CN109856338B - 一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于地理环境技术领域，尤其涉及一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置。本发明提供的测量装置，包括主体框架、设置于所述主体框架顶部的上盖、设置于所述主体框架底部的下盖、通过所述上盖延伸至主体框架内部的进气管和出气管、设置于主体框架内部且与所述进气管相连的扩散管、设置于所述主体框架内部的风扇；其中，所述上盖和下盖以及风扇的表面覆盖有特氟龙薄膜，所述主体框架的侧壁为特氟龙薄膜，所述进气管、出气管和扩散管为特氟龙气体管，能够避免HONO等活性氮气体在测定过程中的壁损失，该测量装置能够模拟一个完整的干湿交替周期内土壤气态亚硝酸的排放通量，相对于现有测定方法，能够实现精确定量土壤气态亚硝酸排放通量。

Description

一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及地理环境技术领域，尤其涉及一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置及方法。
背景技术
陆地生态系统可以向大气中排放温室气体(CO2、CH4和N2O)、活性氮气体(HONO、NO、NO2和NH3等)和挥发性有机化合物(VOCs)等，也可以从大气中吸收这些气体。陆地与大气界面的气体交换会显著影响地球大气的组成、人类健康和生命演化等。
活性氮气体，例如气态亚硝酸(HONO)，化学活性强，大气寿命短(0.5～2小时)，且具有很强的吸附性。气态亚硝酸的排放通量受大气浓度、温度、湿度、光照等环境条件的影响。传统静态箱方法测定气体排放通量，是测定一段时间内气体在密闭箱体的累积速率，然而，HONO在现有动态箱系统的材料表面会发生分解反应，造成其测定浓度偏低，所以，传统方法会大大低估HONO气体排放通量。
因此，精确定量土壤气态亚硝酸的排放通量具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置，实现精确定量土壤气态亚硝酸排放通量。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置，包括主体框架、设置于所述主体框架顶部的上盖、设置于所述主体框架底部的下盖、通过所述上盖延伸至主体框架内部的进气管和出气管、设置于主体框架内部且与所述进气管相连的扩散管、设置于所述主体框架内部的风扇；其中，所述上盖和下盖的内表面以及风扇的表面覆盖有特氟龙薄膜，所述主体框架的侧壁为特氟龙薄膜，所述进气管、出气管和扩散管为特氟龙气体管。
优选的，所述主体框架的外径为7～110cm，内径为5～100cm，高度为3～200cm。
优选的，所述特氟龙薄膜的厚度为0.05mm。
优选的，所述上盖和下盖的直径为24～110cm，厚度为1cm。
优选的，还包括升降台，所述升降台设置于主体框架下方；所述升降台的调控范围为5～20cm。
优选的，所述扩散管由特氟龙气体管弯曲成椭圆形，所述扩散管的长径为5～100cm，短径为5～100cm。
优选的，所述扩散管上设置有小孔，所述小孔的直径为0.1cm，所述小孔在扩散管上的间隔为2cm。
本发明提供了利用上述技术方案所述测量装置测定土壤气态亚硝酸排放通量的方法，包括以下步骤：
将土壤置于测量装置中，将测量装置的进气管与零空气相连，将测量装置的出气管与检测装置相连，测定土壤气态亚硝酸排放通量。
优选的，所述零空气的进气流量为1～100L/min。
本发明提供了一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置，包括主体框架、设置于所述主体框架顶部的上盖、设置于所述主体框架底部的下盖、通过所述上盖延伸至主体框架内部的进气管和出气管、设置于主体框架内部且与所述进气管相连的扩散管、设置于所述主体框架内部的风扇；其中，所述上盖和下盖的内表面以及风扇的表面覆盖有特氟龙薄膜，所述主体框架的侧壁为特氟龙薄膜，所述进气管、出气管和扩散管为特氟龙气体管，能够避免HONO等活性氮气体在测定过程中的壁损失，该测量装置能够模拟一个完整的干湿交替周期内土壤气态亚硝酸的排放通量，相对于现有测定方法，能够实现精确定量土壤气态亚硝酸排放通量。
