CN110907238A - 一种壤中气分层采集方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种壤中气分层采集方法及装置，储集层设置在最低部，隔离层设置在储集层上方，二者交替布置，储集箱分别设置在各储集层内；储集箱的上表面设有电热偶导线接孔和气体采样管接孔，侧壁设有通气孔作为土壤气体交换界面；电热偶导线与气体采样管的另一端留置于所述回填土层地表端，气体采样管上端安装有气体采样管地表端密封装置。本发明随着平衡时间的延长，从土壤中逸出的气体会储存在相应的气体采样管中，用注射器插入橡胶垫，抽取气体采样管中的气体，并采用排水取气法将采集的气体立即注入瓶装饱和盐水中储存密封。同时，读取不同深度土壤中电热偶在地表端记录仪的温度。采集的气体样品供研究人员带到实验室进一步研究分析。

Description

一种壤中气分层采集方法及装置
技术领域
本发明属于生态观测技术领域，尤其涉及一种壤中气分层采集方法及装置。
背景技术
由温室气体排放引起的环境问题已成为国内外学者普遍关注的热点，温室气体的研究也备受关注。甲烷是比较活跃的温室气体，所造成的温室效应仅次于二氧化碳。过去几十年，国内外学者对大气甲烷的源与汇开展了大量的研究，但是根据已提出的大气源汇衡算模式，仍然是不平衡的，存在诸多不确定因素。2007年第四次IPCC全球气候变化温室气体评估报告中，新的地质甲烷天然源被确认为仅次于湿地的第二个重要的甲烷天然源。目前，我国相关温室气体甲烷开展的工作主要集中在水稻田、一般农田、沼泽等自然湿地的甲烷排放，而相关地质甲烷的研究则少有报道。因此，开展地质甲烷释放研究，完善大气甲烷源汇平衡，掌握大气甲烷在区域尺度源汇变化规律，有着十分重要的理论意义和科学价值。来源于含油气盆地近地表土壤中不同深度的甲烷等烃类气体，对于研究含油气盆地微渗漏甲烷释放机理具有重要的科学意义。
目前，对于不同深度壤中气的采集装置及方法尚处于探索阶段，受采集装置的限制，研究人员主要采用如下几种方法：
(1)钻孔+探针(取样杆)法：利用钻杆向下钻取一个孔洞，向孔洞内放置探针或取样杆，在不同的深度进行停留，利用连接的气体装置抽取壤中气。该方法设置较为简易，但探针和取样杆与孔洞壁之间间隙大，易造成不同土壤层的气体扩散或混合污染。
(2)硅胶管埋设法：将一定长度的硅胶管的管壁穿孔后，埋设到不同深度的土壤中，利用针管式注射器抽取硅胶管中的气体。但由于存在土壤压力，硅胶管壁易发生形变甚至堵塞，抽取壤中气时较为困难。
(3)监测井法：采用一次性直压方法设置土壤气体监测井，采集壤中气。但是监测井一次只能监测一个深度的土壤气体。如果要采集不同深度的壤中气就会导致整体监测成本高、耗时长、采集测定结果有偏差等缺陷。
所以，采用定位埋植采样装置采集不同深度的壤中气较上述方法简单有效，但是目前定位埋植采样装置存在进气口易被颗粒物堵塞、储存气体量小、气体收集难度大等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种壤中气分层采集方法和装置，该壤中气分层采集方法和装置可同时采集土壤中不同深度的壤中气，可实现长期的、随时的取样分析，且采集装置进气口不易被颗粒物堵塞。
包括隔离层、储集层、储集箱、电热偶导线接孔、气体采样管接孔、电热偶导线、气体采样管、电热偶导线地表留置端、气体采样管地表留置端、回填土层、金属箍、橡胶垫、带有螺旋封口的接头、盖子，其中，
所述储集层设置在最底部，所述隔离层设置在储集层上方，二者交替布置，所述储集箱分别设置在各储集层内；
所述储集箱的上表面设有电热偶导线接孔和气体采样管接孔，侧壁设有通气孔作为土壤气体交换界面；
所述电热偶导线与所述气体采样管通过储集箱表面的电热偶导线接孔和气体采样管接孔插入储集箱内部；
所述电热偶导线与所述气体采样管的另一端留置于所述回填土层的地表端，形成电热偶导线地表留置端和气体采样管地表留置端；
所述电热偶导线地表留置端与所述的气体采样管地表留置端还设置有标识号；
所述金属箍的下端接口的内径与气体采样管的外径相等；
所述橡胶垫位于气体采样管地表留置端上方，橡胶垫的直径与气体采样管的的外径相等；
