CN112730781A - 一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，包括：氮气源、探头和气态水同位素分析仪，所述氮气源通过直流线和稀释线与探头连接，所述探头插入被测对象中，所述探头通过采样线与气态水同位素分析仪连接，所述气态水同位素分析仪与真空泵连接，本发明通过设置氮气源、探头和气态水同位素分析仪，整套系统相对较容易移动，不依赖于实验室环境，可以在有供电和一定保护的前提下在野外持续工作，实现原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值。
Description
技术领域
本发明涉及生态监测技术领域技术领域，尤其涉及一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统。
背景技术
氢氧稳定同位素，是指氢、氧元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，即H和D、16O和18O。目前，以水分子中的氢氧稳定同位素的自然变化作为水分移动示踪物，已成为研究土壤—植物—大气连续体中水分循环的重要手段，被广泛应用于生态学、水文学和其他相关学科中。
传统的手段通过实地采集植物木质部样品和潜在水分来源的样品(往往为土壤样品)，在保证其水分不分馏的情况下运输回实验室内，采用低温真空抽提的方法，将样品中的水分提取出来，再进入光谱仪内进行同位素值的测定。整个过程较为繁琐费力，且设备和耗材价格高昂。气态水同位素测定技术的出现，使得原位连续检测成为了可能。该技术利用光谱仪直接测定气态水的氢氧同位素特征值，并通过液-气水同位素平衡分馏公式进行换算，来获得样品稳定氢氧同位素值。该种办法跳过了费时且昂贵的低温真空抽提实验，也是采样频率的革新。但是如何原位连续获取采样对象例如植物或土壤中的气态水，仍然是技术上的盲区。
发明内容
本发明提供一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，用以解决现有技术中不能原位连续获取采样对象例如植物或土壤中的气态水的缺陷，实现气态水原位连续采样。
本发明提供一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，包括：氮气源、探头和气态水同位素分析仪，所述氮气源通过直流线和稀释线与探头连接，所述探头插入被测对象中，所述探头通过采样线与气态水同位素分析仪连接，所述气态水同位素分析仪与真空泵连接。
根据本发明提供的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，所述直流线和稀释线均通过第一多路器与探头连接。
根据本发明提供的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，所述直流线通过第一质量流量控制器与第一多路器连接。
根据本发明提供的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，所述稀释线通过第二质量流量控制器与第一多路器连接。
根据本发明提供的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，所述探头通过第二多路器与气态水同位素分析仪连接。
根据本发明提供的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，所述氮气源通过洗气线与第二多路器连接，所述第二多路器与气态水同位素分析仪连接。
根据本发明提供的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，所述探头内设有温度传感器。
本发明提供的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，通过设置氮气源、探头和气态水同位素分析仪，整套系统相对较容易移动，不依赖于实验室环境，可以在有供电和一定保护的前提下在野外持续工作，实现原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统的系统结构图；
附图标记：
1：氮气源； 2：探头； 3：被测对象；
4：气态水同位素分析仪； 5：真空泵； 6：直流线；
7：稀释线 8：第一质量流量控制器； 9：第二质量流量控制器；
10：第一多路器； 11：采样线； 12：第二多路器；
13：洗气线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，包括：氮气源1、探头2和气态水同位素分析仪4，氮气源1为氮气罐，探头2用于采集木质或土壤中的水分，氮气源1通过直流线6和稀释线7与探头2连接，探头2插入被测对象3中，探头2通过采样线11与气态水同位素分析仪4连接，气态水同位素分析仪4与真空泵5连接。外界的水汽渗透进探头2内部，由直流线6吹入纯氮气将水汽带入探头2的头部并由稀释线7吹入纯氮气进行稀释以满足气态水同位素分析仪4的需求，并防止管路内水汽浓度过高而凝结，水汽经采样线11进入气态水同位素分析仪4中进行同位素值的测定，然后由真空泵5抽走。
