CN204832178U - 土壤气体排放原位测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量土体排放气体参数的原位测量装置。本土壤气体排放原位测量装置产品包括原位微室盖、原位微室接头和原位微室腔，三者间相互密闭连接。原位微室腔是两端开口的筒状结构。原位微室接头是环状结构，侧壁下方通过内螺纹与原位微室腔上端外螺纹联接。原位微室盖是盘状结构，上侧面中部布置测量传感器，测量传感器的传感元件穿过原位微室盖及原位微室接头与原位微室腔内部空间接触；原位微室盖上侧面中部开有气相色谱取样孔；原位微室盖通过螺栓联接在所述原位微室接头上方。本产品可以镶嵌在土壤中与测量土样形成封闭腔，实现在野外原位状态下直接测量土壤释放气体组分、气压等；携带方便，安装操作快捷，易于野外使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量装置，特别是涉及一种测量土体排放气体参数的原位测量装置，属于试验用机械装置领域。
背景技术
陆地生态系统碳、氮循环密切相关，碳贮量和碳通量在很大程度上受氮循环的影响和限制。大气氮沉降借助其对土壤碳固定、植物氮素利用等的直接或间接作用，极大地干预了生态系统碳蓄积和氮素重新分配过程。作为陆地生态系统的基础组成，土壤通过碳循环和氮循环作用参与生物地化循环与陆地生态系统碳、氮循环。土壤碳循环主要通过土壤呼吸作用实现。土壤呼吸作用一般指土壤释放CO2或吸收O2的强度。土壤呼吸作用强度测量一直是衡量土壤微生物总活性或者评价土壤肥力的重要指标之一。土壤硝化与反硝化过程是氮素生物地化循环的关键节点，所排放的N2O是大气N2O的主要来源。土壤硝化与反硝化过程是通过土壤微生物的硝化作用与反硝化作用进行的。前者指微生物将铵态氮通过一系列的氧化作用转化为硝态氮的过程，后者指硝态氮在缺氧的状态下还原为分子态N2或者N2O的过程。两个过程都会释放N2O与NO。土壤硝化与反硝化过程监测与研究，对于全球变化生态学、氮素相关土壤生物与生物化学、土壤生态学、土壤与植物营养(氮肥高效利用、硝化与反硝化抑制剂制备以及效用检测等)都具有极重要的理论与现实意义。
土壤呼吸(SoilRespiration)是指土壤释放CO2的过程，严格意义上讲是指未扰动土壤中产生CO2的所有代谢作用，包括三个生物学过程(即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸)和一个非生物学过程，即含碳矿物质的化学氧化作用。土壤呼吸特征与陆地生态系统的碳、氮循环密切相关，并进而通过全球氮循环机制影响和限制全球生态系统的碳贮量、碳通量。
BaPS土壤碳氮循环监测系统是利用气压过程分离法(BarometricProcessSeparation，简称BaPS)测定原状土壤样品硝化速率、反硝化速率以及土壤呼吸速率的测量装置。BaPS测定系统的技术理论是建立在一个等温的密闭的土壤系统中，通气良好的土壤中的CO2与O2和总气体平衡、土壤呼吸系数为1的理论前提下。在这样的一个系统中，假定只有以下几个过程跟压力相关：硝化作用与净消耗O2的过程，使气压降低；反硝化作用，净CO2和净的NxOy(NO、N2O、N2)产生过程，使气压上升；土壤呼吸使气压不发生变化；CO2溶解于土壤水，使气压降低，根据气压的平衡反过来最终可以精确得到土壤样品的总硝化和反硝化速率。该测量系统主要的技术不足之处在于：一、测量过程在恒温环境下运行，平衡时间较长；二、尽管是对原状土柱进行测定，但是在采样后进行室内控制条件测定，因此难以对于野外原位进行测定，难以反应原位硝化反硝化过程，更不能实时测定不同环境条件下土壤的硝化反硝化过程、速率及通量；三、仪器容量有限，难以适于大样本测定。这些缺点制约了该仪器的大量应用。
实用新型内容
本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种土壤气体排放原位测量装置，该装置可以直接对野外非扰动土样的碳氮循环相关过程参数进行实时采集。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种土壤气体排放原位测量装置，包括原位微室盖、原位微室接头、原位微室腔，其特征在于：
所述原位微室腔是两端开口的筒状结构；
所述原位微室接头是环状结构，侧壁下方通过内螺纹与原位微室腔上端外螺纹联接；
所述原位微室盖是盘状结构，上侧面中部布置测量传感器，所述测量传感器的传感元件穿过原位微室盖及原位微室接头与原位微室腔内部空间接触；所述测量传感器通过与上位机通信联接；所述原位微室盖上侧面中部开有气相色谱取样孔；所述原位微室盖通过螺栓联接在所述原位微室接头上方；
