CN208125725U - 一种土壤呼吸速率测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种土壤呼吸速率测定装置，涉及碳循环监测领域；用于获取土壤呼吸数据，且体重小，携带方便。该装置包括：气室，其为一端开口的半封闭结构，扣在所述土壤环上，用于与所述土壤环形成累积二氧化碳的密闭空间；二氧化碳分析仪，与所述气室连接，用于获取所述密闭空间内的二氧化碳浓度数据；控制终端，通过无线通信方式与所述二氧化碳分析仪连接，用于实现对所述二氧化碳分析仪的控制，以及收集所述二氧化碳浓度数据，并根据所述氧化碳浓度数据确定土壤呼吸速率。

Description

一种土壤呼吸速率测定装置

技术领域

本实用新型涉及碳循环监测领域，具体涉及一种土壤呼吸速率测定装置。

背景技术

土壤呼吸是陆地和大气间仅次于植物光合作用的第二大碳通量，在全球碳循环过程中具有非常重要的地位。此外，土壤中储存的碳远远高于大气中的碳存量，这样，土壤呼吸的微弱变化会对大气二氧化碳CO₂浓度产生很大的影响，进而影响到全球气候的变化。因此，测定土壤的呼吸速率对于评估全球碳循环及预测未来气候变化具有非常重要的意义。目前对土壤呼吸的原位测定方法主要有：碱液吸收法，静态箱-气相色谱法，动态箱-红外分析仪法。碱液吸收法测定精度低且耗时长，不利于大量取样点的测定。静态箱-气相色谱法虽然精度较高，但是测定时间较长且过程复杂。基于动态箱-红外分析仪法的便携式设备能够快速精准地测定土壤呼吸，是当前比较流行的原位土壤呼吸测定装置。但即便是这些便携的设备也十分笨重，通常重达10公斤以上，严重限制了其在复杂地形下如山地森林中的应用，且这些装置基本都是国外进口产品，非常昂贵，进一步限制了其广泛应用。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种土壤呼吸速率测定装置，用于获取土壤呼吸数据，且体重小，携带方便。

本实用新型实施例提供一种土壤呼吸速率测定装置，应用在预设有土壤环的土壤环境中，包括：

气室，其为一端开口的半封闭结构，扣在所述土壤环上，用于与所述土壤环形成累积二氧化碳的密闭空间；

二氧化碳分析仪，与所述气室连接，用于获取所述密闭空间内的二氧化碳浓度数据；

控制终端，通过无线通信方式与所述二氧化碳分析仪连接，用于实现对所述二氧化碳分析仪的控制，以及收集所述二氧化碳浓度数据，并根据所述二氧化碳浓度数据确定土壤呼吸速率。

优选地，所述气室顶部设置有气压平衡管，所述气压平衡管的一端设置在所述气室内部，另一端设置在所述气室外部。

优选地，所述气室上方还通过支架设置有平板，所述平板下方设置有钢管，其中所述气压平衡管的另一端伸入所述钢管内；所述钢管的下方与所述气室的顶部存在间隙。

优选地，所述气室的开口端处设置有第一密封圈和第二密封圈，其中所述第二密封圈位于所述第一密封圈外侧。

优选地，所述第一密封圈采用特软泡棉材料制成，所述第二密封圈采用特软硅胶材料制成。

优选地，所述气室内部还设置有风扇和气温探头，其中所述气温探头还连接有显示器，所述显示器位于所述气室外部。

优选地，所述气室顶部还设置有进气管和回气管，所述进气管和所述回气管的一端设置在所述气室内部，另一端分别与所述二氧化碳分析仪连接。

优选地，所述进气管上设置有气泵。

优选地，所述进气管上还设置有过滤器，所述过滤器设置在所述气泵和所述二氧化碳分析仪之间。

优选地，所述二氧化碳分析仪由供电模块供电，所述供电模块为锂电池。

本实用新型实施例提供的土壤呼吸速率测定装置包括：气室，其为一端开口的半封闭结构，扣在土壤环上，用于与土壤环形成累积二氧化碳的密闭空间；二氧化碳分析仪，与气室连接，用于获取密闭空间内的二氧化碳浓度数据；控制终端，通过无线通信方式与二氧化碳分析仪连接，用于实现对二氧化碳分析仪的控制，以及收集二氧化碳浓度数据，并根据二氧化碳浓度数据确定土壤呼吸速率。本实用新型实施例通过将气室扣到土壤环上，形成密闭空间，然后将密闭空间内的气体抽到二氧化碳分析仪中，在一个测定周期内，二氧化碳分析仪通过获取密闭空间内不同时刻的二氧化碳浓度数据；最后通过无线通信方式将二氧化碳浓度数据发送至控制终端，实现对二氧化碳分析仪的控制和数据收集，并根据二氧化碳浓度的变化计算土壤呼吸速率。本实用新型实施例提供的土壤呼吸速率测定装置结构简单，成本低廉，携带方便，可以非常轻便地在各种地形环境下就地对土壤的呼吸速率进行测定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种土壤呼吸速率测定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种土壤呼吸速率测定装置的结构示意图，应用于具有土壤环的环境中，该装置包括：

