CN210774900U - 一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，包括培养腔体和盖体，所述培养腔体为上端开口、下端密封结构，培养腔体的下部设有第一气管，培养腔体的上部设有第二气管，第一气管与第二气管均与培养腔体连通，所述盖体用于实现培养腔体的打开与密闭；还包括隔板、温湿度传感器、雾化器以及微控制器，所述隔板水平设置于培养腔体内，隔板上设有若干通气孔，所述温湿度传感器设置在培养腔体内且位于隔板上方，所述雾化器设置于培养腔体外，雾化器的喷头伸入到培养腔体内，还包括三通阀和鼓风机。本实用新型采用上述结构，能够对土壤实现温湿度控制，使测量结果更准确，同时使收集的温室气体更接近于真实值。

Description

一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置

技术领域

本实用新型属于土壤培养、温室气体采集领域，具体是一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置。

背景技术

土壤是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体产生的重要源，土壤温室气体主要来自于微生物呼吸、植物根呼吸和土壤动物呼吸。土壤温室气体排放机制及其影响因素是研究全球碳氮循环的重要组成部分。已有研究表明，土壤微生物作用过程受土壤质地、温度、水分等多种因素的调控，从而影响温室气体排放。明确阐述土壤温室气体的排放规律及其影响因素是科学认识气候变化对陆地生态系统温室气体源/汇功能影响的关键，精确刻画土壤温室气体的产生过程和贡献对于土地的合理利用和生物多样性的保护具有重要的意义。因此，国内外学者、研究机构等利用土壤培养技术对不同生态系统土壤的温室气体排放过程进行研究，探讨土壤温室气体排放的时空变化规律，估算其排放量。

现有的土壤培养技术一般是在采用密闭培养，将土壤样品置于培养腔内，然后进行换气培养，在培养期内经过4个小时左右的密闭时间后进行气体采集，通常抽取十到几十毫升的气体，通过测量密闭前后的温室气体浓度变化，来测算出全天24小时的温室气体排放量。这样的土壤培养及采气方式，存在两方面的问题：一方面，现有的土壤培养装置由于是密闭状态，土壤培养过程中的温度、湿度并未实时监测和控制，由于水热条件的变化，导致微生物作用过程受到影响，此时测得的温室气体浓度有可能并非是自然条件下土壤所释放的温室气体所达到的浓度，从而可能导致测量的结果不准确；另一方面，由于土壤本身的层叠，导致土壤通气性差，底层土壤微生物生长环境不佳，释放的温室气体无法穿过上层土壤而进入到上方的采样区域，通过抽气装置收集到的气体并因此测出的温室气体浓度，并非是土壤真实释放的温室气体浓度，同时，单一侧的气体采集使得最终采集到的温室气体并不均匀，同样可能导致测量结果不准确。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，解决现有土壤培养中缺少对土壤温湿度的控制，导致测量结果不准确的问题，另外还解决土壤通气性差的问题。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，包括培养腔体和盖体，所述培养腔体为上端开口、下端密封结构，培养腔体的下部设有第一气管，培养腔体的上部设有第二气管，第一气管与第二气管均与培养腔体连通，所述盖体用于实现培养腔体的打开与密闭；

还包括隔板、温湿度传感器、雾化器以及微控制器，所述隔板水平设置于培养腔体内，第一气管与第二气管分别位于隔板的下方、上方，隔板上设有若干通气孔，所述温湿度传感器设置在培养腔体内且位于隔板上方，所述雾化器设置于培养腔体外，雾化器的喷头伸入到培养腔体内，所述微控制器的信号输入端与温湿度传感器的信号输出端连接，微控制器的控制信号输出端与雾化器的开关控制端连接；

还包括三通阀和鼓风机，所述三通阀包括A口、B口以及C口，A口与第一气管连通，B口与鼓风机的出风口连通，C口与抽气设备连通，所述鼓风机的开关控制端与微控制器的控制信号输出端连接。

