CN106018015A - 一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，包括箱体，所述箱体上侧面中部和下侧面中部分别设有一段与树干直径相适应以包住树干的套管，所述箱体由可相对侧向打开的前半箱体和后半箱体组成，所述套管也相应地被分隔成设于前半箱体上的前半套管和设于后半箱体上的后半套管，所述箱体上还设有采样口和气压平衡管。该静态箱可以准确测量红树林湿地木本植物树干的甲烷传输速率，且结构简单，易于制造，具有良好的便携性和易操作性。

Description

一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱
技术领域
本发明涉及一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，适用于大气科学、环境科学、自然地理学和生态学中温室气体排放调查领域。
背景技术
全球变暖是全人类共同关注的环境问题之一。作为一种重要的温室气体，湿地甲烷（CH4）排放的相关研究已成为学术界普遍关注的问题。湿地甲烷传输途径包括扩散传输、气泡传输和植物体传输等。其中，植物体传输具有效率高和速度快的特点。目前，国内已有不少研究对湿地草本植物甲烷的传输速率进行定量测量，但对木本植物的甲烷传输速率研究甚少。据估算全球每年通过木本植物释放到大气中的甲烷约计80 Tg/年。尤其在热带和亚热带红树林沼泽，大量甲烷通过木本植物的树干释放到大气中。为了更好地了解红树林植物体甲烷传输的特征与变化趋势，以便及时地制定甲烷减排和应对全球变暖的措施，必须了解红树林湿地木本植物甲烷传输速率，并设计一种专用于测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱。
测量湿地植物甲烷传输速率的静态箱一般由箱体和底座两个部分组成。箱体又包括注射器、阀门、抽气口等部分组成。此类静态箱一般倒扣于湿地土壤-植物系统之上，观测湿地甲烷排放通量，再通过设置植株剪切处理组，观测剪切植物后的湿地甲烷排放通量，通过二者的通量差值估算植物甲烷传输速率。此类静态箱适用于水稻、芦苇、莎草等湿地草本植物甲烷传输速率测定。静态箱的高度设计随着植株的高度改变而改变。
将传统的测量湿地植物体甲烷传输的静态箱应用在红树林木本植物体甲烷排放的测量上，存在一定的弊端。首先，红树林木本植物的体型较大，若按照传统静态箱设计，会使得箱体体积庞大，整体装置造价高且不易运移；其次，采样植物剪切法对红树林植株并不适用，首先对植株本身造成破坏，其次忽略了植物根系泌氧能力对湿地甲烷氧化的影响，进而影响甲烷传输测定的准确性；第三，对于同一红树林植株，树干或树枝的不同部位甲烷传输速率差异较大，传统的静态箱会忽略这种局部异质性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，该静态箱可以准确测量红树林湿地木本植物树干的甲烷传输速率，且结构简单，易于制造，具有良好的便携性和易操作性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，包括箱体，所述箱体上侧面中部和下侧面中部分别设有一段与树干直径相适应以包住树干的套管，所述箱体由可相对侧向打开的前半箱体和后半箱体组成，所述套管也相应地被分隔成设于前半箱体上的前半套管和设于后半箱体上的后半套管，所述箱体上还设有采样口和气压平衡管。
进一步的，所述前半箱体和后半箱体一侧用合页连接，另一侧可相对自由开合。
进一步的，所述采样口上设有取样帽，所述取样帽内设有硅胶塞，以通过注射器进行多次采样。
进一步的，所述气压平衡管上连接有容积可变的柔性密封袋，以平衡箱体与大气的气压差。
进一步的，所述前半箱体的前侧面开设有通风窗，所述通风窗外围设有滑槽，并配设有与滑槽相适应以封住通风窗的抽板。
进一步的，所述前半箱体上还设有伸缩杆和用于驱动伸缩杆前后伸缩的电机，所述伸缩杆与所述抽板连接，以带动抽板前后滑移从而打开或关闭通风窗。
进一步的，还包括自动控制系统，所述自动控制系统与所述电机的驱动电路连接，以通过控制所述电机工作控制伸缩杆前后伸缩。
进一步的，所述箱体内还设有风扇，以保证箱体内气体充分混匀，所述自动控制系统与所述风扇的驱动电路连接，以控制所述风扇工作。
进一步的，所述箱体上还设有温度传感器和气压传感器，以检测箱体内的温度和气压，所述自动控制系统与所述温度传感器和压力传感器连接。
