CN110161145A - 一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法 - Google Patents

一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110161145A
CN110161145A CN201910515740.1A CN201910515740A CN110161145A CN 110161145 A CN110161145 A CN 110161145A CN 201910515740 A CN201910515740 A CN 201910515740A CN 110161145 A CN110161145 A CN 110161145A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
water
ditches
sink
irrigation canals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910515740.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110161145B (zh
Inventor
王玉琳
汪靓
何成达
程浩淼
程吉林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou University
Original Assignee
Yangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou University filed Critical Yangzhou University
Priority to CN201910515740.1A priority Critical patent/CN110161145B/zh
Publication of CN110161145A publication Critical patent/CN110161145A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110161145B publication Critical patent/CN110161145B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/04—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
    • G01N1/08—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting involving an extracting tool, e.g. core bit
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/16—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state with provision for intake at several levels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2294—Sampling soil gases or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

本发明公开了一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法，包括稻田系统、沟渠水槽、水‑底泥采集系统、气体采集系统、供水系统、尾门、排水槽；供水系统位于稻田系统的侧面并通过水路管道连接，稻田系统中的矩形塑料盆钵在设有田埂的一侧与沟渠水槽相连接，稻田系统通过供水系统实现灌溉，通过田埂实现向沟渠水槽排水，气体采集装置和水‑底泥采集系统等间距的置于沟渠水槽中，水槽的尾部设有尾门，尾门后接排水槽；本发明可实现间歇式水动力可控条件下，排水沟渠中不同空间深度的温室气体及水和底泥的共同取样，对精确测定稻田排水沟渠中温室气体的排放通量及浓度分布，揭示其影响机制、控制因子具有重要理论和现实意义。

Description

一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及 其实验方法
技术领域
本发明涉及一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法，属于环境保护系统领域。
背景技术
稻田周边的排水沟渠是农业工程建设的重要组成部分，具有及时除涝排渍的重要作用，同时也将稻田大量的污染物输送至下游的河流、湖泊等水体中，进一步加剧了农业面源污染，导致水体严重富营养化，所以排水沟渠对污染物的生物截留和去除方面的研究引发了大量学者的关注，如通过沟渠内的底泥吸附、微生物降解和植物吸收等作用减少排入下游水体的污染物。
