CN114137112B - 一种植株土壤温室气体排放量采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种植株土壤温室气体排放量采集装置及采集方法，装置包括盆栽部、第一取气罩、第二取气罩、第一抽气管和第二抽气管，盆栽部用于种植植株，第一取气罩设置于盆栽部的顶部，第一取气罩上设置有用于植株根茎穿过的通孔部，第二取气罩设置于第一取气罩的顶部，第二取气罩与第一取气罩之间可连通或封闭，第一抽气管伸入第二取气罩内，第二抽气管包括伸入第二取气罩内的抽气管A，抽气管A连接有连通阀，连通阀连接有伸入第一取气罩内的抽气管B，本申请具有可同时适用于对植株‑土壤系统、植株系统、土壤系统三个部分排放温室气体的采集、适用范围广的优点。

Description

一种植株土壤温室气体排放量采集装置及采集方法

技术领域

本申请涉及气体采集监测技术领域，尤其涉及一种植株土壤温室气体排放量采集装置及采集方法。

背景技术

在研究农田温室气体排放排规律的过程中，气体样品的采集是个关键步骤，静态箱法是一种重要的研究手段。静态箱技术的方法原理是在一定面积的土壤或植物上方盖上特制密闭箱体，隔绝箱体内气体与外界大气进行气体交换，在一定时间间隔内抽取箱体内气体样品，用气象色谱测定出CO₂、N₂O和CH₄等的浓度，进而计算出排放速率。静态箱法适用于各类大田、盆栽等研究，但因研究目的不同，箱体外形、大小、材质等可进行改良改装。

根据目前研究目的不同，研究对象及方向也更全面化，但现有用于气体采集的静态箱不能同时适用于对植株-土壤系统、植株系统、土壤系统三个部分排放温室气体的采集，适用范围小，无法满足更多的实验需求。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种植株土壤温室气体排放量采集装置及采集方法，旨在解决现有用于气体采集的静态箱不能同时适用于对植株-土壤系统、植株系统、土壤系统三个部分排放温室气体的采集、适用范围小的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种植株土壤温室气体排放量采集装置，包括盆栽部、第一取气罩、第二取气罩、第一抽气管和第二抽气管，盆栽部用于种植植株，第一取气罩设置于盆栽部的顶部，第一取气罩上设置有用于植株根茎穿过的通孔部，第二取气罩设置于第一取气罩的顶部，第二取气罩与第一取气罩之间可连通或封闭，第一抽气管伸入第二取气罩内，第二抽气管包括伸入第二取气罩内的抽气管A，抽气管A连接有连通阀，连通阀连接有伸入第一取气罩内的抽气管B。

可选地，第一取气罩的顶部开设有至少一个第一通气孔，第一通气孔内均设置有第一密封塞。

可选地，第一取气罩上设置有第一温度计，第二取气罩上设置有第二温度计。

可选地，第一温度计贯穿任一第一密封塞。

可选地，第二取气罩上开设有第二通气孔，第二通气孔内设置有第二密封塞，第二温度计贯穿第二密封塞。

可选地，盆栽部的顶部外壁套设有第一蓄水槽，第一取气罩的底部设置于第一蓄水槽内，第一取气罩的顶部外壁套设有第二蓄水槽，第二取气罩的底部设置于第二蓄水槽内。

可选地，第一取气罩和第二取气罩的内壁均设置有风扇。

可选地，盆栽部包括盆体，盆体内设置有土壤层，通孔部伸入土壤层内。

可选地，第一取气罩和第二取气罩的材质均为透明材质。

一种基于上述的植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，包括以下步骤：

将植株种子催芽后移植或直接种入盆栽部内，植株三叶期定苗，保留长势一致的2-3株植株苗，缓苗一周；

将保留的2-3株植株苗穿过第一取气罩的通孔部，一周后再开始采集样品；

准备采集样品时，先将棉花塞住通孔部与植株之间的间隙，再安装好第二取气罩；

开始采集样品，采集样品包括植株系统、土壤系统的气体采集和植株-土壤系统的气体采集；其中，

植株系统、土壤系统的气体采集包括：打开连通阀，并使第二取气罩与第一取气罩之间封闭，分别通过第一抽气管和第二抽气管抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内，以分别采集获得植株系统和土壤系统排放的温室气体；

植株-土壤系统的气体采集包括：关闭连通阀，并使第二取气罩与第一取气罩之间连通，通过第一抽气管抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内，以采集获得植株-土壤系统排放的温室气体。

本申请所能实现的有益效果如下：

本申请通过第一取气罩和第二取气罩的设置，若将第二取气罩与第一取气罩之间封闭，第一取气罩内的空间则形成单独的土壤系统气体排放室，打开连通阀即可通过第二抽气管对土壤系统温室气体的排放进行采集，而第一取气罩内的空间则形成单独的植株系统气体排放室，即可通过第一抽气管对植株系统温室气体的排放进行采集，若将第二取气罩与第一取气罩之间连通，关闭连通阀，使得第二取气罩与第一取气罩之间的空间相通则形成植株-土壤系统气体排放室，通过第一抽气管即可对植株-土壤系统温室气体的排放进行采集，因此本申请可实现分别针对植株-土壤系统、植株系统、土壤系统三个部分排放温室气体的采集，适用范围广，满足更多实验需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请一种植株土壤温室气体排放量采集装置的结构示意图；

图2为本申请的分解结构示意图；

图3为本申请的实施例中第一取气罩的结构示意图；

图4为本申请的实施例中第二取气罩的结构示意图。

附图标记：

110-盆栽部，111-盆体，112-土壤层，120-第一取气罩，121-通孔部，122-第一通气孔，130-第二取气罩，140-第一抽气管，150-第二抽气管，151-抽气管A，152-连通阀，153-抽气管B，160-第一密封塞，170-第一温度计，180-第二温度计，190-第二密封塞，210-第一蓄水槽，220-第二蓄水槽，230-风扇，240-植株。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1-图4，本实施例提供一种植株土壤温室气体排放量采集装置，包括盆栽部110、第一取气罩120、第二取气罩130、第一抽气管140和第二抽气管150，盆栽部110用于种植植株240，第一取气罩120设置于盆栽部110的顶部，第一取气罩120上设置有用于植株240根茎穿过的通孔部121，第二取气罩130设置于第一取气罩120的顶部，第二取气罩130与第一取气罩120之间可连通或封闭，第一抽气管140伸入第二取气罩130内，第二抽气管150包括伸入第二取气罩130内的抽气管A151，抽气管A151连接有连通阀152，连通阀152连接有伸入第一取气罩120内的抽气管B153。

目前，农田温室气体研究中通常使用的静态箱通常分为两种，一种是以研究土壤排放为主，即静态箱覆盖的仅仅是农田土壤(一般在作物种植行间)；另一种是研究“作物-土壤”系统排放为主，静态箱覆盖的包括作物和土壤。后者在规格大小、材质上要求都更高，既要保证大小可覆盖一定种植密度的作物，又要考虑隔热或采光保证盖箱后对内部土壤、植物不产生明显的影响。尽管这种方法可进行“作物-土壤”生态系统温室气体排放规律研究，但是并不能同时区分该系统中土壤、作物两个部分的排放规律。为了适应更多的实验需求，目前都是分别制作对应的静态箱来分别对土壤、植株、植株-土壤生态系统的温室气体排放进行采集，但是需要选择植物种类相同且生长状态非常接近的植物来作为实验对象，但是始终存在一定变量而导致实验误差，无法获取准确的实验数据。

因此，在本实施例中，通过第一取气罩120和第二取气罩130的设置，若将第二取气罩130与第一取气罩120之间封闭，第一取气罩120内的空间则形成单独的土壤系统气体排放室，打开连通阀152即可通过第二抽气管150对土壤系统温室气体的排放进行采集，而第一取气罩120内的空间则形成单独的植株系统气体排放室，即可通过第一抽气管140对植株系统温室气体的排放进行采集，若将第二取气罩130与第一取气罩120之间连通，则关闭连通阀152，使得第二取气罩130与第一取气罩120之间的空间相通则形成植株-土壤系统气体排放室(两个空间的气体混合)，通过第一抽气管140即可对植株-土壤系统温室气体的排放进行采集，因此本申请可实现分别针对植株-土壤系统、植株系统、土壤系统三个部分排放温室气体的采集，形成分层监测各系统的温室气体排放情况，从而保证了实验对象为同一株植株240，克服了变量误差存在的问题，保证了实验数据的准确性，适用范围广，满足更多实验需求。

需要说明的是，盆栽部110、第一取气罩120、第二取气罩130之间均应当采用可拆卸连接方式，移栽植株240后便于组装，同时也方便单独使用第一取气罩120或第二取气罩130，使用方式灵活，安装后，第一取气罩120和第二取气罩130之间应当具有良好的密封效果，避免气体泄漏或混合，保证实验数据准确性。另外，为了进一步提高第一取气罩120和第二取气罩130内独立空间的密封性，这里还可在通孔部121与植株240根茎之间的间隙处塞硅橡胶棉花混合物(存在较大间隙时需设置)，减少各生态系统之间的气体混合。

作为一种可选的实施方式，第一取气罩120的顶部开设有至少一个第一通气孔122，第一通气孔122内均设置有第一密封塞160。通过将第一密封塞160堵塞住第一通气孔122，则实现第二取气罩130与第一取气罩120之间封闭的状态，取出第一密封塞160，第二取气罩130与第一取气罩120之间通过第一通气孔122则可形成连通状态，结构简单，操作方便快捷。

作为一种可选的实施方式，第一取气罩120上设置有第一温度计170，第二取气罩130上设置有第二温度计180。通过第一温度计170可采集第一取气罩120内(即土壤系统)的温度数据，通过第二温度计180可采集第二取气罩130内(即植株系统或植株-土壤系统)的温度数据。

作为一种可选的实施方式，第一温度计170贯穿任一第一密封塞160，无需另外开孔来安装第一温度计170，降低气体泄漏的可能性，保证密封性。

作为一种可选的实施方式，第二取气罩130上开设有第二通气孔，第二通气孔内设置有第二密封塞190，第二温度计180贯穿第二密封塞190。使用时，将带有第二温度计180的第二密封塞190安装到第二取气罩130上的第二通气孔内，即可形成第二取气罩130内的密封空间，同时又能通过第二温度计180可采集第二取气罩130内空间的温度数据。

需要说明的是，上述第一密封塞160和第二密封塞190均应该采用具有弹性的软塞，以保证密封性，例如橡胶塞。

作为一种可选的实施方式，盆栽部110的顶部外壁套设有第一蓄水槽210，第一取气罩120的底部设置于第一蓄水槽210内，第一取气罩120的顶部外壁套设有第二蓄水槽220，第二取气罩130的底部设置于第二蓄水槽220内。

在本实施例中，通过在盆栽部110的顶部外壁套设第一蓄水槽210(即围绕盆栽部110的顶部外壁一圈设置第一蓄水槽210)，同时在第一取气罩120的顶部外壁套设第二蓄水槽220，不仅方便盆栽部110与第一取气罩120之间、第一取气罩120与第二取气罩130之间的可拆卸组装对接，往第一蓄水槽210和第二蓄水槽220内灌入水时，还能起到良好的密封效果。需要说明的是，蓄水时需要蓄上超过第一蓄水槽210或第二蓄水槽220的1/2深度的水。

作为一种可选的实施方式，第一取气罩120和第二取气罩130的内壁均设置有风扇230，通过风扇230的设置，可加速气体的流动，并促进第一取气罩120和第二取气罩130内气体浓度均匀混合，从而提高气体采集的效率。需要说明的是，风扇230采用微型电风扇，可连接蓄电池。

作为一种可选的实施方式，盆栽部110包括盆体111，盆体111内设置有土壤层112，通孔部121伸入土壤层112内，使得土壤层112被第一取气罩120完全隔离，避免第一取气罩120内的土壤系统和第二取气罩130内的植株系统气体混合。

作为一种可选的实施方式，第一取气罩120和第二取气罩130的材质均为透明材质，例如PCV材质。便于直接从外部观察内部植株的生长状况，且气体采集短时间内对作物光合作用影响降至最低。

实施例2

参照图1-图4，本实施例提供一种基于实施例1中所述的植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，包括以下步骤：

将植株240种子催芽后移植或直接种入盆栽部110内，植株240三叶期定苗，保留长势一致的2-3株植株苗，缓苗一周；

将保留的2-3株植株苗穿过第一取气罩120的通孔部121，一周后再开始采集样品；

准备采集样品时，先将棉花塞住通孔部121与植株240之间的间隙，再安装好第二取气罩130；

开始采集样品，采集样品包括植株系统、土壤系统的气体采集和植株-土壤系统的气体采集；其中，

植株系统、土壤系统的气体采集包括：打开连通阀152，并使第二取气罩130与第一取气罩120之间封闭，分别通过第一抽气管140和第二抽气管150抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内，以分别采集获得植株系统和土壤系统排放的温室气体；

植株-土壤系统的气体采集包括：关闭连通阀152，并使第二取气罩130与第一取气罩120之间连通，通过第一抽气管140抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内，以采集获得植株-土壤系统排放的温室气体。

在本实施例中，先选取长势一致的2-3株植株苗作为实验对象，减小变量误差，并根据需要实验的类型，若需要进行植株系统、土壤系统的气体采集，则可分别通过第一抽气管140和第二抽气管150抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内，需要说明的是，植株系统、土壤系统的气体采集可同时进行，也可单独进行，根据实验需求操作即可，若需要进行植株-土壤系统的气体采集时，使第二取气罩130与第一取气罩120之间连通，并通过第一抽气管140抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内即可，使用灵活。

本申请以小麦为例，进行植物土壤排放采集以及监测实验时，具体操作如下：

将小麦种子催芽后移植或直接种入盆栽部110中央位置，小麦三叶期定苗，保留长势一致的2-3株麦苗，缓苗一周。将2-3株麦苗小心穿过第一取气罩120的通孔部121(通孔部121插入土壤1-2cm固定)，第一取气罩120在麦苗全生育期不取下；

安装好以后，一周后开始采集样，气体样品采集每7天进行一次，若平稳气温低于5℃时可每10天进行一次，如若遇到施肥、浇水特殊时间，时间间隔缩短为3天，待监测到温室气体排放浓度变化较平和时采集频率更改回7天，所采集的气体样品在一周内用气相色谱仪分析CO₂、N₂O和CH₄气体浓度。

气体采集前期准备工作：

①用硅橡胶棉花混合物塞住通孔部121和麦苗根茎之间的孔隙，用第一密封塞160堵住第一通气孔122，以密封隔离地上部和土壤层112两个空间；

②将第一取气罩120上的抽气管B153和第二取气罩130上的抽气管A151用连通阀152接通；

③内置的风扇230提前连接蓄电池开始运作，并将盆体111上的第一蓄水槽和第一取气罩120上第二蓄水槽分别蓄上超过1/2深度的水，用以隔绝内外气流交换；

④将第二取气罩130上的抽气管A151和第一抽气管140分别与聚乙烯针管用三通阀连接(手动取气)或直接与自动取气装置连接。

气体样品采集时：样品采集时间为上午9:00-11:00，采集前期工作准备好后，将第二取气罩130盖在第一取气罩120上，在0min、10min、20min、30min、40min，分别通过第一抽气管140和第二抽气管150采集气体40～50ml并转移至提前抽真空的玻璃保存瓶，同时分别通过第一温度计170和第二温度计180记录当下第一取气罩120和第二取气罩130内部的气温数值。第一抽气管140采集的即地上部植株240排放的温室气体，第二抽气管150采集的即土壤排放的温室气体。若是植株土壤气体采集时，第一取气罩120上的第一通气孔122全敞开(不塞第一密封塞160)，可从第一抽气管140采集到“植株-土壤”生态系统排放的温室气体。气体采集结束后小心剥离小麦茎秆上的硅橡胶棉花混合物，并同时取下第一取气罩120上的第一密封塞160和第二取气罩130上的第二密封塞190以供通风换气。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述采集装置包括：盆栽部，所述盆栽部用于种植植株；第一取气罩，所述第一取气罩设置于所述盆栽部的顶部，所述第一取气罩上设置有用于植株根茎穿过的通孔部；第二取气罩，所述第二取气罩设置于所述第一取气罩的顶部，所述第二取气罩与所述第一取气罩之间可连通或封闭；第一抽气管，所述第一抽气管伸入所述第二取气罩内；第二抽气管，所述第二抽气管包括伸入所述第二取气罩内的抽气管A，所述抽气管A连接有连通阀，所述连通阀连接有伸入所述第一取气罩内的抽气管B；所述第一取气罩的顶部开设有至少一个第一通气孔，所述第一通气孔内均设置有第一密封塞；

所述采集方法包括以下步骤：

将植株种子催芽后移植或直接种入所述盆栽部内，植株三叶期定苗，保留长势一致的2-3株植株苗，缓苗一周；

将保留的2-3株植株苗穿过所述第一取气罩的通孔部，一周后再开始采集样品；

准备采集样品时，先将棉花塞住所述通孔部与植株之间的间隙，再安装好所述第二取气罩；

开始采集样品，采集样品包括植株系统、土壤系统的气体采集和植株-土壤系统的气体采集；其中，

所述植株系统、土壤系统的气体采集包括：打开所述连通阀，并使所述第二取气罩与所述第一取气罩之间封闭，分别通过所述第一抽气管和所述第二抽气管抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内，以分别采集获得植株系统和土壤系统排放的温室气体；

所述植株-土壤系统的气体采集包括：关闭所述连通阀，并使所述第二取气罩与所述第一取气罩之间连通，通过所述第一抽气管抽气体40-50ml并转移至提前抽真空的保存瓶内，以采集获得植株-土壤系统排放的温室气体。

2.如权利要求1所述的基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述第一取气罩上设置有第一温度计，所述第二取气罩上设置有第二温度计。

3.如权利要求2所述的基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述第一温度计贯穿任一所述第一密封塞。

4.如权利要求2所述的基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述第二取气罩上开设有第二通气孔，所述第二通气孔内设置有第二密封塞，所述第二温度计贯穿所述第二密封塞。

5.如权利要求1所述的基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述盆栽部的顶部外壁套设有第一蓄水槽，所述第一取气罩的底部设置于所述第一蓄水槽内，所述第一取气罩的顶部外壁套设有第二蓄水槽，所述第二取气罩的底部设置于所述第二蓄水槽内。

6.如权利要求1所述的基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述第一取气罩和所述第二取气罩的内壁均设置有风扇。

7.如权利要求1所述的基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述盆栽部包括盆体，所述盆体内设置有土壤层，所述通孔部伸入所述土壤层内。

8.如权利要求1所述的基于植株土壤温室气体排放量采集装置的采集方法，其特征在于，所述第一取气罩和所述第二取气罩的材质均为透明材质。