气室1，其为一端开口的半封闭结构，扣在土壤环上，用于与土壤环形成累积二氧化碳的密闭空间；

二氧化碳分析仪2，与气室1连接，用于获取密闭空间内的二氧化碳浓度数据；

控制终端3，通过无线通信方式与二氧化碳分析仪2连接，用于实现对二氧化碳分析仪2的控制，以及收集二氧化碳浓度数据，并根据二氧化碳浓度数据确定土壤呼吸速率。

其中，控制终端3可以是平板电脑。二氧化碳分析仪2与无线通信模块4 连接，用于与控制终端3进行通信。其中，无线通信模块4可以是串口转WiFi 部件。这样，二氧化碳分析仪2可以通过无线通信模块4将二氧化碳浓度数据发送至控制终端3，便于控制终端3根据二氧化碳浓度数据确定土壤呼吸速率。

为了便于获取二氧化碳浓度数据，优选地，气室顶部还设置有进气管和回气管，进气管和回气管的一端设置在气室内部，另一端分别与二氧化碳分析仪连接。优选地，进气管上设置有气泵5。

本实用新型实施例提供的土壤呼吸速率测定装置通过获取土壤环内固定面积的土壤释放的二氧化碳的浓度变化，来进行土壤呼吸速率测定。其中，土壤环为永久固定在土壤中的管状结构；土壤环的顶端直通大气，另一端插入土壤。需要说明的是，本实用新型实施例中所述的土壤环是指永久固定在土壤中的聚氯乙烯(英文：Polyvinyl chloride，缩写：PVC)管。通常情况下，土壤环的尺寸可以是内径20cm、内径16cm和内径11cm。基于此，本实用新型实施例根据土壤环的尺寸选择与土壤环尺寸相同的气室1。

在实际应用中，本实用新型通过将气室1的开口扣在土壤环的顶端，使得气室1固定在土壤环上形成密闭空间，然后通过气泵5将密闭空间中的气体经进气管送入二氧化碳分析仪2中，在一个测定周期内，二氧化碳分析仪2获取不同时刻的二氧化碳浓度数据，同时，将气体经回气管送回密闭空间；最后二氧化碳分析仪2将不同时刻的二氧化碳浓度数据通过无线传输模块发送至控制终端3，由控制终端3记录并根据不同时刻的二氧化碳浓度数据的变化来确定土壤的呼吸速率。需要说明的是，本实用新型实施例对于测定周期的时长不进行限定，示例的，测定周期可以是2分钟。本实用新型实施例对于气室1和二氧化碳分析仪2连接的导气管长度不进行限定；示例的，气室1和二氧化碳分析仪2连接的导气管长度为1.5米。

在将气室1的开口扣在土壤环的顶端后，为了便于将气室1从土壤环上中提起，保证气室1内的气压和外界气压保持平衡，便于使用，优选地，气室1 顶部设置有气压平衡管6，气压平衡管6的一端设置在气室1内部，另一端设置在气室1外部，与外界大气连通。

然而，由于大气流动，使得大气通过气压平衡管6进入气室1内部，会影响密闭空间内的二氧化碳的浓度，优选地，气室1上方还通过支架7设置有平板8，平板8下方设置有钢管9，其中气压平衡管6的另一端伸入钢管9内；钢管9的下方与气室1的顶部存在间隙。

其中，钢管9为半封闭结构，且相对气室1，固定在平板8上。支架7为螺丝支架。其中，本实用新型实施例对于钢管9固定在连接平板8上的具体实施方式不进行限定，示例的，钢管9焊接在平板8上。

在实际应用中，气压平衡管6的出气口位于钢管9内，且不与钢管9的底部接触。这样，可以在保证气室1内部气压和外界气压一致的情况下，气室1 内部气压免受大气流动的扰动。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的钢管9的直径大于气压平衡管6。示例的，钢管9的直径为2cm，长度为1.5cm。

进一步的，平板8上方包括至少两个拉持部，便于携带。再进一步的，平板8包括至少二个固定口，用于固定气室1的进气管和出气管。

在将气室1的开口扣在土壤环的顶端形成密闭空间的过程中，为了提高密闭空间的密闭性，优选地，气室1的开口端处设置有第一密封圈10和第二密封圈11，其中第二密封圈11位于第一密封圈10外侧。其中，第一密封圈10 和第二密封圈11分别为软质且高弹性材料，第二密封圈11的内径大于或等于第一密封圈10的内径。这样，在气室1的开口扣在土壤环上的同时，土壤环顶端与第一密封圈紧密接触，可以提高密闭空间的密闭性。此外，在土壤环顶端与第一密封圈紧密接触的同时，第二密封圈11与土壤环的外壁紧密接触，最大程度上提高了密闭空间的密闭性。

