CN117030947A - 土壤呼吸监测装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种土壤呼吸监测装置，涉及气体检测技术领域，该系统包括安装基板、土壤环、呼吸室、交换元件和驱动单元；土壤环被置于待测土壤上，并插入待测土壤中；安装基板自上而下穿过土壤环，并固定在待测土壤上；驱动单元安装在安装基板上，并与呼吸室连接；呼吸室与气体检测设备连通；交换元件设置在土壤环上，土壤环内的土壤与土壤环外的土壤通过交换元件进行物质和能量交换；驱动单元，用于带动呼吸室盖设在土壤环上，或者带动呼吸室从土壤环上移开。土壤呼吸监测装置可以通过交换元件，实现土壤环内的土壤和土壤环外的土壤之间的物质和能量交换，降低了土壤环对土壤呼吸的影响，能够确保土壤呼吸监测装置的长期监测效果。
Description
技术领域
本公开涉及气体检测技术领域，具体地，涉及一种土壤呼吸监测装置。
背景技术
在全球变暖的大背景下，地球生态圈的碳循环已成为生态科学、地质科学和社会科学等领域共同关注的重大科学研究课题，而土壤吸收或释放的气体在全球气候变化中产生了巨大的作用。土壤呼吸作用是土壤碳库和大气碳库进行物质交换的主要途径，同时土壤呼吸及其微小的改变都会显著改变大气中温室气体的含量和土壤累计温室气体的速率，从而加速或减缓全球气候变暖。因此，检测土壤呼吸对于研究和遏制全球气候变暖具有十分重要意义。
当前，主要是使用基于密闭气室法的土壤呼吸监测装置来监测土壤呼吸的，通过将呼吸室盖设在土壤环上，并根据呼吸室内的气体的气体浓度来获得土壤环内的土壤的土壤呼吸数据。然而，土壤环本身会阻碍土壤环内的土壤和土壤环外的土壤间的物质和能量交换。随时间的不断增长，土壤环对土壤呼吸的影响会越来越大，导致经过长期监测后得到的土壤呼吸数据反映的是土壤环内的土壤在长期受到土壤环影响后的土壤呼吸，而非实际的土壤呼吸，这会使经过长期监测后得到的土壤呼吸数据相比于之前得到的土壤呼吸数据出现显著变化，进而影响土壤呼吸监测装置的长期监测效果。
发明内容
为了解决相关技术中存在的问题，本公开提供了一种土壤呼吸监测装置。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种土壤呼吸监测装置，所述土壤呼吸监测装置包括安装基板、土壤环、呼吸室、交换元件和驱动单元；
所述土壤环被置于待测土壤上，并插入所述待测土壤中；所述安装基板自上而下穿过所述土壤环，并固定在所述待测土壤上；所述驱动单元安装在所述安装基板上，并与所述呼吸室连接；所述呼吸室与气体检测设备连通；
所述交换元件设置在所述土壤环上，所述土壤环内的土壤与所述土壤环外的土壤通过所述交换元件进行物质和能量交换；
所述驱动单元，用于带动所述呼吸室盖设在所述土壤环上，以使所述气体检测设备对所述呼吸室内的气体进行检测，得到所述土壤环内的土壤的土壤呼吸数据；或者，
所述驱动单元，用于带动所述呼吸室从所述土壤环上移开。
可选的，所述交换元件为孔阵；在所述土壤环插入所述待测土壤中时，所述孔阵的上端面与所述待测土壤的表面之间的平均距离大于或等于预设距离阈值。
可选的，在所述土壤环插入所述待测土壤中时，所述土壤环的上端面距所述待测土壤的表面的平均高度处于预设高度范围内。
可选的，所述土壤呼吸监测装置还包括设置在所述安装基板上的水平状态显示单元和基板固定单元；
所述水平状态显示单元用于指示所述安装基板的水平状态；所述基板固定单元用于将所述安装基板固定在所述待测土壤上。
可选的，所述土壤呼吸监测装置还包括水平调节单元；
在所述安装基板的翻边的每个端点位置处，分别设置有一个所述水平调节单元；
每个所述水平调节单元，用于调节所述安装基板的水平状态。
可选的，所述土壤呼吸监测装置还包括气体参数检测单元；
所述气体参数检测单元安装在所述呼吸室内部，且所述气体参数检测单元与所述气体检测设备连接；
所述气体参数检测单元，用于检测所述呼吸室内的气体的气体参数。
可选的，所述气体参数检测单元包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器中的至少一种；所述气体参数包括温度、湿度和气压中的至少一种。
