CN112903378A - 用于土壤的捕气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于土壤的捕气装置，其包括筒状的捕气主体、设置在所述捕气主体的内腔中的扰动件、连通式设置在所述捕气主体的上端开口处的集气管，以及连通式设置在所述集气管的上端开口处的连通阀，该用于土壤的捕气装置在应用过程中，能放置于底泥的顶部，连续捕集底泥产生的气泡，用于监测和分析其传输规律和环境要素影响，有助于探究其产生机制、底物来源等，通过底泥气泡的生态行为，补充完善国家温室气体清单，辅助识别生态系统的管理，从而制定有效的应对气候变化措施，还可为生态环境健康监测和污染物源头控制提供科技支撑。

Description

用于土壤的捕气装置

技术领域

本发明属于大气、生态环境保护和监测领域，具体涉及一种用于土壤的捕气装置，适用于稻田、河流、湖泊、三角洲和海洋等水生生态系统系统气体传输研究。

背景技术

土壤是大气温室气体的重要产生源，以往研究多关注土壤温室气体的直接排放，研究方法多为传统的静态箱和漂浮箱法。但对于水生生态系统底泥温室气体的间接排放却少有研究，研究方法也集中于野外采集底泥样品进行实验室内培养实验，很少有研究关注底泥温室气体的原位气泡监测。而实际上，通过底泥产生并以气泡形式逸出的温室气体甚至占水生生态系统总量的30%以上，忽视了这一部分间接排放研究，将严重低估全球温室气体排放总量，并将影响到应对气候变化国家政策的制定，另外，由于间接排放监测的不足，也影响了国家温室气体清单的完善。

由此，发明一种用于土壤温室气体间接排放的捕气装置以收集底泥产生的气体是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种用于土壤的捕气装置。该捕气装置用于土壤温室气体的间接排放，在应用过程中，能放置于底泥的顶部，连续捕集底泥产生的气泡，用于监测和分析其传输规律和环境要素影响，有助于探究其产生机制、底物来源等，通过底泥气泡的生态行为，补充完善国家温室气体清单，辅助识别生态系统的管理，从而制定有效的应对气候变化措施，还可为生态环境健康监测和污染物源头控制提供科技支撑。

根据本发明，提出了一种用于土壤的捕气装置，包括：

筒状的捕气主体，

设置在所述捕气主体的内腔中的扰动件，

连通式设置在所述捕气主体的上端开口处的集气管，

连通式设置在所述集气管的上端开口处的连通阀，

所述扰动件构造为间隙式设置在所述捕气主体的内腔中的活塞板件，在所述活塞板件上固定设置促动杆，所述促动杆穿过所述捕气主体的壁后向上延伸。

在一个具体实施方式中，在所述捕气主体与所述集气管之间设置运输管，所述运输管构造为锥状且流通面积大的一端与所述捕气主体连通而流通面积小的一端与所述集气管连接。

在一个具体实施方式中，在所述运输管的上端设置插入颈，在所述集气管的内腔中设置密封塞，所述插入颈穿过所述密封塞后插入到所述集气管的内腔中。

在一个具体实施方式中，所述集气管包括依次连通式连接的第一集气管件和第二集气管件，其中，所述第一集气管件的通流面积大于所述第二集气管件的通流面积，且所述第一集气管件与所述捕气主体连通，而所述第二集气管件与所述连通阀连接。

在一个具体实施方式中，所述第二集气管件密封式插入到所述第一集气管件的内腔中。

在一个具体实施方式中，在所述捕气主体的外壁上设置向上延伸的固定条，所述固定条上设置悬挂绳。

在一个具体实施方式中，所述固定条上设置横向延伸条，所述促动杆能穿过所述横向延伸条而向上延伸，在所述促动杆的延伸方向上间隔式设置多个限位孔，限位条用于穿过所述限位孔而限定所述促动杆相对于所述横向延伸条的位置。

在一个具体实施方式中，在所述捕气主体的外壁上螺纹式套接固定套，在所述固定套上设置周向均匀分布的支腿。

在一个具体实施方式中，在所述捕气主体的内腔中设置过滤网，所述过滤网位于所述扰动件的上端。

与现有技术相比，本发明至少具有下列优点中的一个，该捕气装置用于土壤温室气体的间接排放，在应用过程中，能放置于底泥的顶部，连续捕集底泥产生的气泡，用于监测和分析其传输规律和环境要素影响，有助于探究其产生机制、底物来源等，通过底泥气泡的生态行为，补充完善国家温室气体清单，辅助识别生态系统的管理，从而制定有效的应对气候变化措施，还可为生态环境健康监测和污染物源头控制提供科技支撑。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于土壤的捕气装置的使用效果图。

图2显示了根据本发明的一个实施例的用于土壤的捕气装置的固定套和支腿。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