优选地，第一密封圈采用特软泡棉材料制成，第二密封圈采用特软硅胶材料制成。

此外，由于土壤呼吸会产生大量的二氧化碳会堆积在密闭空间接近土壤的一侧，使得密闭空间的二氧化碳的浓度分布不均匀，且二氧化碳的浓度受气温影响，因此，优选地，气室1内部还设置有风扇12和气温探头13，其中气温探头13还连接有显示器，显示器位于气室外部。

其中，显示器可以设置在平板8上。

在实际应用中，风扇12位于气室1内的任一面，用于将二氧化碳混合均匀。这样，可以使得密闭空间内的二氧化碳浓度分布均匀，从而二氧化碳分析仪2可以准确获取二氧化碳浓度数据。

气温探头13固定在气室1内的任一面。用于探测气室1的温度。这样，可以在测定土壤的呼吸速率的同时，结合此时气室1的温度，用来参与土壤的呼吸速率的计算，提高获取土壤呼吸速率的准确性。

需要说明的是，本实用新型实施例对于风扇12和气温探头13的固定方式不进行限定。示例的，风扇12和气温探头13分别通过螺钉固定在叶室1内壁上。

为了进一步提高响二氧化碳分析仪2测定的准确性，优选地，进气管上还设置有过滤器14，过滤器14设置在气泵5和二氧化碳分析仪2之间。这样，可以防止土壤中的颗粒物进入二氧化碳分析仪2中，提高响二氧化碳分析仪2 的测定结果的准确性，此外，还可以减少土壤中的颗粒物二氧化碳分析仪2的损伤。

优选地，二氧化碳分析仪由供电模块15供电，供电模块15为锂电池。

其中，锂电池的工作电压可以是12V。供电模块15还分别与无线模块4、气泵5、风扇12和气温探头13电联接。这样，供电模块15采用锂电池可以在减少系统重量的同时延长系统工作时间。示例的，一块18Ah的锂电池的重量仅为600g，可以给系统稳定供电8-10个小时，而相同容量的铅酸电池或镍铬电池重量可达5kg以上。

本实用新型实施例通过将气室1扣到土壤环上，形成密闭空间，然后将密闭空间内的气体抽到二氧化碳分析仪2中，在一个测定周期内，二氧化碳分析仪2通过获取密闭空间内不同时刻的二氧化碳浓度数据；最后通过无线通信方式将二氧化碳浓度数据发送至控制终端3，实现对二氧化碳分析仪2的控制和数据收集，并根据二氧化碳浓度的变化计算土壤呼吸速率。本实用新型实施例提供的土壤呼吸速率测定装置结构简单，成本低廉，携带方便，可以非常轻便地在各种地形环境下就地对土壤的呼吸速率进行测定。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种土壤呼吸速率测定装置，应用在预设有土壤环的土壤环境中，其特征在于，包括：

气室，其为一端开口的半封闭结构，扣在所述土壤环上，用于与所述土壤环形成累积二氧化碳的密闭空间；

二氧化碳分析仪，与所述气室连接，用于获取所述密闭空间内的二氧化碳浓度数据；

控制终端，通过无线通信方式与所述二氧化碳分析仪连接，用于实现对所述二氧化碳分析仪的控制，以及收集所述二氧化碳浓度数据，并根据所述二氧化碳浓度数据确定土壤呼吸速率。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室顶部设置有气压平衡管，所述气压平衡管的一端设置在所述气室内部，另一端设置在所述气室外部。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述气室上方还通过支架设置有平板，所述平板下方设置有钢管，其中所述气压平衡管的另一端伸入所述钢管内；所述钢管的下方与所述气室的顶部存在间隙。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室的开口端处设置有第一密封圈和第二密封圈，其中所述第二密封圈位于所述第一密封圈外侧。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一密封圈采用特软泡棉材料制成，所述第二密封圈采用特软硅胶材料制成。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室内部还设置有风扇和气温探头，其中所述气温探头还连接有显示器，所述显示器位于所述气室外部。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气室顶部还设置有进气管和回气管，所述进气管和所述回气管的一端设置在所述气室内部，另一端分别与所述二氧化碳分析仪连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述进气管上设置有气泵。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述进气管上还设置有过滤器，所述过滤器设置在所述气泵和所述二氧化碳分析仪之间。

10.根据权利要求1～9任一项所述的装置，其特征在于，所述二氧化碳分析仪由供电模块供电，所述供电模块为锂电池。