进一步地，作为优选技术方案，所述培养腔体的上沿处设置有承接圆环，承接圆环上开设有环形槽，所述环形槽内填充有与环形槽的形状及大小相匹配的弹性密封圈。

进一步地，作为优选技术方案，所述弹性密封圈为硅橡胶密封圈。

进一步地，作为优选技术方案，所述盖体上设有多个上层通孔，承接圆环上设有与上层通孔对应的下层通孔，所述上层通孔为正多边形阶梯孔，下层通孔为圆形孔；

还包括若干相匹配的螺栓和螺母，所述螺栓的头部形状与上层通孔的形状及大小相匹配。

进一步地，作为优选技术方案，所述盖体上设有便于取放的盖把。

进一步地，作为优选技术方案，所述抽气设备为注射器或者抽气泵。

本实用新型相比于现有技术，具有以下有益效果是：

(1)本实用新型通过设计微控制器、温湿度传感器、雾化器、鼓风机作为温湿度控制结构，实现了对土壤的温湿度的自动调节控制，使培养腔体的培养环境更接近于土壤的真实环境，从而测得的温室气体量更趋于土壤真实释放的温室气体量，并可根据微控制器、温湿度传感器的控制，获得不同环境下的土壤培养，比如高山草地、农田等，从而获得较为准确的试验结果。

(2)本实用新型通过创新性地引入带有通气孔的隔板，并将其设置在培养腔体内，土壤放置在隔板上进行培养，从而使最下层土壤产生的温室气体能够从通气孔释放到培养腔体的下部，保持了土壤的通气性良好，然后通过同时抽取培养腔体上部、下部的气体，确保了采集到的土壤释放的气体尽可能地均匀，从而使测得的温室气体排放通量更接近于土壤真实生境下释放的温室气体通量，测得的温室气体浓度更接近于土壤释放的真实温室气体浓度，使测量结果更真实、准确。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图(未画出盖体)；

图2为本实用新型的主视图；

图3为鼓风机、雾化器的控制关系示意图；

图4为弹性密封圈的结构示意图；

图5为盖体、弹性密封圈与承接圆环的位置关系结构示意图；

图6为螺栓、螺母的结构示意图。

图中标记对应的名称为：1、培养腔体，2、第一气管，3、第二气管，4、承接圆环，5、盖体，6、弹性密封圈，7、隔板，8、温湿度传感器，9、雾化器， 10、盖把，11、三通阀，12、环形槽，13、通气孔，14、上层通孔，15、下层通孔，16、螺栓，17、螺母。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1、图2所示，本实用新型较佳实施例所示的一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，包括培养腔体1和盖体5，培养腔体1为上端开口、下端密封结构，更具体的，培养腔体1可以是一个透明的杯体结构，该杯体结构为土壤提供一个培养环境，培养腔体1的下部设有第一气管2，培养腔体1的上部设有第二气管3，第一气管2与第二气管3均与培养腔体1连通，第一气管2 与第二气管3实现向培养腔体1进气或者出气，盖体5用于实现培养腔体1的打开与密闭，盖体5与培养腔体1之间可以采用铰接方式连接，盖体5可以打开和闭合，当盖体5将培养腔体1闭合后，可通过在盖体5上放置重物的方式来实现盖体5与培养腔体1之间的压紧密封；盖体5与培养腔体1之间也可以采用螺纹式连接，类似于瓶盖；另外，盖体5与培养腔体1之间也可以不用连接，要将培养腔体1密闭时，直接将盖体5遮挡放置在培养腔体1的开口上，将开口完全遮挡住即可，然后在盖体5上放置重物，以使盖体5与培养腔体1之间实现密封，。另外，为了方便取拿盖体5，可在盖体5上设置盖把10，盖把10可以是一个球状结构，球状结构与盖体5的中心位置固定连接，盖把10也可以是圆柱状结构，圆柱状结构呈横放状态固定在盖体5上，只需要手指捏住盖把10即可实现盖体 5的取拿。

本实施例中，从加工及使用的方便性来说，培养腔体1优选设计为长筒形，盖体5为与长筒形培养腔体1匹配的圆形盖，盖体5的尺寸大于培养腔体1的开口尺寸，培养腔体1与盖体5可采用有机玻璃制成。