稻田排水沟渠不仅受到周边稻田间歇式排水的影响，而且在过度化肥施用的背景下，大量的稻田污染物如氮磷等随着稻田退水进入排水沟渠，为温室气体尤其是CH4和N2O产生所需的反应提供了充足的底物和有利的环境条件，亦是温室气体的重要排放源；但目前关于排水沟渠的研究多集中于污染物的生物截留和去除方面，对于温室气体的产生研究仍较为缺乏。排水沟渠中温室气体的排放受到水动力、气象、水文等环境条件的影响，常用于湿地和稻田土壤温室气体的监测方法已经不适用于排水沟渠尤其受到间歇式水动力条件的影响下，且排水沟渠中温室气体的野外监测具有很大的不确定性，原位观测难以准确捕捉和明确温室气体排放的影响机制和关键控制因子，但这对于减缓排水沟渠温室气体的排放具有重要意义；因此，亟待提出一种模拟间歇式水动力条件下排水沟渠温室气体排放的实验装置及方法，实现水动力可控条件下，共同测量排水沟渠中温室气体及水和底泥中主要污染物种类及含量的室内实验装置及方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法，实现间歇式水动力可控条件下，排水沟渠中不同空间深度的温室气体及水和底泥的共同取样；本发明不受野外环境干扰，操作简便，为定量研究间歇式水动力条件对沟渠中温室气体排放的影响及其与环境因子之间的关系提供了实验方法，对精确测定稻田排水沟渠中温室气体的排放通量及浓度分布，揭示其影响机制、控制因子具有重要理论和现实的意义。
本发明的目的是这样实现的，一种模拟间歇式水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，包括供水系统、稻田系统、沟渠水槽、气体采集系统、水-底泥采集系统、排水槽；
所述供水系统位于稻田系统的侧面，供水系统包括供水池、水路管道和计量泵，水路管道与供水池贯通，且供水池经水路管道与稻田系统贯通，所述计量泵设置于水路管道上；
所述稻田系统包括塑料盆钵，供水池经水路管道与塑料盆钵贯通，塑料盆钵与沟渠水槽贯通，且塑料盆钵与沟渠水槽相连接的塑料盆钵一侧设有田埂；
所述气体采集系统、水-底泥采集系统等间距的置于沟渠水槽中，沟渠水槽的一端与塑料盆钵贯通，另一端与排水槽贯通，且沟渠水槽与排水槽贯通的一端设有用以调节水槽内水位的尾门；
所述气体采集系统包括气体采集箱、气样取样管、温度传感器探头、压力平衡管和气压计；压力平衡管上塞有橡胶塞帽，温度传感器探头、压力平衡管和气压计分别穿过气体采集箱并延伸至气体采集箱内；所述气样取样管的数量为若干个，若干个气样取样管等间距设置在气体采集箱的侧面，且气样取样管上设有采气阀；
所述水-底泥采集系统包括若干个带阀水样取样管和若干个带阀泥样取样管，若干个带阀水样取样管等间距设置在气体采集箱上，若干个带阀泥样取样管等间距设置在气体采集箱上，且带阀水样取样管和带阀泥样取样管与气样取样管设置在气体采集箱上的同一侧面。
所述塑料盆钵为矩形塑料盆钵，塑料盆钵的尺寸为，长度90cm-360cm，宽度90cm-360cm，高度20cm-40cm，厚度3-6mm；塑料盆钵与沟渠水槽相连接的塑料盆钵一侧设有田埂，其余侧面均为有机玻璃构成；所述塑料盆钵内设有水稻土，水稻土内种植有水稻，且塑料盆钵上设有支撑架，支撑架用来调节塑料盆钵的高度。
所述沟渠水槽的材质为PVC材质，沟渠水槽的深度为50-150cm，厚度为3-6mm，长度为300cm-1200cm；沟渠水槽还设有整流板，整流板设置于靠近沟渠水槽与塑料盆钵连接处。
所述气样取样管的管径为20-30mm且倾斜向上120-170度，等间距20-30cm设置在气体采集箱的侧面；
所述沟渠水槽内依次设有底泥层、水层、空气层；
所述气样取样管所处的高度与沟渠水槽中的底泥层、底泥-水界面(底泥层与水层之间的底泥-水界面)、水层、水-气界面(水层与空气层之间的水-气界面)、空气层所处的高度相对应；
所述气样取样管与气体采集箱的连接处设有防止泥土堵塞的过滤纱网。
所述气体采集箱的上部包覆有涤纶无纺夹心布，所述涤纶无纺夹心布包括两层涤纶无纺布以及夹于两层涤纶无纺布中间的塑料泡沫，涤纶无纺夹心布用以控制箱内环境要素的变化，所述气体采集箱上设有标尺且每个气体采集箱侧面的下部均设有若干个分布密集交换孔，交换孔的孔径为30-40mm，以实现气体采集箱内外的水生态环境一致。
所述带阀水样取样管的管径为20-30mm，若干个带阀水样取样管等间距10-20cm设置在气体采集箱上，带阀泥样取样管的管径为20-30mm，若干个带阀泥样取样管等间距10-20cm设置在气体采集箱上。
所述气体采集箱的顶部设有温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔，温度传感器探头、压力平衡管和气压计分别安装在温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔上，并分别经温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔延伸至气体采集箱内。
一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置进行实验方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、填入实验所需的水稻土，将原位采集的稻田土经过均质化后，均匀填入稻田系统的塑料盆钵中；