所述原位微室盖、原位微室接头、原位微室腔间相互密闭连接。
上述土壤气体排放原位测量装置包括原位微室盖、原位微室接头、原位微室腔三部分组件，通过原位微室接头连接上部原位微室盖与下部原位微室腔。原位微室腔下端插入土壤后，利用原位微室盖、原位微室接头与原位微室腔间相互的密闭连接，形成一个封闭腔，土壤中释放的气体充盈在封闭腔内。测量传感器的传感元件与土壤释放气体充分接触，实现原位测量。
上述土壤气体排放原位测量装置，为方便原位微室腔安装在土体内，在优化设计下，原位微室腔下端是刀口状。进一步地，原位微室腔外壁中部有突台。安装时，通过敲击突台将原位微室腔敲入土体中。
上述土壤气体排放原位测量装置，其测量传感器包括土壤温度传感、氧气/二氧化碳传感器、压力传感器。气相色谱取样孔带有孔盖，依需要在取样时开启。
进一步地，原位微室盖中部开有传感器安装孔，测量传感器可拆卸地安装在传感器安装孔上；传感器安装孔带有可拆卸的孔盖。当测量完毕，可以将测量传感器拆卸，并安装孔盖。
进一步地，原位微室盖下底面与原位微室接头侧壁上端面有对应的凹槽，凹槽内镶嵌密封条。
上述土壤气体排放原位测量装置，原位微室接头是截面为L型的环状结构，L横臂前端面通过内螺纹与原位微室腔上端外螺纹联接。
进一步地，为方便安装操作，上述土壤气体排放原位测量装置还包括辅助安装件。辅助安装件包括保护罩，保护罩罩在土壤气体排放原位测量装置上部外侧，保护罩下缘与突台静联接。安装时，通过敲击保护罩顶部使突台间接受力，将原位微室腔敲入土体中。
进一步地，土壤气体排放原位测量装置的辅助安装件还包括安装基座。安装基座用于在安装过程中提供平衡支撑力，保证土壤气体排放原位测量装置以竖直状态安装在土体中。安装基座包括支撑座与二筒瓦件；支撑座中部是圆筒件，圆筒件外侧壁连接支撑脚，圆筒件内径大于原位微室腔外径；筒瓦件断面圆心夹角180°，合拢插在原位微室腔与圆筒件之间。支撑座通过支撑脚支撑整个安装基座。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)产品可以镶嵌在土壤中，并与测量土样形成封闭腔，实现在野外原位状态下直接测量土壤释放气体组分、气压等参数。(2)安装后的测量装置可以拆卸测量传感器、关闭气相色谱取样孔后长期保留在土壤中，方便长期多次测量操作。(3)通过选择不同传感器，可以测量不同土壤排放气体参数，产品扩展性好。(4)产品设计简洁、加工成本低，携带方便，安装操作快捷，易于野外使用。
附图说明
图1-1是土壤气体排放原位测量装置轴测图。
图1-2是土壤气体排放原位测量装置纵剖面结构示意图。
图1-3a、图1-3b、图1-3c分别是原位微室盖底面、剖面、顶面结构示意图。
图1-4a、图1-4b分别是原位微室接头顶面、剖面结构示意图。
图2-1是实施例二原位微室腔剖面结构示意图。
图2-2是实施例二土壤气体排放原位测量装置纵剖面结构示意图(带突台)
图2-3是保护罩结构示意图。
图2-4是安装基座纵剖面结构示意图。
图2-5是安装基座横剖面结构示意图。
附图中的数字标记分别是：
1原位微室盖11测量传感器12气相色谱取样孔13传感器安装孔14凹槽2原位微室接头21L横臂3原位微室腔31刀口状32突台41保护罩42基座421筒瓦件422支撑座4221圆筒件4222支撑脚
具体实施方式
下面结合附图与优选实施例，对本产品结构作进一步的描述。
实施例一
如图1-1～图1-4所示，加工一种土壤气体排放原位测量装置。
图1-1是土壤气体排放原位测量装置轴测图。图1-2是土壤气体排放原位测量装置纵剖面结构示意图。土壤气体排放原位测量装置包括原位微室盖(1)、原位微室接头(2)、原位微室腔(3)。原位微室腔(3)是两端开口的筒状结构。原位微室接头(2)是环状结构，侧壁下方通过内螺纹与原位微室腔(3)上端外螺纹联接。原位微室盖(1)是盘状结构，上侧面中部布置测量传感器(11)；测量传感器(11)的传感元件穿过原位微室盖(1)及原位微室接头(2)与原位微室腔(3)内部空间接触；测量传感器(11)与上位机通信联接；原位微室盖(1)上侧面中部开有气相色谱取样孔(12)；原位微室盖(1)通过螺栓联接在所述原位微室接头(2)上方。原位微室盖(1)、原位微室接头(2)、原位微室腔(3)间相互密闭连接。
测量传感器(11)包括土壤温度传感、氧气/二氧化碳传感器、压力传感器；气相色谱取样孔(12)带有孔盖。
