CN210604630U - 模拟湿地生态系统用装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种模拟湿地生态系统用装置，所述装置包括一圆形平底杯，所述圆形平底杯内放置受试物料，所述圆形平底杯的顶部设置有一密封盖，所述圆形平底杯底部设置有搅拌叶，所述圆形平底杯的密封盖开设有取样口及检测及调控治具用开口，所述检测治具通过所述开口穿设于所述圆形平底杯内，所述圆形平底杯侧壁开设有一压力平衡排气口。本实用新型的有益效果体现在：通过模拟生态系统，可以更好的研究通过人为调节Eh、pH等因素，进而控制还原性气体如甲烷的生成数量，为研究温室气体如甲烷等的排放提供了简易且有效的低成本装置。
Description
技术领域
本实用新型属于模拟生态技术领域，尤其涉及模拟湿地生态系统用装置。
背景技术
地球在吸收太阳辐射的同时，本身也向外层空间辐射热量，其热辐射以3～30μm的长波红外线为主。当这样的长波辐射进入大气层时，易被某些分子量较大、极性较强的气体分子所吸收。由于红外线的能量较低，不足以导致分子键能的断裂，因此气体分子吸收红外线辐射后没有化学反应发生，而只是阻挡热量自地球向外逃逸，相当于形成了地球和外层空间的一个绝热层。大气中某些微量气体组分对地球长波辐射的吸收作用使近地面的热量不能得到扩散，从而导致全球气温升高的现象被称“温室效应”。自然界中水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）、甲烷（CH4）等是地球大气生态体系中主要的温室气体，这些温室气体的排放数量很多受人为因素的影响。如上述气体中的甲烷，需要在严格的厌氧条件下才能够产生。自然湿地、水田等生态系统是甲烷气体生成的主要来源，现有技术中很难对自然环境下湿地系统甲烷的产生量进行直接的监测，如何有效控制和调节甲烷的排放量成为了改善温室效应的一大难题。
实用新型内容
为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种模拟湿地生态系统用装置及其模拟调控方法。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
模拟湿地生态系统用装置，包括一圆形平底杯，所述圆形平底杯内放置受试物料，所述圆形平底杯的顶部设置有一密封盖，所述圆形平底杯底部设置有搅拌叶，所述圆形平底杯的密封盖开设有取样口及检测治具用开口，所述检测治具通过所述开口穿设于所述圆形平底杯内，所述圆形平底杯侧壁开设有一压力平衡排气口。
优选地，所述治具包括酸碱调节漏斗、pH探针、惰性气体联通管、与设置于所述圆形平底杯外的氧化还原电位测定仪连接的电极。
优选地，所述电极包括银-氧化银电极棒、铂金电极棒，所述铂金电极棒的底部设置有铂丝。
优选地，所述密封盖的厚度为2.5-3cm，所述密封盖为橡胶式密封盖。
优选地，所述取样口上设置有封堵件。
优选地，所述搅拌叶与设置在圆形平底杯外的变速电机连接，所述圆形平底杯的底部周圈还设置有用于密封的螺扣和橡胶气垫。
优选地，所述圆形平底杯的外部选择性的包覆有避光套。
优选地，所述压力平衡排气口与水柱检测组件连接。
优选地，所述pH探针与设置于所述圆形平底杯外的酸碱度测定仪连接。
优选地，所述的模拟湿地生态系统用装置的模拟调控方法，包括如下步骤：
S1、称量受试土壤以及按试验处理设计的受试肥料、秸秆及农肥、化肥置于圆形平底杯中；
S2、在圆形平底杯中注入去离子水形成模拟的水田状态，扣紧密封盖， 保持密封状态；通过避光罩进行夜间状态的模拟；
S3、通过搅拌叶，在室温或特定温控条件下使模拟系统内的物料发生反应；
S4、通过检测治具在线监测或调节土壤系统的氧化还原电位Eh、pH值等；