第二步、移栽实验所需的水稻，将预先培育好的水稻移栽至稻田系统的塑料盆钵中，同时加入水稻生长所需的水；
第三步、填入实验所需的底泥，将原位采集的沟渠底泥经均质化后，均匀填入沟渠水槽中，形成底泥层；
第四步、布设好采集装置，将气体采集系统等间距的放置在沟渠水槽中，并将温度传感器探头、压力平衡和气压计依次穿过气体采集箱顶部并进行安装固定；气样取样管倾斜向上120-170度设置在气体采集箱的侧面并与气体采集箱联通；
第五步、对水稻田进行灌溉，启动供水系统中的计量泵，设定好流量大小并将供水池内的水通过水路管道流入塑料盆钵中，根据需要对稻田稳定、定量、定时的灌溉；
第六步、实现间歇式水动力排放，根据水稻不同生长时期所需的灌溉水层深度进行灌溉，并通过田埂将超量的水排出至沟渠水槽中；
第七步、沟渠水槽中的水位控制，根据沟渠水槽水位，调节沟渠水槽尾部的尾门，当沟渠水槽水位过高时，打开尾门，将沟渠水槽内多余的水流入排水槽，并经排水槽排出，直至沟渠水槽水位将至需要的高度，关闭尾门，从而实现控制水槽中的水位；
第七步、采集气样及测定，根据实验周期，定期打开气样取样管上方的采气阀，用注射器通过气样取样管实现对气体采集箱内的气样进行采集，同时打开压力平衡管上的橡胶塞帽，保证气体采集箱体内外气压平衡，温度传感器探头、气压计分别测量出气体采集箱体内的气温、气压，并记录气体采集箱体内气温、气压；采样完毕快速盖紧压力平衡管的橡胶塞帽并密闭气体采集箱内的气体；
气样进行测定，利用气相色谱仪测定所采集的气体，分析不同深度所测气体的浓度，所测气体的通量F用下式来计算：
其中：D是温室气体分子扩散系数，单位为m2/s；ci,ci-1为实验装置上相邻两根气样取样管中获得的温室气体浓度，单位为mg/m3；h为相邻气样取样管的距离，单位为m；F为温室气体通量，单位为mg/m2s；
第八步、采集水样和泥样并测定的主要污染物，待气样采集完毕，沟渠水槽中水样和泥样的采集分别通过带阀水样取样管和带阀泥样取样管分层取出，对样品进行分析，检测其中的主要污染物种类和含量。
本发明结构合理、生产制造容易、使用方便，通过本发明，提供的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法，主要包括稻田系统、沟渠水槽、水-底泥采集系统、气体采集系统、供水系统、尾门、排水槽等；所述供水系统位于稻田系统的侧面，通过水路管道连接稻田系统，稻田系统中的矩形塑料盆钵在设有田埂的一侧与沟渠水槽相连接，稻田系统可通过供水系统实现供水灌溉，通过田埂实现向沟渠水槽排水，气体采集系统和水-底泥采样集系统等间距的置于沟渠水槽中，水槽的尾部设有尾门，尾门后接排水槽。
作为优选，所述供水系统包括供水池，水路管道和计量泵，以实现对水稻田稳定、定量和定时的供水；
作为优选，所述稻田系统包括水稻土、水稻、田埂、矩形塑料盆钵、支撑架；矩形塑料盆的尺寸为长度为90cm-360cm，宽度为90cm-360cm，高度为20cm-40cm，厚度为3-6mm，其与沟渠水槽连接的一侧由田埂构成，其余侧面均为有机玻璃构成，支撑架用来调节稻田系统的高度。
作为优选，所述沟渠水槽使用PVC材质，其深度为50-150cm，厚度为3-6mm，长度为300cm-1200cm水槽内依次设有整流板、数个气体采集系统和水-底泥采集系统，水槽出口处设有尾门用以调节水槽内水位的高低，其后接有排水槽，以实现水体排出。
作为优选，所述气体采集系统包括气体采集箱、涤纶无纺夹心布、带阀气样取样管，温度传感器探头、压力平衡管和气压计；带阀气样取样管的管径为20-30mm且倾斜向上120-170度，等间距20-30cm设置在气体采集箱的侧面，其所处的高度与沟渠水槽中的底泥层、泥水交界面、水层水-气界面、空气层所处的高度相对应，带阀气样取样管与气体采集箱的连接处设有过滤纱网防止泥土堵塞。
作为优选，所述气体采集箱的上部包覆有涤纶无纺夹心布，两层涤纶无纺布的中间夹有塑料泡沫，以控制箱内环境要素的变化，气体采集箱上设有标尺且每个侧面的下部均设有数个分布密集交换孔，其孔径为30-40mm，以实现箱体内外的水生态环境一致。
作为优选，所述水-底泥采样集系统包括带阀水样取样管和带阀泥样取样管，管径为20-30mm，其等间距10-20cm设置在气体采集箱上，其与带阀气样取样管设置在气体采集箱上的同一侧面。
一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置进行实验的方法，包括以下步骤：
第一步，填入实验所需的水稻土：将的原位采集的稻田土经过均质化后，均匀填入稻田系统的矩形塑料盆钵中。
第二步，移栽实验所需的水稻：将预先培育好的水稻移栽至稻田系统的矩形塑料盆钵中，同时适量加入水稻生长所需的水。
第三步，填入实验所需的底泥：将原位采集的沟渠底泥经均质化后，均匀填入沟渠水槽中。
第四步，布设好采集装置：将气体采集系统等间距的放置在沟渠水槽中，并将温度传感器探头、压力平衡和气压计依次穿过其顶部的安装孔并进行安装固定；带阀气样取样管倾斜向上120-170度设置在气体采集箱的侧面并与气体采集箱联通。
第五步，对水稻田进行灌溉：启动供水系统中的计量泵，设定好流量大小并通过水路管道实现对稻田稳定、定量、定时的灌溉。