附图说明
图1为本发明测量装置的结构示意图其中，1-进气管；2-出气管；3-扩散管；4-风扇；5-电源；6-上盖；7-主体框架；8-下盖；9-升降台；
图2为本发明测量装置的主体框架的结构示意图，其中，1-有机玻璃板；2-支架；
图3为采用本发明测量装置测定土壤HONO、NO和NO2排放通量的曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置，包括主体框架、设置于所述主体框架顶部的上盖、设置于所述主体框架底部的下盖、通过所述上盖延伸至主体框架内部的进气管和出气管、设置于主体框架内部且与所述进气管相连的扩散管、设置于所述主体框架内部的风扇；其中，所述上盖和下盖的内表面以及风扇的表面覆盖有特氟龙薄膜，所述主体框架的侧壁为特氟龙薄膜，所述进气管、出气管和扩散管为特氟龙气体管。本发明的测量装置结构示意图见附图1，其中，1-进气管，2-出气管，3-扩散管，4-风扇，5-电源，6-上盖，7-主体框架，8-下盖，9-升降台。
在本发明中，所述主体框架的侧壁为特氟龙薄膜，所述特氟龙薄膜优选由三根支架支撑，所述主体框架的形状优选为圆柱体，所述主体框架的体积优选为1～100L，外径优选为7～110cm，内径优选为5～100cm，高度优选为3～200cm，具体结构见附图2。在本发明中，所述特氟龙薄膜的厚度优选为0.05mm。本发明的主体框架侧壁为特氟龙薄膜，可以避免HONO气体的壁损失。本发明通过对主体框架的体积调控，可以实现对测量装置内气压的调控，从而避免过大气压破坏测量装置。
在本发明中，所述上盖和下盖优选为实心圆形有机玻璃板，所述上盖和下盖的直径优选为24～110cm，厚度优选为1cm。在本发明中，所述上盖和下盖的表面优选包裹特氟龙薄膜(整个上盖和下盖全部包裹特氟龙薄膜)，所述特氟龙薄膜的厚度为0.05mm。
本发明优选在上盖顶部设置3个气孔，所述气孔的直径优选为1/4英寸，所述气孔分别用来通过进气管、出气管和电源线。在进行土壤气态亚硝酸排放通量的具体实验时，本发明优选将上盖和下盖与主体框架盖在一起，用夹子固定，构成测量装置，所述测量装置的总体积优选为1～100L。
作为本发明的一个实施例，所述测量装置还包括升降台，所述升降台的调控范围优选为5～20cm，更优选为10～15cm。本发明利用升降台控制测量装置的高度，实现下盖和主体框架的密闭。在进行土壤气态亚硝酸排放通量的具体实验时，本发明优选首先降低升降台的高度，使下盖与主体框架分离，放入土壤样品；然后，升高升降台，使下盖与主体框架结合，密闭装置。
在本发明中，所述进气管优选为直径1/4英寸的Teflon气体管，所述进气管优选由上盖顶部进入主体框架，所述进气管在主体框架内的长度优选为28cm，所述进气管和扩散管优选通过Teflon气体管的三通相连接。
在本发明中，所述扩散管优选为直径1/4英寸的Teflon气体管，所述扩散管优选由特氟龙气体管弯曲成椭圆形，两端通过Teflon气体管的三通相连接，所述扩散管的长径优选为5～100cm，短径优选为5～100cm，所述长径和短径即特氟龙气体管弯曲成的椭圆的长径和短径。在本发明中，所述扩散管上优选设置有小孔，所述小孔优选沿椭圆形方向在其上表面均匀分布，所述小孔的直径优选为0.1cm；所述小孔在扩散管上的间距优选为2cm。在本发明中，所述扩散管优选位于下盖的上表面。本发明利用小孔使得通过进气管进入装置中的气体均匀扩散到整个装置内，避免由于进气量太大造成的扰动效应，影响气体的均匀程度，进而影响测定结果的准确度。
在本发明中，所述出气管优选为直径1/4英寸的Teflon气体管，所述出气管优选通过上盖的气孔与外界相通。在本发明中，所述出气管悬挂在主体框架的中间位置，所述悬挂的高度优选为15cm。所述出气管优选通过上盖的气孔和装置的外部真空泵相连接，用于采集混合后装置内的气体。
作为本发明的一个实施例，所述测量装置还包括电源，所述电源设置于主体框架内部，所述电源的电源线通过上盖的气孔通入主体框架。在本发明中，所述电源线与风扇相连；所述电源用于控制风扇。在本发明中，所述电源的电压优选为12V。在本发明中，所述风扇的悬挂高度优选为20cm，能够混匀装置内的气体。在本发明中，所述风扇的表面和进入主体框架内的电源线优选镀有特氟龙薄膜，能够防止HONO气体在风扇和电源线表面的分解反应。
本发明提供了利用上述技术方案所述测量装置测定土壤气态亚硝酸排放通量的方法，包括以下步骤：