可选的，所述土壤呼吸监测装置还包括压力平衡单元、防护罩和接头集成单元；
所述接头集成单元设置在所述呼吸室顶部，所述压力平衡单元安装在所述接头集成单元上，所述防护罩与所述接头集成单元连接。
可选的，所述土壤呼吸监测装置还包括连接组件；所述驱动单元通过所述连接组件与所述呼吸室连接。
通过上述技术方案，本公开实施例提供的土壤呼吸监测装置包括安装基板、土壤环、呼吸室、交换元件和驱动单元，土壤环被置于待测土壤上，并插入待测土壤中，安装基板自上而下穿过土壤环，并固定在待测土壤上，驱动单元安装在安装基板上，并与呼吸室连接，呼吸室与气体检测设备连通，交换元件设置在土壤环上，土壤环内的土壤与土壤环外的土壤通过交换元件进行物质和能量交换，驱动单元，用于带动呼吸室盖设在土壤环上，或者带动呼吸室从土壤环上移开。本公开中的土壤呼吸监测装置可以通过设置在土壤环上的交换元件，实现土壤环内的土壤和土壤环外的土壤间的物质和能量交换，降低了土壤环对土壤呼吸的影响，可以避免经过长期监测后所得到的土壤呼吸数据难以反映实际的土壤呼吸情况，使得土壤呼吸数据不会随时间的增长而出现显著变化，从而确保土壤呼吸监测装置的长期监测效果。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种土壤呼吸监测装置的结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的另一种土壤呼吸监测装置的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种交换元件的结构示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的另一种交换元件的结构示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的另一种土壤呼吸监测装置的结构示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的又一种土壤呼吸监测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据一示例性实施例示出的一种土壤呼吸监测装置的结构示意图。如图1所示，土壤呼吸监测装置10包括安装基板11、土壤环12、呼吸室13、交换元件14和驱动单元15。
土壤环12被置于待测土壤30上，并插入待测土壤30中。安装基板11自上而下穿过土壤环12，并固定在待测土壤30上。驱动单元15安装在安装基板11上，并与呼吸室13连接。呼吸室13与气体检测设备20连通。
交换元件14设置在土壤环12上，土壤环12内的土壤与土壤环12外的土壤通过交换元件14进行物质和能量交换。
驱动单元15，用于带动呼吸室13盖设在土壤环12上，以使气体检测设备20对呼吸室13内的气体进行检测，得到土壤环12内的土壤的土壤呼吸数据。或者，驱动单元15，用于带动呼吸室13从土壤环12上移开。
示例地，土壤呼吸监测装置本质上需要监测的是待测土壤在正常状态下（即待测土壤未受到土壤环影响的状态下）的土壤呼吸情况，为了抑制土壤环对土壤呼吸的影响，可以通过在土壤环上设置一个能够使土壤环内的土壤与土壤环外的土壤进行物质、能量交换的交换元件，以降低土壤环对土壤呼吸作用的影响，使得经过长期监测后的土壤呼吸数据依然可以反映实际的土壤呼吸情况，从而提高土壤呼吸监测装置的长期监测效果。
具体地，首先可以构建由安装基板11、土壤环12、呼吸室13、交换元件14和驱动单元15组成的土壤呼吸监测装置10。用户可以在需要监测土壤呼吸的监测区域（如森林、草原等）内选取一个指定的子区域，并将该子区域的土壤作为待测土壤。接着用户可以将安装基板11固定在待测土壤上，并将土壤环12部分插入待测土壤中。在土壤呼吸监测装置10布置完成后，用户可以向驱动单元15发送包括指定时长的控制指令（也可以是用户向气体检测设备20发送该控制指令，并由气体检测设备20将该控制指令发送给驱动单元15），以启动对土壤呼吸的监测。其中，指定时长可以理解为对土壤呼吸进行监测的时长，例如指定时长可以是一天、一周和一个月等。