第六步，实现间歇式水动力排放：根据水稻不同生长时期所需的灌溉水层深度进行灌溉，并通过田埂将超量的水排出至沟渠水槽中。
第七步，沟渠水槽中的水位控制：根据排水沟渠实测，调节水槽尾部的尾门，控制水槽中的水位。
第七步，采集气样及测定：根据实验周期，定期打开气样取样管上方的采气阀，用注射器通过气样取样管实现对气样进行采集，同时打开压力平衡管上的橡胶塞帽，保证气体采集箱体内外气压平衡，并记录箱体内气温和气压；采样完毕快速盖紧气压平衡管的橡胶塞帽并密闭气体采集箱内的气体。
气样进行测定：利用气相色谱仪测定所采集的气体，分析不同深度所测气体的浓度，所测气体的通量F用下式来计算：
其中：D是温室气体分子扩散系数，单位为m2/s；ci,ci-1为实验装置上相邻两根带阀气样取样管中获得的温室气体浓度，单位为mg/m3；h为相邻带阀气样取样管的距离，单位为m；F为温室气体通量，单位为mg/m2s。
第八步，采集水样和泥样并测定的主要污染物：待气样采集完毕，沟渠水槽中水样和泥样的采集分别通过带阀水样取样管和带阀泥样取样管分层取出，对样品进行分析，检测其中的主要污染物种类和含量。
有益效果：本发明的针对一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法，可以实现间歇式水动力控制条件下，稻田排水沟渠中不同深度温室气体及水和底泥的共同取样，可克服野外环境干扰，准确定量的测定不同空间深度温室气体的排放通量和主要污染物的种类及含量；为研究间歇式水动力条件下，排水沟渠中温室气体的排放规律提供了实验模拟装置及模拟方法，成本低廉，操作简便，对精确确定稻田排水沟渠中温室气体的排放通量，揭示其影响机制、控制因子提供实验方法和技术支撑。
附图说明
图1是本发明的主体结构俯视图；
图2是本发明的沟渠水槽及采样系统的正视图。
图3是本发明的样品采集系统的侧视图；
图中：1塑料盆钵、2水流、3水稻、4田埂、5整流板、6沟渠水槽、7尾门、8排水槽、9水－底泥采集系统、10气体采集系统、11水稻土、12计量泵、13供水池、14水路管道、15温度传感器探头、16涤纶无纺夹心布、17气体采集箱、18带阀气样取样管、19带阀水样取样管、20压力平衡管、21气压计、22标尺、23带阀泥样取样管、24交换孔、25空气层、26水层、27底泥层、28采气阀、29过滤纱网。
具体实施方式
下面结合附图以及附图说明，对本发明做进一步说明。
如图1-3所示，一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，包括供水系统、稻田系统、沟渠水槽6、气体采集系统10、水-底泥采集系统9、排水槽8；所述供水系统位于稻田系统的侧面，供水系统包括供水池13、水路管道14和计量泵12，水路管道14与供水池13贯通，且供水池13经水路管道14与稻田系统贯通，所述计量泵12设置于水路管道14上。
稻田系统包括塑料盆钵1，供水13经水路管道14与塑料盆钵1贯通，塑料盆钵1与沟渠水槽6贯通，且塑料盆钵1与沟渠水槽6相连接的塑料盆钵1一侧设置田埂4，其余侧面均为有机玻璃构成。
气体采集系统10、水-底泥采集系统9等间距的置于沟渠水槽6中，沟渠水槽6的一端与塑料盆钵1贯通，另一端与排水槽8贯通，且沟渠水槽6与排水槽8贯通的一端设有用以调节水槽6内水位的尾门7。
所述气体采集系统10包括气体采集箱17、涤纶无纺夹心布16、气样取样管18、温度传感器探头15、压力平衡管20和气压计21；气体采集箱17的上部包覆有涤纶无纺夹心布16，压力平衡管20上塞有橡胶塞帽，温度传感器探头15、压力平衡管20和气压计21分别穿过气体采集箱17并延伸至气体采集箱17内；所述气样取样管18的数量为若干个，若干个气样取样管18等间距设置在气体采集箱17的侧面，且气样取样管18上设置采气阀28；
水-底泥采集系统9包括若干个带阀水样取样管19和若干个带阀泥样取样管23，若干个带阀水样取样管19等间距设置在气体采集箱17上，若干个带阀泥样取样管23等间距设置在气体采集箱17上，且带阀水样取样管19和带阀泥样取样管23与气样取样管18设置在气体采集箱17上的同一侧面。
塑料盆钵1为矩形塑料盆钵，塑料盆钵1的尺寸为，长度为90cm-360cm，宽度为90cm-360cm，高度为20cm-40cm，厚度为3-6mm；所述塑料盆钵1内设有水稻土11，水稻土11内种植有水稻3，在塑料盆钵1上设置支撑架，支撑架用来调节塑料盆钵1的高度。
沟渠水槽6的材质为PVC材质，沟渠水槽6的深度为50-150cm，厚度为3-6mm，长度为300cm-1200cm；沟渠水槽6还设有整流板5，整流板5设置于靠近沟渠水槽6与塑料盆钵1连接处。
气样取样管18的管径为20-30mm且倾斜向上120-170度，等间距20-30cm设置在气体采集箱17的侧面；在沟渠水槽6内依次设有底泥层27、水层26、空气层25；气样取样管18所处的高度与沟渠水槽6中的底泥层27、底泥层27与水层26之间的底泥-水界面、水层26、水层26与空气层25之间的水-气界面、空气层25所处的高度相对应；气样取样管18与气体采集箱17的连接处设有防止泥土堵塞的过滤纱网29。