所述带有螺旋封口的接头位于橡胶垫上方，带有螺旋封口的下端接头与金属箍的内径相等；
所述盖子位于带有螺旋封口的接头上方，盖子上有与螺旋封口的上端接头配套的螺纹。
优选地，所述储集层包括砂土。
优选地，所述隔离层包括含水膨润土。
优选地，所述储集箱为圆柱状。
优选地，所述储集箱的直径为150mm-220mm，高为100mm-160mm。
基于上述目的，本发明还提供了一种壤中气分层采集方法，该方法利用上述装置，从而能够采集不同深度的壤中气，为进一步的科学研究提供样品，包括以下步骤：
S10，使用汽车动力钻钻孔；
S20，将电热偶导线与气体采样管的一端插入储集箱内部，并将储集箱自下而上埋于不同深度的储集层中；
S30，不同深度的电热偶导线与气体采样管的另一端均留置于回填土层地表端；
S40，抽出气体采样管中原有气体；
S50，待土壤气体平衡一段时间后，采集不同深度的壤中气；
S60，根据埋于不同深度壤中气中的电热偶在回填土层地表端的记录仪读取该层的土壤温度。
优选地，所述抽出气体采样管中原有气体，采用注射器。
优选地，所述采集不同深度的壤中气，采用注射器插入气体采样管地表留置端上的橡胶垫，并采用排水取气法将采集的气体立即注入瓶装饱和盐水中储存密封。
与现有技术相比，本发明公开的壤中气分层采集装置及方法，相比于现有技术，自储集箱埋入储集层时起，到全部试验结束，储集箱只需埋一次。因而避免了测量箱体多次埋入土中对土壤结构造成破坏。同时，储集箱起屏障作用，以免土壤堵塞采气管的气孔。壤中气平衡开始前，用注射器抽出气体采样管中原有气体，避免气体采样管中原有气体对实验结果造成干扰。随着平衡时间的延长，从土壤中逸出的气体会储存在相应的气体采样管中。然后打开气体采样管地表端密封装置的盖子，用注射器插入橡胶垫，抽取气体采样管中的气体，并采用排水法将采集的气体立即注入瓶装饱和盐水中密封。避免了研究人员在采集壤中气的过程中，壤中气与大气发生交换。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例壤中气分层采集装置的结构框图；
图2为本发明实施例壤中气分层采集装置的储集箱结构示意图；
图3为本发明实施例气体采样管地表留置端的密封装置结构示意图；
图4为本发明实施例壤中气分层采集方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
装置实施例
参见图1-2，主要包括隔离层1、储集层2、储集箱3、电热偶导线接孔4、气体采样管接孔5、电热偶导线6、气体采样管7、电热偶导线地表留置端8、气体采样管地表留置端9、回填土层10、金属箍12、橡胶垫13、带有螺旋封口的接头14、盖子15。
储集层2设置在该装置的最底部，隔离层1与储集层2交替布置，可布置多层。
选用砂土作为储集层2，含水膨润土作为隔离层1。隔离层1用来封隔，防止取样深度层之间气体的交换。
储集箱3其本体结构为柱状箱体。由于地下土壤压力较大，储集箱3应选用直径小，壁厚的有机玻璃制成。具体实施例中储集箱3直径可为150mm，高为100mm。箱体上表面设有电热偶导线接孔4和气体采样管接孔5，侧壁设有通气孔11作为土壤气体交换界面。
具体实施例中，储集箱3起屏障作用，以免土壤堵塞气体采样管7的气孔。
电热偶导线6与气体采样管7通过储集箱3表面的电热偶导线接孔4和气体采样管接孔5插入储集箱3内部；电热偶导线6，气体采样管7伸入储集箱3的长度小于储集箱5的高度，典型的长度可以是：电热偶导线6伸入储集箱的长度为50mm，气体采样管7伸入储集箱3的长度为50mm。电热偶导线6上端接至电热偶导线地表留置端8，气体采样管7上端接至气体采样管地表留置端9。气体采样管7末端连接有气体采样管地表端密封装置。其他土层储集箱3同理，不再赘述。
气体采样管7为PVC管，直径为6.4mm。
参见图2，储集箱3上表面设有直径3mm的电热偶导线接孔4和直径6.5mm气体采样管接孔5，侧壁设有通气孔11作为土壤气体交换界面。