在接收到控制指令后，驱动单元15可以带动呼吸室13盖设在土壤环12上，并在经过指定时长后带动呼吸室13从土壤环12上移开。在呼吸室13盖设在土壤环12上时，呼吸室13与土壤环12形成密闭空间（可以通过土壤环密封圈来实现土壤环12和安装基板11的密封，以阻止监测时呼吸室13内外空气的物质和能量交换），呼吸室13可以收集土壤环12内的土壤呼吸所释放的气体。呼吸室13与气体检测设备20之间可以通过管路连通，且管路上可以设置有气泵，以为呼吸室13和气体检测设备20之间的空气流动提供动力。在呼吸室13盖设在土壤环12上时，气泵可以不断抽出呼吸室13内的气体送入气体检测装置4中进行检测，并将气体由气体检测设备20送回至呼吸室13内，这样气体会在呼吸室13和气体检测设备20之间循环，使得气体检测设备20可以循环检测呼吸室13内的气体的气体浓度，并根据呼吸室13内的气体的气体浓度来获得土壤环12内的土壤的土壤呼吸数据。其中，驱动单元15可以由电机和减速器组成，土壤呼吸数据可以包括土壤呼吸所产生的每种类型气体的气体通量、气体排放量和气体吸收量中的至少一种。气体检测设备20可以由气体分析仪和多路器组成，气体分析仪用于检测呼吸室13内的气体的气体浓度，多路器用于根据呼吸室13内的气体的气体浓度来计算土壤环12内的土壤的土壤呼吸数据。
在土壤呼吸监测装置10监测土壤呼吸的过程中，交换元件14可以有效增加土壤环12内的土壤与土壤环12外的土壤之间的物质和能量交换，使得土壤环12内的土壤的土壤状态和土壤环12外的土壤的土壤状态尽可能一致，这样可以降低土壤环12对土壤呼吸的影响，从而提高土壤呼吸监测装置10的长期监测效果。
综上所述，本公开实施例提供的土壤呼吸监测装置包括安装基板、土壤环、呼吸室、交换元件和驱动单元，土壤环被置于待测土壤上，并插入待测土壤中，安装基板自上而下穿过土壤环，并固定在待测土壤上，驱动单元安装在安装基板上，并与呼吸室连接，呼吸室与气体检测设备连通，交换元件设置在土壤环上，土壤环内的土壤与土壤环外的土壤通过交换元件进行物质和能量交换，驱动单元，用于带动呼吸室盖设在土壤环上，或者带动呼吸室从土壤环上移开。本公开中的土壤呼吸监测装置可以通过设置在土壤环上的交换元件，实现土壤环内的土壤和土壤环外的土壤间的物质和能量交换，降低了土壤环对土壤呼吸的影响，可以避免经过长期监测后所得到的土壤呼吸数据难以反映实际的土壤呼吸情况，使得土壤呼吸数据不会随时间的增长而出现显著变化，从而确保土壤呼吸监测装置的长期监测效果。
图2是根据一示例性实施例示出的另一种土壤呼吸监测装置的结构示意图。如图2所示，交换元件14为孔阵141。在土壤环12插入待测土壤30中时，孔阵141的上端面与待测土壤30的表面之间的平均距离大于或等于预设距离阈值。
举例来说，交换元件14可以是沿土壤环12的圆周均匀分布的与土壤环12一体的孔阵141，也可以是网状或膜状的独立元件（如图3所示），通过一定的工艺形成土壤环12的一部分，还可以是沿土壤环12底部横断面延伸出来的一系列针柱状结构形成的单边开放的矩形孔（如图4所示）。在交换元件14为孔阵141的情况下，孔阵141可以位于土壤环12底端，为了避免土壤环12外的土壤的土壤呼吸影响土壤呼吸监测装置10对土壤环12内的土壤的土壤呼吸监测，在土壤环12插入待测土壤30中时，孔阵141的上端面与待测土壤30的表面之间的平均距离大于或等于预设距离阈值（预设距离阈值可以是10cm）。通过孔阵141可以使土壤环12深入土壤的部分开设有孔洞，有效增加了土壤环12内的土壤与土壤环12外的土壤之间的物质和能量交换，使得土壤环12内的土壤的土壤状态和土壤环12外的土壤的土壤状态尽可能一致，以降低土壤环12对土壤呼吸的影响，从而提高土壤呼吸监测装置10的长期监测效果。
进一步的，在土壤环12插入待测土壤30中时，土壤环12的上端面距待测土壤30的表面的平均高度处于预设高度范围内。例如，在土壤环12插入待测土壤30中时，土壤环12的上端面距待测土壤30的表面的平均高度可以在6-7cm之间（即预设高度范围为6-7cm）。