下面将结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示，用于土壤的捕气装置包括捕气主体1、扰动件2、集气管3和连通阀4。捕气主体1自身为筒状结构，起到收集底泥产生的气泡的作用。扰动件2设置在捕气主体1的内腔中，用于对底泥微环境进行扰动，加速底泥中反应底物的反应速度和气体的逸出速度，有助于实现快速地气体捕集。集气管3连通式设置在捕气主体1的上端，用于存储来自捕气主体1的气体。连通阀4连通式设置在集气管3的上端开口处，用于以将集气管3内的气体转移出去。

在使用过程中，将该捕气装置下入到水中，在自身重力下，捕气主体1的下端坐落到底泥的顶部。不时地，操作扰动件2，使得底泥中的气体溢出。底泥产生的气泡聚集到捕气主体1中，随着气泡的进入，捕气主体1中的水被排出。气泡逐渐上升进入到集气管3内并将集气管3内的水排出。随着时间的累积，气体被存储在集气管3内，到一定量（例如，不少于5毫升，可以为5-10毫升）后，便可以通过连通阀4收集捕集到的气体。通过该捕气装置能够监测底泥产生的气泡的传输规律，有助于探究其产生机制、关键路径、底物来源等，通过底泥气泡的生态行为，补充完善国家温室气体清单，辅助识别生态系统的管理，从而制定有效的应对气候变化措施，还可为生态环境健康监测和污染物源头控制提供科技支撑。

在一个实施例中，扰动件2构造为活塞板件。该活塞板件间隙式设置在捕气主体1的内腔中。在活塞板件上固定设置促动杆21。促动杆21穿过捕气主体1的壁后向上延伸。另外，优选的是，捕气主体1的上端具有锥状的主体颈11。结构上，促动杆21穿过主体颈11后而竖直向上延伸。在使用过程中，可以拉动促动杆21，进而带动活塞板件对底泥进行扰动，以促进气泡快速溢出。需要说明的是，为了保证捕气装置的顺利下入，以及在捕气过程中的稳定性，该捕气主体1和扰动件2可以由金属制成，例如，不锈钢。

进一步优选地，在活塞板件上开设有上下连通的连通孔（图中未示出）。例如，该连通孔为多个并均匀分布。通过设置连通孔，在扰动过程中，增加了扰动件2与水的接触能力提高扰动的均匀性，有助于提高气泡的溢出效率和整体气体捕集效率，另外，由于连通孔的设置，避免了活塞板件对土壤的强力干扰，改善了辅助扰动土壤产气过程，提升整体气体捕集的均匀度。

如图1所示的，还可以在促动杆21上固定式设置扰动件固定绳22。在使用中，扰动件固定绳22固定到外部的固定支点上（图1中只是画了一部分的扰动件固定绳22，其长度可以根据实际需要选择），用于限定活塞板件的位置。当然，本申请并不限于这种设置方式，下文还会详述另一种限定活塞板件的位置的方式。

在捕气主体1与集气管3之间设置运输管5。运输管5构造为锥状，具体地，流通面积大的一端与捕气主体1连通，而流通面积小的一端与集气管3连接。气泡在上升通过运输管5的过程中，由于通流面积的变化，可以增加气泡的流速，进而提高气泡向上的逃逸速度，有助于气体收集的效果和效率。因此，通过设置运输管5提高了气体收集速度和效率。

在运输管5的下端设置连接颈51，以用于与捕气主体1密封式连接。在本申请中，并不限定连接颈51与捕气主体1的具体的连接方式，只要是能实现密封式连接均可以落入到本申请的保护范围。另外，运输管5的材料可以是透明玻璃，还可以是透明树脂，例如PC材料，以便于观察气泡收集程度。在运输管5的上端设置插入颈52。同时，在集气管3的内腔中设置密封塞31。插入颈52穿过密封塞31后插入到集气管3的内腔中。通过设置插入颈52延长了运输管5的上端的小的通流面积的长度，使得气体上升过程中穿过比较长的窄道，有助于气体快速汇集上移。另外，该插入颈52的周向截面面积可以比较小，即便将插入颈52从集气管3中取出，密封塞31还能继续对集气管3的内腔进行密封。也由此，在收集到一定量的气体后，可以解除集气管3与插入颈52的连接，直接将集气管3取下，有助于集气管3内的气体的方便转移以及一定时间的存储。

在一个实施例中，集气管3包括依次连通式连接的第一集气管件32和第二集气管件33。第一集气管件32的通流面积大于第二集气管件33的通流面积。第一集气管件32与运输管5连接。第二集气管件33与连通阀4连接。在实际的结构中，第一集气管件32可以构造为圆筒形管。而第二集气管件33可以构造为注射器，其上带有标识容量的刻度。第二集气管件33密封式插入到第一集气管件32的内腔中，以用于密封式连接。将集气管3构造为分体式结构，第二集气管件33主要用于集气完成后向外转运气体，而第一集气管件32起到了缓冲和平衡的作用，有助于气体顺畅地进入到第二集气管件33内。

