可以看出，土壤的气体是制约作物生长发育的主要环境条件要素，土壤耕作层气体含量变化对全面考查土壤肥力，提高土壤水肥利用率具有重要意义，在土壤科学研究工作中，对土壤空气，特别是氧气状况的研究材料是极少的，因为土壤气相部分比起固相或是液相的研究更是薄弱。然而在文献记载中，土壤空气中氧气状况对一些重要的土壤性质的作用研究得就更少了。
如专利号为201110198618.X的中国专利公开了一种收集土壤气体的气体收集器，由依次连接的无底面的圆锥台状气室体、管状连接环和管状固定管组成，圆锥台状气室体下端口与管状连接环一端直接相连，管状固定管上端管口与管状连接环的另一端呈套入式相连，并嵌入于设置在管状连接环外壁上的斜面橡胶密封圈，进而保证气密性，管状固定管的下端管口呈刀口状，便于直接插入土壤。其通过刀口插入土壤，将土壤内的气体吸附气室体，再进行采样检测，这种形式的采集方法较繁冗，结构较笨重，采集的土壤内空气容易与外部空气混杂，造成检测结构不准确，并且其针对采集的土壤深度也有限。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有的土壤气体测定中收集气体的步骤繁冗、收集设备结构笨重、土壤气体采集深度有限的缺陷，提供一种新型的土壤气体收集装置以及气体收集方法，实现对土壤气体的调控，有效解决土壤气体不容易被收集，土壤气体含量测定不准确的缺陷。
本发明采用如下技术方案实现：
一种土壤气体收集装置，包括集气瓶1，所述集气瓶1埋设在土壤内，其瓶体上设有若干吸气小孔12，所述吸气小孔12内嵌装微米级的逆止阀11；所述集气瓶1内腔通过管路连接至土壤外的抽气部件和储气部件。
进一步的，所述抽气部件和集气瓶之间的管路上连接有三通阀3，所述三通阀3的进气口和出气口分别连接抽气部件和集气瓶，另一排气口连通大气。
进一步的，所述三通阀3具有控制阀门，控制切换进气口与排气口或出气口之间的连通。
进一步的，所述管路采用螺旋弹簧状的伸缩管，可根据集气瓶的埋设深度进行长度调整。
在本发明中，所述抽气部件为电动抽气泵或手动柱塞式抽气部件。
进一步的，所述储气部件为连接抽气部件出气端的真空管5。
本发明还包括另一技术方案，一种土壤气体收集装置，包括集气瓶1，所述集气瓶1埋设在土壤内，其瓶体上设有若干吸气小孔12，所述吸气小孔12内嵌装微米级的逆止阀11；所述集气瓶1内腔通过管路连接至土壤外的手持式气体测定仪6。
进一步的，所述抽气部件和集气瓶之间的管路上连接有三通阀3，所述三通阀3的进气口和出气口分别连接抽气部件和集气瓶，另一排气口连通大气。
进一步的，所述三通阀3具有控制阀门，控制切换进气口与排气口或出气口之间的连通。
进一步的，所述管路采用螺旋弹簧状的伸缩管。
本发明还公开了一种上述两套技术方案应用的气体收集方法，其步骤包括：
首先将集气瓶1埋入待测土层的预定深度，并通过调节伸缩管路将三通阀3留置在地面以上；
其次调节三通阀3将集气瓶1以及管路内的干扰气体排出；
最后调节三通阀3与抽气部件或气体测定仪连通，实现土壤内气体收集或直接测试读数。
本发明采用密闭室法采集气体样品，集气瓶内已经形成一个密闭性气体空间，集气瓶上设置微米级的逆止阀，能够供空气正常流通，并且泥土颗粒不能进入集气瓶或堵塞气流通道，同时逆止阀还能阻止瓶内气体流出，集气瓶埋设在不同深度的土层内进行气体收集，能够有针对地对不同深度的土层气体进行收集测定。整体装置简单，携带轻便，可考虑使用电动抽气设备或手动抽气，气体收集简单，通过管路输送收集气体，收集过程简单快捷。
本发明采用预埋的方式可精准测量不同深度土壤的气体含量，实现对土壤的气体采集深度精准控制以及定点收集；气体收集装置由单向集气瓶、三通阀、抽气部件和储气部件组成；再结合收集和直接测试两种方法，构成了一套完整的针对不同深度土壤气体收集检测技术。
由上所述，本发明不仅很好的解决了土壤耕作层气体收集不方便，测定土壤气体含量不准确的缺陷，同时提供了便利的土壤气体收集装置，土层内不同深度的气体收集更方便，对农业土壤内气体分布研究的整体技术发展提供了坚实的基础。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为实施例1中的土壤气体收集装置的连接示意图。
图2为实施例1中的集气瓶的结构示意图。
图3为实施例2中的土壤气体收集装置的连接示意图。
图中标号：1-集气瓶，2-伸缩管，3-三通阀，4-电动抽气泵，5-真空管，6-手持式气体测定仪，11-逆止阀，12-吸气小孔。
具体实施方式
实施例
参见图1和图2，图示中的土壤气体收集装置包括集气瓶1、伸缩管2、三通阀3、电动抽气泵4和真空管5，其中集气瓶1整体埋设在土壤内，其内腔通过伸缩管2依次连接至土壤外设置的三通阀3、电动抽气泵4和真空管5。
具体的，集气瓶1的瓶体上钻有若干吸气小孔12，吸气小孔12之间的间距为3cm，吸气小孔的孔径为20mm，在吸气小孔12内嵌装微米级的逆止阀11，逆止阀11上设有孔径为10um左右的孔隙，允许土壤内的气体通过，阻止土壤颗粒进入集气瓶内。
集气瓶1的瓶口设置接头，可与管道进行快速插装。采用伸缩管2进行气体输送，伸缩管2是指螺旋弹簧状盘绕的管道，能够进行拉长调节管道长度，调节范围在土壤耕作层的20cm-100cm。