图5是根据一示例性实施例示出的另一种土壤呼吸监测装置的结构示意图。如图5所示，土壤呼吸监测装置10还包括设置在安装基板11上的水平状态显示单元16和基板固定单元17。
水平状态显示单元16用于指示安装基板11的水平状态，基板固定单元17用于将安装基板11固定在待测土壤30上。
示例地，安装基板11一端靠近呼吸室13的位置，可以设置有用于指示安装基板11的水平状态的水平状态显示单元16，并在安装基板11靠近呼吸室13的中部设置有用于固定安装基板11的基板固定单元17。基板固定单元17用于固定安装基板11，防止安装基板11受土壤状态变化而移动。
进一步的，土壤呼吸监测装置10还包括水平调节单元18。在安装基板11的翻边1101的每个端点位置处，分别设置有一个水平调节单元18。
每个水平调节单元18，用于调节安装基板11的水平状态。
具体地，安装基板11的翻边1101的每个端点位置处，可以各设置有一个用于调节安装基板11的水平状态的水平调节单元18。通过水平调节单元18，配合水平显示组件213，可实现安装基板11的水平状态的精确调节，进而保障土壤环23深度的准确测量。
可选的，土壤呼吸监测装置10还包括连接组件19。驱动单元15通过连接组件19与呼吸室13连接。
示例地，驱动单元15可以通过连接组件19与呼吸室13连接，连接组件19可以是摇臂（例如可以是由4个摇臂构成的双平行四连杆结构），也可以是其他任意的连接结构，本公开对此不做具体限制。在接收到控制指令后，驱动单元15可以按第一预设参数进行动力输出，以通过连接组件19带动呼吸室13盖设在土壤环12上。在经过指定时长后驱动单元15可以按第二预设参数进行动力输出，以通过连接组件19带动呼吸室13从土壤环12上移开。
图6是根据一示例性实施例示出的另一种土壤呼吸监测装置的结构示意图。如图6所示，土壤呼吸监测装置10还包括气体参数检测单元110。
气体参数检测单元110安装在呼吸室13内部，且气体参数检测单元110与气体检测设备20连接。
气体参数检测单元110，用于检测呼吸室13内的气体的气体参数。
举例来说，呼吸室13腔体内部安装有气体参数检测单元110，用于测量呼吸室13内的气体的气体参数，并将气体参数发送至气体检测设备20。其中，气体参数检测单元110包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器中的至少一种，气体参数包括温度、湿度和气压中的至少一种。然后，气体检测设备20在获取到气体参数检测单元110测量到的气体参数后，可以根据呼吸室13内的气体的气体浓度和气体参数计算土壤环12内的土壤的土壤呼吸数据。
进一步的，土壤呼吸监测装置10还可以包括压力平衡单元111、防护罩112和接头集成单元113。
接头集成单元113设置在呼吸室13顶部，压力平衡单元111安装在接头集成单元113上，防护罩112与接头集成单元113连接。
接头集成单元113上设置有呼吸室13的进气口和呼吸室13的排气口，呼吸室13的进气口和呼吸室13的排气口分别与气体检测设备20连通。
具体地，压力平衡单元111安装在接头集成单元113的中心孔上，压力平衡单元111的一端与呼吸室13内腔连通，另一端与外界大气环境连通。压力平衡单元111用来平衡呼吸室13内外的压力，当呼吸室13盖设在土壤环12上时，压力平衡单元111能够在呼吸室13内部压力的作用下打开，并将呼吸室13内的气体排出，从而防止呼吸室13盖设时的压力积聚。另外，防护罩28与接头集成单元113连接，以防止雨水、冰雪以及杂物覆盖阻塞压力平衡单元111，从而影响呼吸室13内外压力平衡。
综上所述，本公开实施例提供的土壤呼吸监测装置包括安装基板、土壤环、呼吸室、交换元件和驱动单元，土壤环被置于待测土壤上，并插入待测土壤中，安装基板自上而下穿过土壤环，并固定在待测土壤上，驱动单元安装在安装基板上，并与呼吸室连接，呼吸室与气体检测设备连通，交换元件设置在土壤环上，土壤环内的土壤与土壤环外的土壤通过交换元件进行物质和能量交换，驱动单元，用于带动呼吸室盖设在土壤环上，或者带动呼吸室从土壤环上移开。本公开中的土壤呼吸监测装置可以通过设置在土壤环上的交换元件，实现土壤环内的土壤和土壤环外的土壤间的物质和能量交换，降低了土壤环对土壤呼吸的影响，可以避免经过长期监测后所得到的土壤呼吸数据难以反映实际的土壤呼吸情况，使得土壤呼吸数据不会随时间的增长而出现显著变化，从而确保土壤呼吸监测装置的长期监测效果。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (9)