气体采集箱17的上部包覆有涤纶无纺夹心布16，涤纶无纺夹心布16包括两层涤纶无纺布以及夹于两层涤纶无纺布中间的塑料泡沫，涤纶无纺夹心布16用以控制箱内环境要素的变化，气体采集箱17上设有标尺22且每个气体采集箱17侧面的下部均设有若干个分布密集交换孔24，交换孔24的孔径为30-40mm，以实现气体采集箱17内外的水生态环境一致。
带阀水样取样管19的管径为20-30mm，若干个带阀水样取样管19等间距10-20cm设置在气体采集箱17上，带阀泥样取样管23的管径为20-30mm，若干个带阀泥样取样管23等间距10-20cm设置在气体采集箱17上。
所述气体采集箱17的顶部设有温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔，温度传感器探头15、压力平衡管20和气压计21分别安装在温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔上，并分别经温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔延伸至气体采集箱17内。
使用时，包括以下步骤：
第一步、填入实验所需的水稻土11，将原位采集的稻田土11经过均质化后，均匀填入稻田系统的塑料盆钵1中；
第二步、移栽实验所需的水稻3，将预先培育好的水稻3移栽至稻田系统的塑料盆钵1中，同时加入水稻3生长所需的水；
第三步、填入实验所需的底泥，将原位采集的沟渠底泥经均质化后，均匀填入沟渠水槽6中，形成底泥层27；
第四步、布设好采集装置，将气体采集系统10等间距的放置在沟渠水槽6中，并将温度传感器探头15、压力平衡20和气压计21依次穿过气体采集箱17顶部并进行安装固定；气样取样管18倾斜向上120-170度设置在气体采集箱17的侧面并与气体采集箱17联通；
第五步、对水稻田进行灌溉，启动供水系统中的计量泵12，设定好流量大小并将供水池13内的水通过水路管道14流入塑料盆钵1中，根据需要对稻田稳定、定量、定时的灌溉；
第六步、实现间歇式水动力排放，根据水稻3不同生长时期所需的灌溉水层深度进行灌溉，并通过田埂4将超量的水排出至沟渠水槽6中；
第七步、沟渠水槽6中的水位控制，根据沟渠水槽6水位，调节沟渠水槽6尾部的尾门7，当沟渠水槽6水位过高时，打开尾门7，将沟渠水槽6内多余的水流入排水槽8，并经排水槽8排出，直至沟渠水槽6水位将至需要的高度，关闭尾门7，从而实现控制水槽6中的水位；
第七步、采集气样及测定，根据实验周期，定期打开气样取样管18上方的采气阀28，用注射器通过气样取样管18实现对气体采集箱17内的气样进行采集，同时打开压力平衡管20上的橡胶塞帽，保证气体采集箱体17内外气压平衡，温度传感器探头15、气压计21分别测量出气体采集箱体17内的气温、气压，并记录气体采集箱体17内气温、气压；采样完毕快速盖紧压力平衡管17的橡胶塞帽并密闭气体采集箱17内的气体；
气样进行测定，利用气相色谱仪测定所采集的气体，分析不同深度所测气体的浓度，所测气体的通量F用下式来计算：
其中：D是温室气体分子扩散系数，单位为m2/s；ci,ci-1为实验装置上相邻两根气样取样管(18)中获得的温室气体浓度，单位为mg/m3；h为相邻气样取样管18的距离，单位为m；F为温室气体通量，单位为mg/m2s；
第八步、采集水样和泥样并测定的主要污染物，待气样采集完毕，沟渠水槽6中水样和泥样的采集分别通过带阀水样取样管19和带阀泥样取样管23分层取出，对样品进行分析，检测其中的主要污染物种类和含量。
本发明的针对一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法，可以实现间歇式水动力控制条件下，稻田排水沟渠中不同深度温室气体及水和底泥的共同取样，准确定量的测定不同空间深度温室气体的排放通量和主要污染物的种类及含量；对精确测定间歇式水动力控制条件下稻田排水沟渠中温室气体的排放通量具有重要意义。
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 (8)

1.一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，包括供水系统、稻田系统、沟渠水槽(6)、气体采集系统(10)、水-底泥采集系统(9)、排水槽(8)；
所述供水系统位于稻田系统的侧面，供水系统包括供水池(13)、水路管道(14)和计量泵(12)，水路管道(14)与供水池(13)贯通，且供水池(13)经水路管道(14)与稻田系统贯通，所述计量泵(12)设置于水路管道(14)上；
所述稻田系统包括塑料盆钵(1)，供水池(13)经水路管道(14)与塑料盆钵(1)贯通，塑料盆钵(1)与沟渠水槽(6)贯通，且塑料盆钵(1)与沟渠水槽(6)相连接的塑料盆钵(1)一侧设有田埂(4)；
所述气体采集系统(10)、水-底泥采集系统(9)等间距的置于沟渠水槽(6)中，沟渠水槽(6)的一端与塑料盆钵(1)贯通，另一端与排水槽(8)贯通，且沟渠水槽(6)与排水槽(8)贯通的一端设有用以调节水槽(6)内水位的尾门(7)；