将土壤置于测量装置中，将测量装置的进气管与零空气相连，将测量装置的出气管与检测装置相连，测定土壤气态亚硝酸排放通量。
在本发明中，所述零空气指的是不含有气态水分、HONO、氮氧化物、CxHy和颗粒物等化合物的空气。在本发明中，所述零空气的进气流量优选为1～100L/min。在本发明中，所述检测装置优选为氮氧化物分析仪和双通道采样高效液相色谱仪。
在测定土壤气态亚硝酸排放通量时，实验开始的时候向土壤中加入超纯水，达到最大持水量，在实验过程中一直有零空气进入，土壤会慢慢被吹干，直到完全干透，这样的一个周期被称为干湿交替周期。
下面结合实施例对本发明提供的土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将本发明的测量装置置于25℃的恒温培养箱内，测定土壤HONO的排放通量。在测定时，将进气口与纯化后的零空气相连，进气流量为6L/min，将出气口与氮氧化物分析仪相连，测定实验过程中装置内的NOx气体浓度。将气体采样器(与高效液相色谱外接)直接与高效液相色谱相连，将气体采样器吸收的HONO气体转化为偶氮化合物，利用高效液相色谱测定偶氮化合物的浓度，进而计算出大气中HONO的浓度。
在一个干湿交替周期内，土壤HONO、NO和NO2排放通量随含水量的变化情况如附图3所示。由附图3可以看出，土壤HONO、NO和NO2气体的排放通量随着含水量的降低而增加。当土壤含水量约为15％最大持水量(whc)时，活性氮气体排放的通量达到最大值。土壤HONO、NO和NO2气体排放通量比值大概为1:1.2:0.5。
由以上实施例可知，本发明提供了一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置，包括主体框架、设置于所述主体框架顶部的上盖、设置于所述主体框架底部的下盖、通过所述上盖延伸至主体框架内部的进气管和出气管、设置于主体框架内部且与所述进气管相连的扩散管、设置于所述主体框架内部的风扇；其中，所述上盖和下盖以及风扇的表面覆盖有特氟龙薄膜，所述主体框架的侧壁为特氟龙薄膜，所述进气管、出气管和扩散管为特氟龙气体管，能够避免HONO等活性氮气体在测定过程中的壁损失，该测量装置能够模拟一个完整的干湿交替周期内土壤气态亚硝酸的排放通量，相对于现有测定方法，能够实现精确定量土壤气态亚硝酸排放通量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种土壤气态亚硝酸排放通量的测量装置，包括主体框架、设置于所述主体框架顶部的上盖、设置于所述主体框架底部的下盖、通过所述上盖延伸至主体框架内部的进气管和出气管、设置于主体框架内部且与所述进气管相连的扩散管、设置于所述主体框架内部的风扇；其中，所述上盖和下盖的内表面以及风扇的表面覆盖有特氟龙薄膜，所述主体框架的侧壁覆盖一层特氟龙薄膜，所述进气管、出气管和扩散管为特氟龙气体管；
所述特氟龙薄膜的厚度为0.05mm；
所述扩散管由特氟龙气体管弯曲成椭圆形，所述扩散管的长径为5～100cm，短径为5～100cm；
所述扩散管上设置有小孔，所述小孔的直径为0.1cm，所述小孔在扩散管上的间隔为2cm。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述主体框架的外径为7～110cm，内径为5～100cm，高度为3～200cm。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述上盖和下盖的直径为24～110cm，厚度为1cm。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括升降台，所述升降台设置于主体框架下方；所述升降台的调控范围为5～20cm。
5.利用权利要求1～4任一项所述测量装置测定土壤气态亚硝酸排放通量的方法，包括以下步骤：
将土壤置于测量装置中，将测量装置的进气管与零空气相连，将测量装置的出气管与检测装置相连，测定土壤气态亚硝酸排放通量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述零空气的进气流量为1～100L/min。
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