CN108871883A - 一种静态箱通量观测装置及采气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生态观测技术领域，公开了一种静态箱通量观测装置及采气方法。由底环、盖箱、采气外接装置、温度传感器和密封圈组成。本发明结构简单，材料容易获取，操作简单方便；特定HO型密封圈能够实现无水密封而无需设置密封水槽；只需简单操作气囊和三通阀就能实现箱体内气体混匀和采集气样至采气袋或采气瓶，而无需安装风扇、携带蓄电池及使用注射器；采用(透明)隔热防晒漆对暗箱和明箱进行隔热处理，能较好维持箱体内温度，而避免箱体外额外包裹隔热材料。本发明气体采集效率高效果好，方便携带，可重复使用，大大简化了基于静态箱法进行通量观测时气体采集工作，省时省工。

Description

一种静态箱通量观测装置及采气方法
技术领域
本发明属于通量观测装置技术领域，尤其涉及一种静态箱通量观测装置及采气方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：近年来，由于以气候变暖为主要特征的全球变化引起广泛关注，我国对于CO2、CH4、N2O等温室气体通量的观测研究越来越多，其中包括对土壤-大气界面温室气体通量的观测研究。静态箱法由于相对其他观测方法具有设备简单、操作灵活、便于开展重复和控制实验等优点而在土壤温室气体通量观测研究中具有极其广泛应用。其基本原理是将密闭的箱体罩在地表，通过观测箱体内气体浓度随时间的变化来计算土壤温室气体排放或吸收速率。
为了使实验观测数据准确，观测箱应隔绝箱体内外的气体交换，且采气前应当对箱体内气体进行充分混匀以减少气体采集的偶然性，同时应尽可能减缓箱体内气温变化。静态箱观测研究中目前存在以下缺陷：(1)为实现箱体内气体的充分混合，研究中多在箱体内安装风扇，并以蓄电池供电。若为每个箱体单独配备蓄电池，则成本大增，同时携带大大不便；若多个箱体共用一块大容量蓄电池，不仅野外导线布设繁琐、携带不便，同时观测点之间的距离受到限制，不利于选择最佳观测点。因此，有些观测研究中直接忽略气体混匀，从而一定程度降低了观测的准确性。(2)目前静态箱观测中多采用注射进行取样，其做法是用注射器抽取气体，然后转移至采气袋或采气瓶，期间需要反复旋转气路阀门，操作比较繁琐，同时目前市面上大容量注射器多为玻璃制品，在野外携带时容易损坏。(3)在气密性方面，多采用水封槽来实现盖箱和底环之间的密封，不仅增加底环加工工序，且因野外取水困难，操作难度大大增加。(4)箱体密闭期间，由于太阳光照射，箱体内密闭空间的气温往往上升很快，尤其在夏季太阳直射下30min内箱体内的温度将可能高出箱体外温度2～5℃。而温度是温室气体通量最主要驱动因素之一，因而，温度上升可能使箱体观测的结果产生较大误差。因此，常用的做法是在箱体外包裹具有反光隔热作用的材料(如覆铝气泡膜、泡沫聚苯乙烯等)。该材料不仅在野外搬运过程中易损坏，降低装置整体的美观性，同时，由于所包裹材料不透光，观测箱选用只能局限于暗箱。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的技术在气体混合、取气、密封、箱体隔热等方面存在缺陷，集中表现为操作的便利性与观测的准确性方面存在较大矛盾。
解决上述技术问题的难度和意义：本发明结构简单，材料容易获取，操作简单方便；本发明所增加的简单采气外接装置，集气体混合和气样采集功能于一体，只需简单操作气囊和三通阀就能实现箱体内气体混匀和采集气样至采气袋或采气瓶，而无需安装风扇、携带蓄电池及使用注射器，大大简化了野外气体混匀和采集装置；所设计的特定密封圈能够实现无水密封而无需设置密封水槽及携带密封用水；采用(透明)隔热防晒漆对暗箱和明箱进行隔热处理，能较好维持箱体内温度，而避免箱体外额外包裹隔热膜，使应用透明箱开展通量观测成为可能。本发明气体采集效率高效果好，方便携带，可重复使用，大大简化了基于静态箱法进行通量观测时气体采集工作，省时省工，并提高观测的准确性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种静态箱通量观测装置及采气方法。
本发明是这样实现的，一种静态箱通量观测装置，所述静态箱通量观测装置设置有：
盖箱、密封圈、底环、温度计和采气外接装置；
采气外接装置和温度计固定于盖箱；
盖箱与底环之间放置以特定HO型密封圈进行密封连接；
盖箱外表面涂有防水隔热漆。