1.一种土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述土壤呼吸监测装置包括安装基板、土壤环、呼吸室、交换元件和驱动单元；
所述土壤环被置于待测土壤上，并插入所述待测土壤中；所述安装基板自上而下穿过所述土壤环，并固定在所述待测土壤上；所述驱动单元安装在所述安装基板上，并与所述呼吸室连接；所述呼吸室与气体检测设备连通；
所述交换元件设置在所述土壤环上，所述土壤环内的土壤与所述土壤环外的土壤通过所述交换元件进行物质和能量交换；
所述驱动单元，用于带动所述呼吸室盖设在所述土壤环上，以使所述气体检测设备对所述呼吸室内的气体进行检测，得到所述土壤环内的土壤的土壤呼吸数据；或者，
所述驱动单元，用于带动所述呼吸室从所述土壤环上移开。
2.根据权利要求1所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述交换元件为孔阵；在所述土壤环插入所述待测土壤中时，所述孔阵的上端面与所述待测土壤的表面之间的平均距离大于或等于预设距离阈值。
3.根据权利要求2所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，在所述土壤环插入所述待测土壤中时，所述土壤环的上端面距所述待测土壤的表面的平均高度处于预设高度范围内。
4.根据权利要求3所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述土壤呼吸监测装置还包括设置在所述安装基板上的水平状态显示单元和基板固定单元；
所述水平状态显示单元用于指示所述安装基板的水平状态；所述基板固定单元用于将所述安装基板固定在所述待测土壤上。
5.根据权利要求4所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述土壤呼吸监测装置还包括水平调节单元；
在所述安装基板的翻边的每个端点位置处，分别设置有一个所述水平调节单元；
每个所述水平调节单元，用于调节所述安装基板的水平状态。
6.根据权利要求1所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述土壤呼吸监测装置还包括气体参数检测单元；
所述气体参数检测单元安装在所述呼吸室内部，且所述气体参数检测单元与所述气体检测设备连接；
所述气体参数检测单元，用于检测所述呼吸室内的气体的气体参数。
7.根据权利要求6所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述气体参数检测单元包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器中的至少一种；所述气体参数包括温度、湿度和气压中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述土壤呼吸监测装置还包括压力平衡单元、防护罩和接头集成单元；
所述接头集成单元设置在所述呼吸室顶部，所述压力平衡单元安装在所述接头集成单元上，所述防护罩与所述接头集成单元连接。
9.根据权利要求3所述的土壤呼吸监测装置，其特征在于，所述土壤呼吸监测装置还包括连接组件；所述驱动单元通过所述连接组件与所述呼吸室连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN118330183A (zh) * | 2024-04-30 | 2024-07-12 | 兰州大学 | 一种土壤温室气体监测系统及方法 |
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