S5、当达到所需的氧化还原电位Eh、pH值时，通过采样口采集圆形平底杯上部空间的气体样品和圆形平底杯下部的泥浆样品， 装入体积适当的真空管，并确保真空管上部留有1/3的空间；
S6、对采集的气体样品直接在气相色谱上进行检测，泥浆样品中有大量的甲烷气体吸附，需要通过摇床进行30-60分钟的保温震荡，使气体解附，再对真空管上部的气体进行监测，从而得出在特定条件下土壤对所产生甲烷的吸附量。
本实用新型的有益效果体现在：通过模拟生态系统，可以更好的研究通过人为调节Eh、pH等因素（如灌溉、晒田等），进而控制甲烷生成的数量，为研究温室气体甲烷等气体的排放提供了简易且有效的低成本装置。
附图说明
图1：本实用新型的装置结构示意图。
图2：本实用新型实施例中水田氧化还原电位与甲烷产生的关系示意图。
图3：本实用新型的甲烷产生与酸碱度之间的关系示意图。
图4：本实用新型的甲烷气体产生时所需要的培养时间关系示意图。
具体实施方式
本实用新型的湿地生态系统的原理基于土壤中的有机物质一般由3种不同的菌群通过以下步骤进行分解而产生甲烷：(1)水解作用：复杂的有机物质在水解发酵菌合成的水解酶作用下，可转变成单糖类物质，并进一步反应形成脂肪酸等物质；(2)在产氢产乙酸菌作用下，脂肪酸氧化生成乙酸、CO2和H2；(3)乙酸、H2和CO2可分别被乙酸型和氢型产甲烷古菌利用进一步产生甲烷。在淹水条件下，土壤的氧化还原电位和酸碱度的变化对产甲烷菌的活动有着非常关键的影响。通常甲烷的产生发生在土壤氧化还原电位为低于-160mV、pH为中性的条件下。在田间耕作实践中，可以通过调节种植品种、施肥种类、改变灌水、排水方式和频度等方法来改变土壤的氧化还原电位，达到调节水稻田中甲烷排放的目的。
本实用新型所述模拟湿地生态系统用装置，结合图1所示，包括一圆形平底杯1，所述圆形平底杯1内放置受试物料，所述圆形平底杯1的顶部设置有一厚度为2.5-3cm的橡胶式密封盖11，所述圆形平底杯1底部设置有搅拌叶51，所述搅拌叶51与设置在圆形平底杯1外的变速电机5连接，所述圆形平底杯1的底部周圈还设置有用于密封的螺扣和橡胶气垫。
所述圆形平底杯1的密封盖11开设有取样口2及检测治具用开口，所述检测治具通过所述开口穿设于所述圆形平底杯内。所述取样口2上设置有封堵件。当需要取样时，通过取样口进行取样，当不需要取样时，通过封堵件进行密封。
所述治具包括：酸碱调节漏斗3，所述酸碱调节漏斗3上设置有阀门31，所述酸碱调节漏斗3内装设有酸、碱溶液，通过启闭阀门31进行酸、碱溶液滴加，进行模拟系统内的酸碱调节。
pH探针41，所述pH探针41与设置于所述圆形平底杯1外的酸碱度测定仪4连接。通过酸碱度测定仪4进行酸碱度的测试，配合酸碱调节漏斗3的酸碱调节。
惰性气体联通管10，所述惰性气体联通管10的一端设置有调节阀11，惰性气体通过调节阀11经过惰性气体联通管10进入到模拟系统内。
所述圆形平底杯外还设置有氧化还原电位测定仪，所述氧化还原电位测定仪与穿设于圆形平底杯1内的电极连接。所述电极包括银-氧化银电极棒9、铂金电极棒8，所述铂金电极棒8的底部设置有铂丝。
所述圆形平底杯1侧壁开设有一压力平衡排气口，所述压力平衡排气口与水柱检测组件6连接。所述圆形平底杯1的外部选择性的包覆有避光套。当需要模拟夜晚状态时，通过避光套将圆形平底杯1罩住即可。
本实用新型还揭示了以上所述模拟湿地生态系统用装置的模拟调控方法，包括如下步骤：
S1、称量受试土壤以及按试验处理设计的受试肥料、秸秆及农肥、化肥置于圆形平底杯中；
S2、在圆形平底杯中注入去离子水形成模拟的水田状态，扣紧密封盖， 保持密封状态；通过避光罩进行夜间状态的模拟；
S3、通过搅拌叶，在室温或特定温控条件下使模拟系统内的物料发生反应；
S4、通过检测治具在线监测或调节土壤系统的氧化还原电位Eh、pH值等；