进一步，所述采气外接装置包括：进气口过滤器、进气端穿板快插接头、进气端逆止阀、气囊、出气端逆止阀、三通阀、出气端穿板快插接头、出气口曝气头、采气接管(或接头)，各元件通过聚四氟乙烯管连接，穿板快插接头固定于盖箱。
采气外接装置各元件连接方法具体为：所述进气端穿板快插接头固定于盖箱一侧(或底端)，进气端穿板快插接头伸入盖箱内一端通过聚四氟乙烯管连接进口过滤器；进气端穿板过滤器留在盖箱外一端通过聚四氟乙烯管依次连接进气端逆止阀、气囊、出气端逆止阀、三通阀第一接口、三通阀第二接口、出气端穿板快插接头；出气端穿板快插接头固定于盖箱另一侧(或顶端)，伸入盖箱内一端用聚四氟乙烯管连接出气口曝气头；三通阀第三接口连接采气接管(或接头)；采气接管(或接头)连接采气袋或采气瓶。
特定HO型密封圈上端为U形槽，槽宽度略小于盖箱壁厚，盖箱低端插入上U形槽后用胶固定；下端为倒U形槽，槽宽度较底环厚度宽，以增加安装的便利性，同时下端U形槽竖直内壁设置有一对或多对细长的齿状突起以增强密封圈与底环壁面的密封性。
盖箱外表面涂防水隔热漆来减缓箱体内气温上升。当盖箱材质为透明材质制作而成时，其外表面所涂防水隔热漆为透明型防水隔热漆；当盖箱材质为非透明材质制作而成时，其外表面所涂防水隔热漆为透明型或通用型防水隔热漆。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述静态箱通量观测装置的静态箱采气方法，所述静态箱采气方法包括：
步骤一，采气前预先埋设好土壤底环，上端露出地表2～5cm；
步骤二，观测时，将组装好的盖箱置于底环上并压紧，使HO密封圈与底环连接到位，并将三通阀旋转至第一、二接口连通；
步骤三，采气时，连接好采气袋或采气瓶；在三通阀第一、二接口连通的状态下，多次挤压球囊，使箱体和管路内气体混合均匀；
步骤四，将三通阀旋转至第一、三接口连通，多次挤压球囊使气体进入气袋或气瓶。
步骤五，采气袋或采气瓶气体充足后，将三通阀旋转至第一、二接口连通，封闭并取下采气袋或采气瓶，采气完毕；
步骤六，根据采气次数要求，重复步骤三至步骤五。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明气体采集效率高效果好，方便携带，可重复使用，大大简化了基于静态箱法进行通量观测时气体采集工作，省时省工，并提高观测的准确性。具体体现在：(1)本发明结构简单，材料容易获取，操作简单方便；(2)本发明所增加的简单采气外接装置，集气体混合和气样采集功能于一体，只需简单操作气囊和三通阀就能实现箱体内气体混匀和采集气样至采气袋或采气瓶，避免了安装风扇、携带蓄电池及使用注射器，大大简化了野外气体混匀和采集装置；(3)所设计的特定HO型密封圈能够有效实现无水密封，避免了设置密封水槽及野外携带密封用水；(4)采用(透明)防水隔热漆对暗箱和明箱进行隔热处理，能维持箱体内温度基本不上升，避免了箱体外额外包裹隔热材料，同时，使应用透明箱开展通量观测成为可能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的静态箱主体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的静态箱温度计及采气外接装置连接示意图；
图3是本发明实施例提供的静态箱HO密封圈截面结构示意图；
图中：1、盖箱；2、HO型密封圈；3、底环；4、温度计；5、进气口过滤器；6、进气端穿板快插接头；7、进气端逆止阀；8、气囊；9、出气端逆止阀；10、三通阀；11、出气端穿板快插接头；12、出气口曝气头；13、聚四氟乙烯气管；14、采气接管(或接头)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种土壤与大气交界面气体采集装置及采集方法，旨在解决目前存在的气体采集设备密封和气体混匀装置复杂、采气操作繁琐、箱体内气温上升幅度大等技术问题。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-图3所示，本发明实施例提供的静态箱通量观测装置包括：盖箱1、HO型密封圈2、底环3、温度计4和采气外接装置。其中采气外接装置包括：进气口过滤器5、进气端穿板快插接头6、进气端逆止阀7、气囊8、出气端逆止阀9、三通阀10、出气端穿板快插接头11、出气口曝气头12、聚四氟乙烯气管13、采气接管(或接头)14。