直流线6和稀释线7均通过第一多路器10与探头2连接。多路器是一个可编程的多路电磁阀，可以根据使用者的需要来控制阀门开闭，两条气路经过第一多路器10后最终到达原位采气探头。
直流线6通过第一质量流量控制器8与第一多路器10连接。直流线6需吹入固定流量的纯氮气，通过第一质量流量控制器8进行人工控制流量。
稀释线7通过第二质量流量控制器9与第一多路器10连接。稀释线7需吹入可控流量的纯氮气，通过第二质量流量控制器9进行人工控制流量。
探头2通过第二多路器12与气态水同位素分析仪4连接。氮气源1通过洗气线13与第二多路器12连接，第二多路器12与气态水同位素分析仪4连接。洗气线13从氮气源1出发直接连接第二多路器12，洗气线13的作用在于一次采样后需要用纯氮气对气态水同位素分析仪4进行洗气，以避免上一次采样的气体影响下一次测定值。
探头2内设有温度传感器(图中未示出)。以实时监测、获取采样点的温度值，温度传感器可以与远程控制终端连接。
该系统以氮气源1为起始、以真空泵5为末端，形成了一套送气——采气——测定的完整气路系统。氮气源1提供气压稳定的纯氮气，并从其出发引出直流线6、稀释线7和洗气线13三条气路。其中直流线6和稀释线7均需要经过质量流量控制器(MFC)来进行人工控制流量，随后接入第一多路器10。多路器是一个可编程的多路电磁阀，可以根据使用者的需要来控制阀门开闭。两条气路经过第一多路器10后最终到达原位采气探头。该探头2需要插入到树木的木质部当中，通过水汽扩散的方式获取气态的树木茎干水，并辅以稀释线7来控制水汽浓度以满足气态水同位素分析仪4的需求，最终通过采样线13将样气经过第二多路器12输送到气态水同位素分析仪4当中进行同位素值的测定。
该系统一次采样工作流程为：关闭第一多路器10的阀门，打开第二多路器12洗气线13到气态水同位素分析仪4的气路，用纯氮气充分洗气，使气态水同位素分析仪4当中测定的值稳定；关闭洗气管路，打开第一多路器10管路和采样线11到气态水同位素分析仪4之间的管路，氮气源1经过直流线6和稀释线7输出的气体通过第一质量流量控制器8和第二质量流量控制器9转化为目标流量的气流，经过第一多路器10到达探头2处，获取到稀释后的样气经过第二多路器12送往气态水同位素分析仪4，待气态水同位素分析仪4测定的同位素值稳定后，一次采样流程完成。
一次采样过程中，气态水同位素分析仪4测定的样气同位素值达到稳定后，该稳定值即视为结果值。该结果值是气态水同位素的值，需要通过液-气同位素平衡分馏公式进行换算，其计算公式如下：
其中，δ2Hliq和δ18Oliq分别为液态水的2H和18O的同位素值，δ2Hvap和δ18Ovap分别为气态水的2H和18O的同位素值，单位均为‰，α和α′分别为氢和氧的液—气平衡分馏系数，T为测定位置的温度，单位为℃。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，其特征在于，包括：氮气源、探头和气态水同位素分析仪，所述氮气源通过直流线和稀释线与探头连接，所述探头插入被测对象中，所述探头通过采样线与气态水同位素分析仪连接，所述气态水同位素分析仪与真空泵连接。
2.根据权利要求1所述的原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，其特征在于，所述直流线和稀释线均通过第一多路器与探头连接。
3.根据权利要求2所述的原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，其特征在于，所述直流线通过第一质量流量控制器与第一多路器连接。
4.根据权利要求2所述的原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，其特征在于，所述稀释线通过第二质量流量控制器与第一多路器连接。
5.根据权利要求1所述的原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，其特征在于，所述探头通过第二多路器与气态水同位素分析仪连接。
6.根据权利要求5所述的原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，其特征在于，所述氮气源通过洗气线与第二多路器连接，所述第二多路器与气态水同位素分析仪连接。
7.根据权利要求1所述的原位持续测定森林生态系统稳定水同位素值的系统，其特征在于，所述探头内设有温度传感器。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210430 |