S5、当达到所需的氧化还原电位Eh、pH值时，通过采样口采集圆形平底杯上部空间的气体样品和圆形平底杯下部的泥浆样品， 装入体积适当的真空管，并确保真空管上部留有1/3的空间；
S6、对采集的气体样品直接在气相色谱上进行检测，泥浆样品中有大量的甲烷气体吸附，需要通过摇床进行30-60分钟的保温震荡，使气体解附，再对真空管上部的气体进行监测，从而得出在特定条件下土壤对所产生甲烷的吸附量。
经过检测，本实用新型实施例中水田氧化还原电位与甲烷产生的关系如图2所示。从图2可以看出，当系统中的氧化还原电位高于-160毫伏时，土壤悬液中没有甲烷气体的产生。当土壤悬液的氧化还原电位低于-160毫伏时，甲烷气体开始逐渐生成，至-220毫伏时，甲烷的生成数量达到顶峰；本实用新型的甲烷产生与酸碱度之间的关系如图3所示。结合图3-图4表明，甲烷在中性条件下（pH接近7时）大量产生，pH低于5.8或pH高于8.5时, 几乎没有甲烷产生；本实用新型的甲烷气体产生时所需要的培养时间大约为2周左右，届时，土壤悬浮液中的氧化还原电位在-160毫伏左右。
本实用新型通过向系统中输入惰性气体如N2、Ar或O2，可以调控系统的Eh，模拟耕种实践中排水和晒田对甲烷释放的影响；通过向系统中滴入酸碱，可以调控系统的pH，模拟耕种实践中由于有机质发酵过程中导致酸碱度的变化可能对甲烷产生和排放的影响。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：包括一圆形平底杯，所述圆形平底杯内放置受试物料，所述圆形平底杯的顶部设置有一密封盖，所述圆形平底杯底部设置有搅拌叶，所述圆形平底杯的密封盖开设有取样口及检测治具用开口，所述检测治具通过所述开口穿设于所述圆形平底杯内，所述圆形平底杯侧壁开设有一压力平衡排气口。
2.如权利要求1所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述治具包括酸碱调节漏斗、pH探针、惰性气体联通管、与设置于所述圆形平底杯外的氧化还原电位测定仪连接的电极。
3.如权利要求2所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述电极包括银-氧化银电极棒、铂金电极棒，所述铂金电极棒的底部设置有铂丝。
4.如权利要求1所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述密封盖的厚度为2.5-3cm，所述密封盖为橡胶式密封盖。
5.如权利要求1所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述取样口上设置有封堵件。
6.如权利要求1所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述搅拌叶与设置在圆形平底杯外的变速电机连接，所述圆形平底杯的底部周圈还设置有用于密封的螺扣和橡胶气垫。
7.如权利要求1所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述圆形平底杯的外部选择性的包覆有避光套。
8.如权利要求1所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述压力平衡排气口与水柱检测组件连接。
9.如权利要求2所述的模拟湿地生态系统用装置，其特征在于：所述pH探针与设置于所述圆形平底杯外的酸碱度测定仪连接。
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2019
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