盖箱1和底环3均用不锈钢加工而成，壁厚2mm，内径250mm。盖箱1为底部开口、顶部密封的梯形圆台，总高度200mm。底环3为底部和顶部开口的圆筒，高100mm。盖箱1与底环3之间以硅胶材质的特定HO型密封圈2进行密封连接。盖箱1顶面嵌装有提手。盖箱1外表面涂有通用型防水隔热漆。
采气外接装置和温度计4固定于盖箱1上。
采气外接装置连接及固定方式如下：进气端穿板快插接头6固定于盖箱底端，进气端穿板快插接头6伸入盖箱1内一端通过聚四氟乙烯管13连接进口过滤器5；进气端穿板快插接头6留在盖箱1外一端通过聚四氟乙烯管13依次连接进气端逆止阀7、气囊8、出气端逆止阀9、三通阀10第一接口、三通阀10第二接口、出气端穿板快插接头11；出气端穿板快插接头11固定于盖箱顶端，伸入盖箱内一端用聚四氟乙烯管13连接出气口曝气头12；三通阀10第三接口连接采气接管14；采气接管14连接采气袋。
逆止阀7和9安装方向一致，以确保管路中气流单向流动。
聚四氟乙烯管13内径4mm，外径6mm，其他元件接口尺寸选择与之配套。
本发明实施例提供的静态箱采气方法包括以下步骤：
步骤一，采气前48小时，预先埋设好土壤底环，上端露出地表2～3cm；
步骤二，观测时，将组装好的盖箱置于底环上并压紧，使HO密封圈与底环连接到位，并将三通阀旋转至第一、二接口连通；
步骤三，采气时，连接好50ml的采气袋；在三通阀第一、二接口连通的状态下，挤压球囊10～15次，使箱体和管路内气体混合均匀；
步骤四，将三通阀旋转至第一、三接口连通，多次挤压球囊使气体进入采气袋并充盈。
步骤五，将三通阀旋转至第一、二接口连通，封闭并取下采气袋，采气完毕；
步骤六，根据采气次数要求，重复步骤三至步骤五。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种静态箱通量观测装置，其特征在于，所述静态箱通量观测装置设置有：
盖箱、密封圈、底环、温度计和采气外接装置；
采气外接装置和温度计固定于盖箱；
盖箱与底环之间以特定HO型密封圈进行密封连接；
盖箱外表面涂有防水隔热漆。
2.如权利要求1所述的静态箱通量观测装置，其特征在于，所述采气外接装置由进气口过滤器、进气端穿板快插接头、进气端逆止阀、气囊、出气端逆止阀、三通阀、出气端穿板快插接头、出气口曝气头、采气接管或接头组成，各元件通过聚四氟乙烯管连接，穿板快插接头固定于盖箱。
3.如权利要求1所述的静态箱通量观测装置，其特征在于，所述进气端穿板快插接头固定于盖箱一侧或底端，进气端穿板快插接头伸入盖箱内一端通过聚四氟乙烯管连接进气口过滤器；进气端穿板快插接头盖箱外一端通过聚四氟乙烯管依次连接进气端逆止阀、气囊、出气端逆止阀、三通阀第一接口、三通阀第二接口、出气端穿板快插接头；出气端穿板快插接头固定于盖箱另一侧或顶端，伸入盖箱内一端用聚四氟乙烯管连接出气口曝气头；三通阀第三接口连接采气接管或接头；采气接管或接头连接采气袋或采气瓶。
4.如权利要求1所述的静态箱通量观测装置，其特征在于，所述特定HO型密封圈上端为U形槽，槽宽度略小于盖箱壁厚，盖箱底端插入上U形槽后用胶固定；下端为倒U形槽，槽宽度较底环厚度宽，以增加安装的便利性，同时下端U形槽竖直内壁设置有一对或多对细长的齿状突起以增强密封圈与底环壁面的密封性。
5.如权利要求1所述的静态箱通量观测装置，其特征在于，当盖箱材质为透明材质制作而成时，其外表面所涂防水隔热漆为透明型防水隔热漆；当盖箱材质为非透明材质制作而成时，其外表面所涂防水隔热漆为透明型或通用型防水隔热漆。
6.一种应用权利要求1所述静态箱通量观测装置的观测及采气方法，其特征在于，所述静态箱观测及采气方法包括：
步骤一，采气前预先埋设好土壤底环，上端露出地表2～5cm；
步骤二，观测时，将组装好的盖箱置于底环上并压紧，使HO型密封圈与底环连接到位，并将三通阀旋转至第一、二接口连通；
步骤三，采气时，连接好采气袋或采气瓶；在三通阀第一、二接口连通的状态下，多次挤压球囊，使箱体和管路内气体混合均匀；
步骤四，将三通阀旋转至第一、三接口连通，多次挤压球囊使气体进入气袋或气瓶。
步骤五，采气袋或采气瓶气体充足后，将三通阀旋转至第一、二接口连通，封闭并取下采气袋或采气瓶，采气完毕；
步骤六，根据采气次数要求，重复步骤三至步骤五。
7.一种使用权利要求1～6任意一项所述静态箱通量观测装置的土壤温室气体通量监测系统。
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