三通阀3设置在电动抽气泵4和集气瓶1之间的管路上，三通阀3包括进气口、出气口和排气口三个连接口，其中进气口和出气口分别连接电动抽气泵的进气端和集气瓶，排气口则连通大气，可在收集气体之前排出管道和集气瓶内的多余气体，三通阀3上设有一十字开关作为控制阀门，可控制切换进气口与排气口或出气口之间的连通。在每次测量收集气体前，可以操作三通阀3的控制阀门将出气口和排气口连通，先排出一部分集气瓶和管道中的气体，然后将进气口和出气口连通，电动抽气泵抽取土壤耕作层气体，将气体储存在真空管中，利用气相色谱仪分析真空管中气体含量，此方法能精确测定气体含量。
本实施例中采用电动抽气泵4作为抽气部件，如果在野外没有电源的情况下，也可采用手动的柱塞式抽气注射器作为手动抽气部件，通过注射器将气体从集气瓶中抽取出来，在注射转移到真空管5内，真空管5在使用前，内部抽成真空，并在其进气口位置设置单向阀。
实施例2
参见图2，本实施例与实施例1不同之处在于：本实施例的集气瓶1内腔通过管路连接至土壤外的手持式气体测定仪6。同样的，在集气瓶下半部分钻有吸气小孔12，吸气小孔12之间的间距为3cm，吸气小孔12的孔径为20mm，在吸气小孔12内嵌装微米级的逆止阀11，逆止阀11上设有孔径为10um左右的孔隙，允许土壤气体通过，阻止土壤颗粒进入集气瓶内。收缩管2可以调节长度，调节范围在土壤耕作层的20cm-100cm；手持式气体测定仪6和集气瓶1之间的管路上连接有三通阀3，三通阀3的进气口和出气口分别连接手持式气体测定仪6和集气瓶，另一排气口连通大气。三通阀3具有控制阀门，控制切换进气口与排气口或出气口之间的连通。
本实施例采用手持式气体测定仪，方便快捷，可以直接读数。
实施例1和实施例2在具体进行土壤气体收集试验时，首先将集气瓶1埋入待测土层的预定深度，并通过调节伸缩管路将三通阀3留置在地面以上；集气瓶1的深度以及位置可根据土壤的实际情况进行调整。
其次通过调节三通阀3上的控制阀门，控制三通阀3的出气口和排气口连通，将集气瓶1以及管路内的干扰气体排出，干扰气体指的是在埋入土壤之前集气瓶和管路内的空气，这部分空气与土壤内的空气含量不同，如果一同收集会对测试结果造成难以预计的影响。
最后调节三通阀3上的控制阀门，控制三通阀3的进气口和出气口连通，在实施例1中，集气瓶通过管路与抽气部件连通，将土壤内气体抽送至真空管内完成收集；在实施例2中，集气瓶通过管路直接与气体测定仪连通，实现土壤内气体的直接收集测试，通过测定仪可直接得出测试结果。
以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种土壤气体收集装置，其特征在于：包括集气瓶(1)，所述集气瓶(1)埋设在土壤内，其瓶体上设有若干吸气小孔(12)，所述吸气小孔(12)内嵌装微米级的逆止阀(11)；所述集气瓶(1)内腔通过管路连接至土壤外的抽气部件和储气部件。
2.根据权利要求1所述的一种土壤气体收集装置，所述抽气部件和集气瓶之间的管路上连接有三通阀(3)，所述三通阀(3)的进气口和出气口分别连接抽气部件和集气瓶，另一排气口连通大气。
3.根据权利要求2所述的一种土壤气体收集装置，所述三通阀(3)具有控制阀门，控制切换进气口与排气口或出气口之间的连通。
4.根据权利要求1所述的一种土壤气体收集装置，所述管路采用螺旋弹簧状的伸缩管，可根据集气瓶的埋设深度进行长度调整。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种土壤气体收集装置，所述抽气部件为电动抽气泵或手动柱塞式抽气部件，所述储气部件为连接抽气部件出气端的真空管(5)。
6.一种土壤气体收集装置，其特征在于：包括集气瓶(1)，所述集气瓶(1)埋设在土壤内，其瓶体上设有若干吸气小孔(12)，所述吸气小孔(12)内嵌装微米级的逆止阀(11)；所述集气瓶(1)内腔通过管路连接至土壤外的手持式气体测定仪(6)。
7.根据权利要求6所述的一种土壤气体收集装置，所述手持式气体测定仪(6)和集气瓶之间的管路上连接有三通阀(3)，所述三通阀(3)的进气口和出气口分别连接手持式气体测定仪(6)和集气瓶，另一排气口连通大气。
8.根据权利要求7所述的一种土壤气体收集装置，所述三通阀(3)具有控制阀门，控制切换进气口与排气口或出气口之间的连通。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的一种土壤气体收集装置，所述管路采用螺旋弹簧状的伸缩管，可根据集气瓶的埋设深度进行长度调整。
10.一种权利要求2或权利要求7中的土壤气体收集装置应用的气体收集方法：其特征在于：
首先将集气瓶(1)埋入待测土层的预定深度，并通过调节管路将三通阀(3)留置在地面以上；
其次调节三通阀(3)将集气瓶(1)以及管路内的干扰气体排出；
最后调节三通阀(3)与抽气部件或气体测定仪连通，实现土壤内气体收集或直接测试读数。
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