所述气体采集系统(10)包括气体采集箱(17)、气样取样管(18)、温度传感器探头(15)、压力平衡管(20)和气压计(21)；压力平衡管(20)上塞有橡胶塞帽，温度传感器探头(15)、压力平衡管(20)和气压计(21)分别穿过气体采集箱(17)并延伸至气体采集箱(17)内；所述气样取样管(18)的数量为若干个，若干个气样取样管(18)等间距设置在气体采集箱(17)的侧面，且气样取样管(18)上设有采气阀(28)；
所述水-底泥采集系统(9)包括若干个带阀水样取样管(19)和若干个带阀泥样取样管(23)，若干个带阀水样取样管(19)等间距设置在气体采集箱(17)上，若干个带阀泥样取样管(23)等间距设置在气体采集箱(17)上，且带阀水样取样管(19)和带阀泥样取样管(23)与气样取样管(18)设置在气体采集箱(17)上的同一侧面。
2.根据要求1所述的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，所述塑料盆钵(1)为矩形塑料盆钵，塑料盆钵(1)的尺寸为，长度90cm-360cm，宽度90cm-360cm，高度20cm-40cm，厚度3-6mm；塑料盆钵(1)与沟渠水槽(6)相连接的塑料盆钵(1)一侧设有田埂(4)，其余侧面均为有机玻璃构成；所述塑料盆钵(1)内设有水稻土(11)，水稻土(11)内种植有水稻(3)，且塑料盆钵(1)上设有支撑架，支撑架用来调节塑料盆钵(1)的高度。
3.根据要求1所述的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，所述沟渠水槽(6)的材质为PVC材质，沟渠水槽(6)的深度为50-150cm，厚度为3-6mm，长度为300cm-1200cm；沟渠水槽(6)还设有整流板(5)，整流板(5)设置于靠近沟渠水槽(6)与塑料盆钵(1)连接处。
4.根据要求1所述的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，所述气样取样管(18)的管径为20-30mm且倾斜向上120-170度，等间距20-30cm设置在气体采集箱(17)的侧面；
所述沟渠水槽(6)内依次设有底泥层(27)、水层(26)、空气层(25)；
所述气样取样管(18)所处的高度与沟渠水槽(6)中的底泥层(27)、底泥层(27)与水层(26)之间的底泥-水界面、水层(26)、水层(26)与空气层(25)之间的水-气界面、空气层(25)所处的高度相对应；
所述气样取样管(18)与气体采集箱(17)的连接处设有防止泥土堵塞的过滤纱网(29)。
5.根据要求1所述的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，所述气体采集箱(17)的上部包覆有涤纶无纺夹心布(16)，所述涤纶无纺夹心布(16)包括两层涤纶无纺布以及夹于两层涤纶无纺布中间的塑料泡沫，涤纶无纺夹心布(16)用以控制箱内环境要素的变化，气体采集箱(17)上设有标尺(22)且每个气体采集箱(17)侧面的下部均设有若干个分布密集交换孔(24)，交换孔(24)的孔径为30-40mm，以实现气体采集箱(17)内外的水生态环境一致。
6.根据要求1所述的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，所述带阀水样取样管(19)的管径为20-30mm，若干个带阀水样取样管(19)等间距10-20cm设置在气体采集箱(17)上，带阀泥样取样管(23)的管径为20-30mm，若干个带阀泥样取样管(23)等间距10-20cm设置在气体采集箱(17)上。
7.根据要求1所述的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置，其特征是，所述气体采集箱(17)的顶部设有温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔，温度传感器探头(15)、压力平衡管(20)和气压计(21)分别安装在温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔上，并分别经温度传感器探头安装孔、压力平衡管安装孔、气压计安装孔延伸至气体采集箱(17)内。
8.根据要求1-7任意一项权利要求所述的一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置进行实验方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、填入实验所需的水稻土(11)，将原位采集的稻田土(11)经过均质化后，均匀填入稻田系统的塑料盆钵(1)中；
第二步、移栽实验所需的水稻(3)，将预先培育好的水稻(3)移栽至稻田系统的塑料盆钵(1)中，同时加入水稻(3)生长所需的水；
第三步、填入实验所需的底泥，将原位采集的沟渠底泥经均质化后，均匀填入沟渠水槽(6)中，形成底泥层(27)；
第四步、布设好采集装置，将气体采集系统(10)等间距的放置在沟渠水槽(6)中，并将温度传感器探头(15)、压力平衡(20)和气压计(21)依次穿过气体采集箱(17)顶部并进行安装固定；气样取样管(18)倾斜向上120-170度设置在气体采集箱(17)的侧面并与气体采集箱(17)联通；
第五步、对水稻田进行灌溉，启动供水系统中的计量泵(12)，设定好流量大小并将供水池(13)内的水通过水路管道(14)流入塑料盆钵(1)中，根据需要对稻田稳定、定量、定时的灌溉；