参见图3，气体采样管地表留置端9上设置的密封装置，自下而上依次为金属箍12、橡胶垫13、带有螺旋封口的接头14和盖子15，金属箍12的作用是保证连接处不漏气，盖子15的作用壤中气分层采集装置的气密性，在气体平衡时处于旋紧状态，用注射器抽取气体时盖子15处于打开状态。
方法实施例
参见图4，本发明还提供了一种壤中气分层采集方法，包括上述壤中气分层采集装置，包括以下步骤：
S10，使用汽车动力钻钻孔；
S20，将电热偶导线与气体采样管的一端插入储集箱内部，并将储集箱自下而上埋于不同深度的储集层中；
S30，不同深度的电热偶导线与气体采样管的另一端均留置于回填土层地表端；
S40，抽出气体采样管中原有气体；
S50，待土壤气体平衡一段时间后，采集不同深度的壤中气；
S60，根据埋于不同深度壤中气中的电热偶在回填土层地表端的记录仪读取该层的土壤温度。
具体实施例中
S40中抽出气体采样管中原有气体，采用注射器。
气体采样管在回填土层地表端的气体采样管地表留置端有密封装置，S50中采集不同深度的壤中气，采用注射器插入气体采样管地表留置端上的橡胶垫中，抽取气体采样管中的壤中气。并采用排水取气法将采集的气体立即注入瓶装饱和盐水中储存密封。
以上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 (8)

1.一种壤中气分层采集装置，其特征在于，包括隔离层、储集层、储集箱、电热偶导线接孔、气体采样管接孔、电热偶导线、气体采样管、电热偶导线地表留置端、气体采样管地表留置端、回填土层、金属箍、橡胶垫、带有螺旋封口的接头、盖子，其中，
所述储集层设置在最底部，所述隔离层设置在储集层上方，二者交替布置，所述储集箱分别设置在各储集层内；
所述储集箱的上表面设有电热偶导线接孔和气体采样管接孔，侧壁设有通气孔作为土壤气体交换界面；
所述电热偶导线与所述气体采样管通过储集箱表面的电热偶导线接孔和气体采样管接孔插入储集箱内部；
所述电热偶导线与所述气体采样管的另一端留置于所述回填土层的地表端，形成电热偶导线地表留置端和气体采样管地表留置端；
所述电热偶导线地表留置端与所述的气体采样管地表留置端还设置有标识号；
所述金属箍的下端接口的内径与气体采样管的外径相等；
所述橡胶垫位于气体采样管地表留置端上方，橡胶垫的直径与气体采样管的外径相等；
所述带有螺旋封口的接头位于橡胶垫上方，带有螺旋封口的下端接头与金属箍的内径相等；
所述盖子位于带有螺旋封口的接头上方，盖子上有与螺旋封口的上端接头配套的螺纹。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储集层包括砂土。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔离层包括含水膨润土。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储集箱为圆柱状。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述储集箱的直径为150mm-220mm，高为100mm-160mm。
6.一种权利要求1-5之一所述装置的壤中气分层采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，使用汽车动力钻钻孔；
S20，将电热偶导线与气体采样管的一端插入储集箱内部，并将储集箱自下而上埋于不同深度的储集层中；
S30，不同深度的电热偶导线与气体采样管的另一端均留置于回填土层地表端；
S40，抽出气体采样管中原有气体；
S50，待土壤气体平衡一段时间后，采集不同深度的壤中气；
S60，根据埋于不同深度壤中气中的电热偶在回填土层地表端的记录仪读取该层的土壤温度。
7.根据权利要求6所述的壤中气分层采集方法，其特征在于，所述抽出气体采样管中原有气体，采用注射器。
8.根据权利要求6所述的壤中气分层采集方法，其特征在于，所述采集不同深度壤中气，采用注射器插入气体采样管地表留置端的橡胶垫，并采用排水取气法将采集的气体立即注入瓶装饱和盐水中储存密封。
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