相较于现有技术，本发明的有益成果：1）结构简单，整体构件加工方式简单，容易量产；2）设计选用的材料价格低廉，配件易于购买；3）构造轻盈、便于携带，单件静态箱总质量不超过1kg；4）操作简便，单人即可完成固定、密封和抽气的采样全过程；5）与传统静态箱相比，该静态箱可直接固定在木本植物树干和枝条的不同部位，可用于分析木本植物不同部位的甲烷传输的异质性；6）测定不同时间段树干甲烷传输时，只需打开抽板短时间通风后，再将抽板安装密封即可进行下一时段观测，无需取下整个静态箱，操作方便；7）体积小，气体可在短时内混匀；8）可独立使用，采样时不受外界条件和采样布点的限制，同时对待测植物无任何损伤。
附图说明
图1是本发明实施例的结构前视图。
图2是本发明实施例的结构后视图。
图3是本发明实施例中自动控制系统的控制原理图。
其中：1-箱体，2-套管，3-采样口，4-气压平衡管，5-硅胶发泡密封条，6-通风窗，7-抽板，8-伸缩杆与抽板连接部，9-伸缩杆，10-伸缩杆安装架，11-伸缩杆电机，12-滑槽，13-温度传感器，14-气压传感器，15-风扇，16-风扇电源，17-合页，18-密封胶条，19-前半箱体，20-后半箱体。
具体实施方式
本发明用于测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，如图1、2所示，包括箱体1，箱体1上侧面中部和下侧面中部分别设有一段与树干直径相适应以包住树干的套管2，箱体1由可相对侧向打开的前半箱体19和后半箱体20组成，套管2也相应地被分隔成设于前半箱体上的前半套管和设于后半箱体上的后半套管。在本实施例中，前半箱体19和后半箱体20一侧用合页17连接，另一侧可相对自由开合，以方便静态箱的安装或拆卸。
箱体1上还设有采样口3和气压平衡管4。采样口3和气压平衡管4设于箱体的上侧面。采样口3上设有取样帽，取样帽内设有硅胶塞，以通过注射器进行多次采样。在本发明较佳实施例中，采样口3为一金属采气嘴，金属采气嘴通过螺母和螺栓固定在箱体顶面，并在螺母和螺栓之间加硅胶垫圈保证气密性。螺栓中空保障气体流通。螺栓顶套含取样帽，内设硅胶塞，从而通过注射器进行多次取样，硅胶塞可更换。采样口3可连接温室气体浓度自动检测仪器，实现自动采样。
气压平衡管4穿过箱体露出箱体外，气压平衡管4上连接有容积可变的柔性密封袋，如气球，以平衡箱体与大气的气压差。
前半箱体19的前侧面开设有通风窗6，通风窗6外围设有滑槽12，并配设有与滑槽12相适应以封住通风窗6的抽板7，以便于测定时的密封和两次测定间隔的通风。为了便于密封，抽板7的四周设有密封胶条。
前半箱体19上还设有伸缩杆9和用于驱动伸缩杆9前后伸缩的电机11，电机11外接220V交流电，电机11安装于伸缩杆安装架10上，伸缩杆9与抽板7连接，以带动抽板前后滑移从而打开或关闭通风窗。
箱体1内还设有风扇15，以保证采样期间箱体内气体充分混匀。箱体1的外壁设置风扇15的电源16，电源用碱性电池驱动。
箱体上1还设有温度传感器13和气压传感器14，以检测箱体内的温度和气压。
如图3所示，本发明的静态箱还包括自动控制系统21，自动控制系统21与用于驱动伸缩杆9的电机11的驱动电路连接，以通过控制电机11工作控制伸缩杆9前后伸缩，从而实现两次测定间隔，自动打开通风窗6，通风一段时间后再自动关闭。同时，自动控制系统21还与风扇15的驱动电路、温度传感器13和压力传感器14连接，以控制风扇15工作并采集箱体内的温度和气压信息。
使用时，将本发明测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱套在红树林植物的树干上，利用扎带将前半箱体19和后半箱体20闭合固定在树干上。箱体通过密封胶条18和硅胶发泡密封条5可实现箱体和树干的密封，并测量一段时间内箱体内甲烷的浓度变化，得到甲烷的传输速率。该静态箱质量轻盈，利用套管2的硅胶发泡密封条5与树干的摩擦力可将箱体牢固地固定在树干上，不会对木本植物本身造成损伤。硅胶发泡密封条5弹性好、抗老化、超强密封、具有极佳的回弹性，使得对于不同直径的树干，套管能够实现一定程度的自适应（波动范围为3-5cm）。
下面结合一具体实施例对本发明作进一步说明。