第六步、实现间歇式水动力排放，根据水稻(3)不同生长时期所需的灌溉水层深度进行灌溉，并通过田埂(4)将超量的水排出至沟渠水槽(6)中；
第七步、沟渠水槽(6)中的水位控制，根据沟渠水槽(6)水位，调节沟渠水槽(6)尾部的尾门(7)，当沟渠水槽(6)水位过高时，打开尾门(7)，将沟渠水槽(6)内多余的水流入排水槽(8)，并经排水槽(8)排出，直至沟渠水槽(6)水位将至需要的高度，关闭尾门(7)，从而实现控制水槽(6)中的水位；
第七步、采集气样及测定，根据实验周期，定期打开气样取样管(18)上方的采气阀(28)，用注射器通过气样取样管(18)实现对气体采集箱(17)内的气样进行采集，同时打开压力平衡管(20)上的橡胶塞帽，保证气体采集箱体(17)内外气压平衡，温度传感器探头(15)、气压计(21)分别测量出气体采集箱体(17)内的气温、气压，并记录气体采集箱体(17)内气温、气压；采样完毕快速盖紧压力平衡管(17)的橡胶塞帽并密闭气体采集箱(17)内的气体；
气样进行测定，利用气相色谱仪测定所采集的气体，分析不同深度所测气体的浓度，所测气体的通量F用下式来计算：
其中：D是温室气体分子扩散系数，单位为m2/s；ci,ci-1为实验装置上相邻两根气样取样管(18)中获得的温室气体浓度，单位为mg/m3；h为相邻气样取样管(18)的距离，单位为m；F为温室气体通量，单位为mg/m2s；
第八步、采集水样和泥样并测定的主要污染物，待气样采集完毕，沟渠水槽(6)中水样和泥样的采集分别通过带阀水样取样管(19)和带阀泥样取样管(23)分层取出，对样品进行分析，检测其中的主要污染物种类和含量。
CN201910515740.1A 2019-06-14 2019-06-14 一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法 Active CN110161145B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910515740.1A CN110161145B (zh) 2019-06-14 2019-06-14 一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910515740.1A CN110161145B (zh) 2019-06-14 2019-06-14 一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110161145A true CN110161145A (zh) 2019-08-23
CN110161145B CN110161145B (zh) 2021-10-01

Family

ID=67625199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910515740.1A Active CN110161145B (zh) 2019-06-14 2019-06-14 一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110161145B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120063015A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 경상북도(농업기술원) 다수의 논/밭 토양 채취원으로부터 동시에 온실가스를 채취하여 분석하는 다중채널 온실가스 분석시스템
CN104133005A (zh) * 2014-05-15 2014-11-05 浙江省农业科学院 一种测量稻田温室气体排放的室内模拟试验方法
CN205607992U (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 石河子大学 一种模拟大田暗管排水试验装置
CN106404933A (zh) * 2016-08-25 2017-02-15 扬州大学 基于稻田土壤溶液的稻田温室气体测量方法
CN206057007U (zh) * 2016-08-30 2017-03-29 上海大学 原位采集浅水域淤泥质沉积物的样品采集装置
CN107290188A (zh) * 2017-08-02 2017-10-24 南京贻润环境科技有限公司 一种土壤气分层采集装置及监测方法
CN208579966U (zh) * 2018-08-17 2019-03-05 福建师范大学 一种水稻田温室气体采集装置
CN109511518A (zh) * 2018-10-27 2019-03-26 柏焕玉 一种一体化农田水利灌溉系统
CN109655587A (zh) * 2019-01-28 2019-04-19 河海大学 一种在线测定局部灌溉土壤温室气体的系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120063015A (ko) * 2010-12-07 2012-06-15 경상북도(농업기술원) 다수의 논/밭 토양 채취원으로부터 동시에 온실가스를 채취하여 분석하는 다중채널 온실가스 분석시스템