图1-3a、图1-3b、图1-3c分别是原位微室盖底面、剖面、顶面结构示意图。原位微室盖(1)下底面与原位微室接头(2)侧壁上端面有对应的凹槽(14)，凹槽(14)内镶嵌密封条。原位微室盖(1)中部开有传感器安装孔(13)；测量传感器(11)可拆卸地安装在传感器安装孔(13)上；传感器安装孔(13)带有可拆卸的孔盖。
图1-4a、图1-4b分别是原位微室接头顶面、剖面结构示意图。原位微室接头(2)是截面为L型的环状结构。L横臂(21)前端面通过内螺纹与原位微室腔(3)上端外螺纹联接。
实施例二
如图2-1～图2-4所示，加工一种土壤气体排放原位测量装置，其与实施例一相同之处不再重复。
图2-1是原位微室腔剖面结构示意图。图2-2是土壤气体排放原位测量装置纵剖面结构示意图(带突台)。原位微室腔(3)下端是刀口状(31)，外壁中部有突台(32)。
图2-3是保护罩结构示意图。辅助安装件包括保护罩(41)。保护罩(41)罩在土壤气体排放原位测量装置上部外侧，保护罩(41)下缘与突台(32)静联接。
图2-4是安装基座纵剖面结构示意图。图2-5是安装基座横剖面结构示意图。辅助安装件还包括安装基座(42)。安装基座(42)包括支撑座(422)与二筒瓦件(421)；支撑座(422)中部是圆筒件(4221)，圆筒件(4221)外侧壁连接支撑脚(4222)，圆筒件(4221)内径大于原位微室腔(3)外径；筒瓦件(421)断面圆心夹角180°，合拢插在原位微室腔(3)与圆筒件(4221)之间。
Claims (9)
1.土壤气体排放原位测量装置，包括原位微室盖(1)、原位微室接头(2)、原位微室腔(3)，其特征在于：
所述原位微室腔(3)是两端开口的筒状结构；
所述原位微室接头(2)是环状结构，侧壁下方通过内螺纹与原位微室腔(3)上端外螺纹联接；
所述原位微室盖(1)是盘状结构，上侧面中部布置测量传感器(11)，所述测量传感器(11)的传感元件穿过原位微室盖(1)及原位微室接头(2)与原位微室腔(3)内部空间接触；所述测量传感器(11)通过与上位机通信联接；所述原位微室盖(1)上侧面中部开有气相色谱取样孔(12)；所述原位微室盖(1)通过螺栓联接在所述原位微室接头(2)上方；
所述原位微室盖(1)、原位微室接头(2)、原位微室腔(3)间相互密闭连接。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测量传感器(11)包括土壤温度传感、氧气/二氧化碳传感器、压力传感器；所述气相色谱取样孔(12)带有孔盖。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述原位微室盖(1)中部开有传感器安装孔(13)，所述测量传感器(11)可拆卸地安装在传感器安装孔(13)上；所述传感器安装孔(13)带有可拆卸的孔盖。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述原位微室盖(1)下底面与原位微室接头(2)侧壁上端面有对应的凹槽(13)，凹槽(13)内镶嵌密封条。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述原位微室接头(2)是截面为L型的环状结构，L横臂(21)前端面通过内螺纹与原位微室腔(3)上端外螺纹联接。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述原位微室腔(3)下端是刀口状(31)。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述原位微室腔(3)外壁中部有突台(32)。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于：还包括辅助安装件；所述辅助安装件包括保护罩(41)；所述保护罩(41)罩在土壤气体排放原位测量装置上部外侧，保护罩(41)下缘与突台(32)静联接。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于：所述辅助安装件还包括安装基座(42)，所述安装基座(42)包括支撑座(422)与二筒瓦件(421)；所述支撑座(422)中部是圆筒件(4221)，圆筒件(4221)外侧壁连接支撑脚(4222)，圆筒件(4221)内径大于原位微室腔(3)外径；所述筒瓦件(421)断面圆心夹角180°，合拢插在原位微室腔(3)与圆筒件(4221)之间。
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