在捕气主体1的外壁上设置向上延伸的固定条6。同时，固定条6上设置悬挂绳61。在将该捕气装置下入到测量位置时，可以将悬挂绳61悬吊在外固定支点上，用于限定捕气装置的具体位置，并保证捕气装置的稳定性。

在一个优选的实施例中，固定条6上设置横向延伸条62。促动杆21能穿过横向延伸条62而向上延伸。在促动杆21的延伸方向上间隔式设置多个限位孔（图中未示出）。同时，在不同的限位孔中插入限位条（图中未示出），以将促动杆21限定在不同的位置，进一步限定了扰动件2的具体位置。由此，通过上述设置可以更加方便地限定扰动件2捕气主体1的内腔中的高低位置，用于满足不同的使用需求。

在捕气主体1的外壁上套接固定套7，固定套7的结构如图2所示。在固定套7上设置周向均匀分布的支腿71。优选的，固定套7与捕气主体1螺纹连接。通过设置固定套7和支腿71，可以保证捕气装置的工作稳定性，避免因为水流或者其它原因倾倒或者移动。而通过固定套7与捕气主体1螺纹连接，可以保证固定套7能相对于捕气主体1上下移动。在面对不同的测量环境时，捕气主体1深入到底泥的尺寸略有不同，则可以通过调整固定套7相对于捕气主体1的位置，进而调整捕气主体1的位置，以使其处于最优的捕气位置。

在捕气主体1的内腔中设置过滤网（图中未示出）。过滤网位于扰动件2的上端。通过设置过滤网对扰动后上升的杂质进行了拦截，避免了杂质进一步上移而堵塞运输管5。需要说明的是，过滤网的目数可以根据所测环境的不同而进行调整。连通阀4可以构造为三通阀。

下面根据图1和2详细描述用于土壤的捕气装置的工作过程。

首先，根据所测的目标的环境的不同，调整固定套7与捕气主体1的位置。另外，还可以通过限位条插入不同的限位孔调整扰动件2相对于捕气主体1的位置。

然后，将该捕气装置放入到水生生态系统中。此时，捕气主体1的自重，以及支腿的支撑作用可以保证捕气装置能稳定的设置在预设的位置处。再通过悬挂绳61将该捕气装置的顶端固定到外界固定支点上。

接着，向上拉动促动杆21，进而使得扰动件2上下运动，以对周围环境进行扰动。在扰动力作用下，底泥中的气泡快速溢出，依次通过捕气主体1、运输管5、第一集气管件32后存储在第二集气管件33中。根据不同的测量对象，间隔一定时间，例如，1-3个小时，重复性进行扰动。直至，第二集气管件33中的气体收集到一定量，例如，5毫升后，可进行气体转移并进行后续实验。

最后，进行气体转移操作。存储在第二集气管件33中的气体，可以通过连通阀4处进行抽取。还可以将集气管3从插入颈52上拔下，再促动密封塞31运动而把气体由连通阀4压缩出去。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于土壤的捕气装置，其特征在于，包括：

筒状的捕气主体，

设置在所述捕气主体的内腔中的扰动件，

连通式设置在所述捕气主体的上端开口处的集气管，

连通式设置在所述集气管的上端开口处的连通阀，

所述扰动件构造为间隙式设置在所述捕气主体的内腔中的活塞板件，在所述活塞板件上固定设置促动杆，所述促动杆穿过所述捕气主体的壁后向上延伸。

2.根据权利要求1所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，在所述捕气主体与所述集气管之间设置运输管，所述运输管构造为锥状且流通面积大的一端与所述捕气主体连通而流通面积小的一端与所述集气管连接。

3.根据权利要求2所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，在所述运输管的上端设置插入颈，在所述集气管的内腔中设置密封塞，所述插入颈穿过所述密封塞后插入到所述集气管的内腔中。

4.根据权利要求1所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，所述集气管包括依次连通式连接的第一集气管件和第二集气管件，其中，所述第一集气管件的通流面积大于所述第二集气管件的通流面积，且所述第一集气管件与所述捕气主体连通，而所述第二集气管件与所述连通阀连接。

5.根据权利要求4所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，所述第二集气管件密封式插入到所述第一集气管件的内腔中。

6.根据权利要求1所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，在所述捕气主体的外壁上设置向上延伸的固定条，所述固定条上设置悬挂绳。

7.根据权利要求6所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，所述固定条上设置横向延伸条，所述促动杆能穿过所述横向延伸条而向上延伸，在所述促动杆的延伸方向上间隔式设置多个限位孔，限位条用于穿过所述限位孔而限定所述促动杆相对于所述横向延伸条的位置。

8.根据权利要求1所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，在所述捕气主体的外壁上螺纹式套接固定套，在所述固定套上设置周向均匀分布的支腿。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于土壤的捕气装置，其特征在于，在所述捕气主体的内腔中设置过滤网，所述过滤网位于所述扰动件的上端。

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