CN104133005A (zh) * 2014-05-15 2014-11-05 浙江省农业科学院 一种测量稻田温室气体排放的室内模拟试验方法
CN205607992U (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 石河子大学 一种模拟大田暗管排水试验装置
CN106404933A (zh) * 2016-08-25 2017-02-15 扬州大学 基于稻田土壤溶液的稻田温室气体测量方法
CN206057007U (zh) * 2016-08-30 2017-03-29 上海大学 原位采集浅水域淤泥质沉积物的样品采集装置
CN107290188A (zh) * 2017-08-02 2017-10-24 南京贻润环境科技有限公司 一种土壤气分层采集装置及监测方法
CN208579966U (zh) * 2018-08-17 2019-03-05 福建师范大学 一种水稻田温室气体采集装置
CN109511518A (zh) * 2018-10-27 2019-03-26 柏焕玉 一种一体化农田水利灌溉系统
CN109655587A (zh) * 2019-01-28 2019-04-19 河海大学 一种在线测定局部灌溉土壤温室气体的系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王孟雪 等: "不同灌溉模式下寒地稻田CH4和N2O排放及温室效应研究", 《水土保持研究》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110161145B (zh) 2021-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106688666A (zh) 植物根际箱及其在湿地植物根际微域研究方面的应用
CN109668809A (zh) 河谷平原带溶质累积与迁移模拟实验装置及方法
CN203772699U (zh) 坝基土体三维渗透淤堵模拟试验装置
CN102636630A (zh) 大型包气带土壤非饱和渗流物理模拟装置
CN208706080U (zh) 一种滨海地区海水入侵过程的模拟装置
CN207423761U (zh) 用于模拟滴灌入渗的室内土柱实验装置
Maestre-Valero et al. Effects of drip irrigation systems on the recovery of dissolved oxygen from hypoxic water
CN209841614U (zh) 河谷平原带溶质累积与迁移模拟实验装置
CN205229150U (zh) 一种多层土壤水肥迁移转化参数测试装置
Scanlon et al. Groundwater recharge in Texas
Omary et al. Evaluation of sugarcane evapotranspiration from water table data in the everglades agricultural area
CN111899623B (zh) 基于一种模拟沉积物磷赋存形态装置的磷释放量评估方法
CN203551425U (zh) 一种简易分根排水式蒸渗装置
CN110161145A (zh) 一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法
CN110161146A (zh) 一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置及其方法
CN205404360U (zh) 可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪
CN115032369B (zh) 一种研究植物生长状态的方法及模拟装置
CN110146654A (zh) 一种涝渍综合排水指标试验装置及其使用方法
Duke et al. Riparian influence on hyporheic‐zone formation downstream of a small dam in the Blackland Prairie region of Texas
CN103235113B (zh) 植物根系水分提升监测装置
CN105954486A (zh) 一种模拟不同作用下污染物迁移转化规律的装置及方法
CN114739648A (zh) 地下滴灌系统堵塞特征原位田间测试平台与测试方法
CN108051564A (zh) 一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法与装置
CN209961771U (zh) 消落带上覆水-底泥间物质交换原位监测结构
CN213239881U (zh) 一种模拟人工降水径流侵蚀的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant