CN116539382A - 湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置及测定方法，装置包括固定装置、集气装置和漂浮装置，固定装置包括固定架和三脚支撑架；集气装置包括集气瓶、集气管、通量集气罩和分层集气罩；漂浮装置为漂浮板；固定架与三脚支撑架固定，贯穿漂浮板；三脚支撑架位于固定架下方；集气瓶倒置悬挂在固定架上，通过集气管与下方集气罩相连；分层集气罩设置在三角支撑架内；通量集气罩设置在三角支撑架外部，并通过支撑梁固定；分层集气罩和通量集气罩内部均设置有过滤网；通过分层集气罩和通量集气罩收集不同水层及水层之间气体垂向传输通量，进而可解析不同水层气体来源及相对贡献。本发明整体气密性好，操作简单，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及自然生态系统温室气体排放及调控技术领域，尤其涉及一种湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置及测定方法。
背景技术
近年来随着经济发展，导致全球气候变化剧烈。随着全球变暖问题的日益突出，温室气体排放受到越来越多的重视，其中二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)是三种最重要的温室气体。淡水生态系统，特别是浅水湖泊是温室气体产生和排放的重要来源。陆源有机碳输入湖泊后，在湖泊沉积层累积并发生生物地球化学循环过程，产生大量CO2、CH4、N2O等温室气体。这些气体会进而通过分子扩散、冒泡以及植物传输等途径排入大气，形成湖泊水气界面温室气体排放。湖泊水域面积不大，但其贡献了全球约30％的温室气体排放总量，对全球温室气体排放清单的贡献不容忽视。中国是一个典型的多湖泊国家，其中约有80％为富营养化湖泊，是温室气体产生和排放的主要场所，因此准确测定湖泊温室气体排放通量对评估制定国家温室气体排放清单具有重要意义。其中，更准确的解析温室气体从湖泊沉积物中产生并向表层水体输移过程，明确气体输移过程中氧化、还原及生物固定等过程的干扰，对湖泊温室气体气体排放过程的准确刻画具有重要意义。
目前研究中应用最多的水体温室气体收集方法主要有漂浮箱法和倒置漏斗法等，上述收集方法仅能收集固定单一水层的气体通量，无法对深水水体的不同水层进行同时监测。因此，为了能够更精确的分析水体温室气体输移过程，明确不同水层间温室气体输移通量及消耗过程，本发明涉及一种水体分层集气技术，可以在原位不影响上下水层环境的前提下同时收集不同水层排放的温室气体，并且本发明设置了直接收集和分层收集两种收集方式，可以通过计算得到水体温室气体垂向输移通量、四周扩散效率以及衰减效率等，具有很强的实用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置及测定方法，操作便捷，结构简单，在采样过程中不影响上下水层的环境，可实现湖泊水体中不同水层温室气体输移通量的原位监测，具有很强的实用性。
为实现上述目的，本发明提供了一种湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，包括固定装置、集气装置和漂浮装置，其中固定装置包括固定架和三脚支撑架；集气装置包括集气瓶、集气管、通量集气罩和分层集气罩；漂浮装置为漂浮板。
所述固定架与三脚支撑架上下固定，并穿过漂浮板，所述三脚支撑架位于固定架下方，所述集气瓶倒置悬挂在固定架上，通过集气管与下方集气罩相连，所述分层集气罩设置在三角支撑架内，所述通量集气罩设置在三角支撑架外部，并通过支撑梁固定，所述分层集气罩和通量集气罩内部均设置有过滤网。
优选的，所述固定架位于所述漂浮板中央并穿过漂浮板的重心。
优选的，所述通量集气罩和所述分层集气罩顶部均设置有集气口，所述集气口通过集气管与集气瓶连接。
优选的，所述通量集气罩和所述分层集气罩在同一水层必须处于同一高度。
优选的，所述通量集气罩通过支撑梁与所述三脚支撑架连接固定。
优选的，上方所述支撑梁比下方所述支撑梁长。
优选的，所述漂浮板材质为泡沫，长50cm，宽30cm，高20cm。
优选的，所述固定架、所述三脚支撑架和所述支撑梁的材质均为空心不锈钢管，内径为1.5cm。
优选的，所述通量集气罩和所述分层集气罩的材质均为聚氯乙烯，底部直径为20cm。
优选的，所述集气管的材质为橡胶，其内径为0.3cm。
因此，本发明采用上述结构的一种湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，操作便捷，结构简单，在采样过程中不影响上下水层的环境，可实现不同水层温室气体的原位监测，具有很强的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种湖泊水体中不同水层温室气体输移通量的采集装置及测定方法实施例的结构示意图；
图2为本发明一种湖泊水体中不同水层温室气体输移通量的采集装置及测定方法实施例的部分结构示意图。
其中：
1、固定架；2、三角支撑架；3、漂浮板；4、支撑梁；5、分层集气罩；6、通量集气罩；7、集气管；8、集气瓶；9、集气口；10、过滤网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
图1为本发明湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置实施例的结构示意图，图2为本发明湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置实施例的部分结构示意图。如图所示，本发明公开了一种湖泊水体中不同水层温室气体输移通量的采集装置及测定方法，整体装置包括固定装置、集气装置和漂浮装置，其中固定装置包括固定架1和三脚支撑架2；集气装置包括集气瓶8、集气管7、通量集气罩6和分层集气罩5；漂浮装置为漂浮板3。固定架1与三脚支撑架2上下固定，并穿过漂浮板3；三脚支撑架2位于固定架1下方；集气瓶8倒置悬挂在固定架1上，通过集气管7与下方分层集气罩5和通量集气罩6相连；分层集气罩5设置在三角支撑架2内；通量集气罩6设置在三角支撑架2外部，并通过支撑梁4固定；分层集气罩5和通量集气罩6均设置有过滤网10。
通量集气罩6和分层集气罩5顶部均设置有集气口9，所述集气口9通过集气管7与集气瓶8连接。
固定架1位于漂浮板3中央并穿过漂浮板3的重心，漂浮板3长50cm，宽30cm，高20cm。
固定架1、三脚支撑架2和支撑梁4的材质均为空心不锈钢管，内径为1.5cm。
为避免深层集气罩对上层集气罩造成干扰，上层集气罩连接的支撑梁长度比下层集气罩连接的支撑梁长度要长。
同一水层的通量集气罩6和分层集气罩5必须保证在同一水平线，通量集气罩6和分层集气罩5的材质均为聚氯乙烯，底部直径为20cm。
集气管7内径为0.3cm.
具体实施过程：
首先，组装仪器，监测前将集气瓶固定在固定架上，通过集气管把集气瓶和分层集气罩、通量集气罩相互连接，同时检查集气管的气密性。最后确保同一水层的通量集气罩和分层集气罩保持同一水平高度。
其次，将三角支撑架垂直于水面缓慢放入水中，一手扶住漂浮板，水体逐渐进入装置，使漂浮板漂浮于水面上，待装置漂浮于水面稳定后缓慢松手，此时装置内没有空气。
最后，收集期满后，握住固定架前端，将整个装置垂直于水面缓慢拉出，依次卸下集气瓶并快速密封，完成整个收集过程。
采集完毕后将集气瓶立刻带回实验室，利用气象色谱仪测定集气瓶中气样的温室气体浓度，温室气体输移通量的测定计算方法公式如下：
式中，F为温室气体输移通量(μmol.m-2.d-1)；S为待测气体浓度随时间变化的斜率(μatm s-1或ppm s-1)；P为背景环境的大气压强(kPa)；F1为ppm到μatm的转换系数(0.000791)，若所测定的气体浓度为μatm，则该系数无需转换；F2为时间转换系数(86400)；V为瓶内空气体积(m3)；P0为标准大气压(101.33kPa)；R为普适气体常数(0.082057L atmmol-1K-1)；T为背景温度(℃)；A为本发明装置覆盖水面面积(m2)。
因此，本发明采用上述结构的一种收集湖泊温室气体并测定通量的装置，操作便捷，结构简单，在采样过程中不影响上下水层的环境，
可实现不同水层温室气体的原位监测，具有很强的实用性。
最后应强调的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案并显示和描述本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，而并非对其进行限制，本专业领域的技术人员应当理解：在不脱离本发明精神和范围的前提下，可以对本发明的技术方案进行等同修改或技术改进，这些修改和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：
包括固定装置、集气装置和漂浮装置，其中固定装置包括固定架(1)和三脚支撑架；集气装置包括集气瓶(8)、集气管(7)、通量集气罩(6)和分成集气罩(5)；漂浮装置为漂浮板(3)；
所述固定架(1)与三脚支撑架上下固定，并穿过漂浮板(3)，所述三脚支撑架位于固定架(1)下方，所述集气瓶(8)倒置悬挂在固定架(1)上，通过集气管(7)与下方集气罩相连，所述分成集气罩(5)设置在三角支撑架(2)内，所述通量集气罩(6)设置在三角支撑架(2)外部，并通过支撑梁(4)固定，所述分成集气罩(5)和通量集气罩(6)内部均设置有过滤网(10)。
2.根据权利要求1所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述固定架(1)位于所述漂浮板(3)中央并穿过漂浮板(3)的重心。
3.根据权利要求1所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述通量集气罩(6)和所述分成集气罩(5)顶部均设置有集气口(9)，所述集气口(9)通过集气管(7)与集气瓶(8)连接。
4.根据权利要求3所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述通量集气罩(6)和所述分成集气罩(5)在同一水层必须处于同一高度。
5.根据权利要求3所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述通量集气罩(6)通过支撑梁(4)与所述三脚支撑架连接固定。
6.根据权利要求1所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述漂浮板(3)材质为泡沫，长50cm，宽30cm，高20cm。
7.根据权利要求1所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述固定架(1)、所述三脚支撑架和所述支撑梁(4)的材质均为空心不锈钢管，内径为1.5cm。
8.根据权利要求1所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述通量集气罩(6)和所述分成集气罩(5)的材质均为聚氯乙烯，底部直径为20cm。
9.根据权利要求1所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，其特征在于：所述集气管(7)的材质为橡胶，其内径为0.3cm。
10.湖泊不同水层温室气体输移通量的测定方法，其特征在于，用于权利要求1-9任一项所述的湖泊不同水层温室气体输移通量的采集装置，包括以下步骤：
1)首先，组装仪器，监测前将集气瓶固定在固定架上，通过集气管把集气瓶和分层集气罩、通量集气罩相互连接，同时检查集气管的气密性；最后确保同一水层的通量集气罩和分层集气罩保持同一水平高度；
2)其次，将三角支撑架垂直于水面缓慢放入水中，一手扶住漂浮板，水体逐渐进入装置，使漂浮板漂浮于水面上，待装置漂浮于水面稳定后缓慢松手，此时装置内没有空气；
3)最后，收集期满后，握住固定架前端，将整个装置垂直于水面缓慢拉出，依次卸下集气瓶并快速密封，完成整个收集过程；
4)采集完毕后将集气瓶立刻带回实验室，利用气象色谱仪测定集气瓶中气样的温室气体浓度，温室气体输移通量的测定计算方法公式如下：
式中，F为温室气体输移通量(μmol.m-2.d-1)；S为待测气体浓度随时间变化的斜率(μatms-1或ppm s-1)；P为背景环境的大气压强(kPa)；F1为ppm到μatm的转换系数(0.000791)，若所测定的气体浓度为μatm，则该系数无需转换；F2为时间转换系数(86400)；V为瓶内空气体积(m3)；P0为标准大气压(101.33kPa)；R为普适气体常数(0.082057L atm mol-1K-1)；T为背景温度(℃)；A为本发明装置覆盖水面面积(m2)。
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