参照附图1，本发明静态箱的箱体1为厚度为3mm的20cm×20cm×20cm的立方箱体，由前半箱体19和后半箱体20组成；前半箱体19的顶面距离端部2cm安装金属采气嘴，金属采气嘴用螺母和螺栓固定在前半箱体19上；箱体顶面和底面中心各粘接一厚度为3mm、直径为φ8cm、高度为5cm的套管2，套管2穿过箱体1，外露2.5cm；前半箱体19的中心镂空14cm×14cm的通风窗6，并在外侧设有15cm×15cm的滑槽12和抽板7，抽板经伸缩杆与抽板连接部8与伸缩杆9连接，伸缩杆9与电机11连接；前半箱体19的中部接一10cm×10cm的伸缩杆安装架10，其上安装电机11，电机由自动控制系统21控制工作；前半箱体19的顶面距离端部2cm设一段厚度为1mm，高度为5cm，直径为Φ5mm的细管，该细管穿过箱体，外露出4cm，上套一个气球作为气压平衡管4。箱体1用两个高度为4cm的合页17连接箱体，合页离顶面的距离为3cm，间隔为6cm。后半箱体20的顶面装有温度传感器13和气压传感器14，温度传感器13和气压传感器14一端伸出箱体2cm，并与自动控制系统21连接，探头部分在箱体内部。其中，静态箱、卡槽和抽板均采用有机玻璃材质，金属采气嘴采用镀铬铜合金（配套硅胶塞和硅胶垫圈），套管配有硅胶发泡密封条，箱体的侧壁配有密封胶条18。
测量红树林树干或枝条的甲烷传输速率前，将本发明测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱套在红树林木本植物的树干上，利用扎带将前半箱体19和后半箱体20闭合固定在树干上。箱体通过密封胶条18和硅胶发泡密封条5可实现树干和箱体1之间密合。自上而下多次测量静态箱包裹树干段胸径，以计算被包裹段的平均胸径，记录数据。在气压平衡管上套上气球。将静态箱打开并套在树干或枝条上，待所测植株静态箱均安装完毕后，通过自动控制系统21启动风扇15的电源16和驱动伸缩杆9的电机11，此时伸缩杆9伸长，抽板7被推出，通风窗打开，通风5分钟后，伸缩杆9自动收缩，抽板7被抽回，将通风窗6闭合，此时为t0时刻，在t0时刻利用60mL带三通阀注射器插入金属采气嘴，抽取30mL箱内气体（或通过金属采气咀连接CH4浓度自动检测仪器，自动从箱内抽取气样进行浓度测定），注入50mL的铝塑复合膜气体采样袋中，每隔0.5小时取样一次。采样的同时，自动控制系统21自动采集及记录静态箱内的温度和气压。气体样品带回实验室后利用气相色谱仪检测甲烷的相对含量，并用标气标定，获得甲烷实际的含量，并计算树干甲烷传输速率。
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 (9)

1.一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，包括箱体，其特征在于，所述箱体上侧面中部和下侧面中部分别设有一段与树干直径相适应以包住树干的套管，所述箱体由可相对侧向打开的前半箱体和后半箱体组成，所述套管也相应地被分隔成设于前半箱体上的前半套管和设于后半箱体上的后半套管，所述箱体上还设有采样口和气压平衡管。
2.根据权利要求1所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，所述前半箱体和后半箱体一侧用合页连接，另一侧可相对自由开合。
3.根据权利要求1所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，所述采样口上设有取样帽，所述取样帽内设有硅胶塞，以通过注射器进行多次采样。
4.根据权利要求1所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，所述气压平衡管上连接有容积可变的柔性密封袋，以平衡箱体与大气的气压差。
5.根据权利要求1所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，所述前半箱体的前侧面开设有通风窗，所述通风窗外围设有滑槽，并配设有与滑槽相适应以封住通风窗的抽板。
6.根据权利要求5所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，所述前半箱体上还设有伸缩杆和用于驱动伸缩杆前后伸缩的电机，所述伸缩杆与所述抽板连接，以带动抽板前后滑移从而打开或关闭通风窗。
7.根据权利要求6所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，还包括自动控制系统，所述自动控制系统与所述电机的驱动电路连接，以通过控制所述电机工作控制伸缩杆前后伸缩。
8.根据权利要求7所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，所述箱体内还设有风扇，以保证箱体内气体充分混匀，所述自动控制系统与所述风扇的驱动电路连接，以控制所述风扇工作。
9.根据权利要求7所述的一种测量红树林树干甲烷传输速率的静态箱，其特征在于，所述箱体上还设有温度传感器和气压传感器，以检测箱体内的温度和气压，所述自动控制系统与所述温度传感器和压力传感器连接。
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