本实施例还包括隔板7、温湿度传感器8、雾化器9以及微控制器(图1、图2中未画出)，隔板7水平设置于培养腔体1内，隔板7上用于放置待培养的土壤，第一气管2与第二气管3分别位于隔板7的下方、上方，隔板7上设有若干通气孔13，通气孔13的大小以土壤不会发生向下泄漏为准，通常来说，培养的土壤带有一定的湿润度，不会像干沙那样细，因此，只要通气孔13的孔径不是太大，一般不会发生向下泄漏，这对本领域技术人员来说是很容易实现的；温湿度传感器8设置在培养腔体1内且位于隔板7上方，试验时，待培养的土壤放置在隔板7上，温湿度传感器8的探针完全浸没在土壤中，温湿度传感器8伸出培养腔体1的信号连接线与培养腔体1的接触部分实现密封处理；雾化器9设置于培养腔体1外，雾化器9的喷头伸入到培养腔体1内，喷头与培养腔体1之间的接触部分实现密封处理，微控制器的信号输入端与温湿度传感器8的信号输出端连接，微控制器的控制信号输出端与雾化器9的开关控制端连接，从而通过微控制器控制雾化器9的自动启停，实现土壤湿度的自动调节。

本实施例还包括三通阀11和鼓风机(图1、图2中未画出)，三通阀11包括A口、B口以及C口，A口与第一气管2连通，B口与鼓风机的出风口连通，通过B口，鼓风机向培养腔体1进气；C口与抽气设备连通，通过C口，从培养腔体1向外抽气；鼓风机的开关控制端与微控制器的控制信号输出端连接，通过微控制器实现鼓风机的自动启停，从而实现土壤的温度调节。

如图3所示，本实施例实现温湿度控制的原理为：温湿度传感器8实时采集土壤的温度以及湿度，并将采集到的信号发送给微控制器，微控制器根据接收的信号，分别对鼓风机、雾化器9发出控制信号，控制切换鼓风机、雾化器9的启动和关闭状态。需要说明的是，本实施例中的温湿度传感器、微控制器、雾化器、鼓风机均是很成熟的现有结构，因此，本实施例的上述结构均采用现有结构来实现，其控制过程对本领域技术人员来说是容易理解和实现的，因此，上述温湿度传感器、微控制器、雾化器、鼓风机的具体型号、工作原理在此就不做过多的赘述，本领域技术人员在知晓本实施例给出的结构以及连接关系的基础上，结合本领域的公知常识，是可以实现本实用新型的发明目的的。

另外，需要说明的是，虽然鼓风机、微控制器在图1、图2中未画出，但是不影响对技术方案的理解，本领域技术人员在知晓本实施例的文字描述部分的基础上，结合给出的图1、图2，是可以理解本实用新型的技术方案及实现过程的，对本实施例而言，即使图1、图2中未画出鼓风机、微控制器的具体位置，鼓风机、微控制器的位置及具体连接关系是对领域技术人员来说也是容易理解和实现的，本实施例给出的技术方案也是清楚的、完整的。

本实施例的工作原理：首先，打开盖体5，将待培养的土壤加入到隔板7上，并使土壤将温湿度传感器8的探针完全掩埋在土壤中，然后开始进行土壤培养，在土壤培养过程中，盖体5始终处于打开状态，由于土壤的呼吸作用，加上培养腔体1四周是一个相对密闭的培养环境，当温湿度传感器8采集到的土壤温度过高时，微控制器向鼓风机发出控制信号，开启鼓风机，鼓风机经三通阀11的B 口、第一气管2，向到培养腔体1内鼓风，鼓入的风再向上穿过隔板7上的通气孔13，带走土壤的热量，最后从第二气管3流出，从而实现对土壤降温，一旦当温湿度传感器8采集到土壤的温度恢复正常后，微控制器向鼓风机发出控制信号，使鼓风机停止工作；同样的，当温湿度传感器8采集到土壤的湿度过低时，微控制器向雾化器9发出控制信号，开启雾化器9，雾化器9的喷头向土壤喷出水雾，增加土壤的湿度，一旦当温湿度传感器8采集到土壤的湿度恢复正常后，微控制器向雾化器9发出控制信号，使雾化器9停止工作；当需要收集土壤产生的温室气体时，先用盖体5将培养腔体1的上部密封，密闭一段时间后，保持盖体5的密封状态，用抽气设备分别连通三通阀11的C口、第二气管3，同时对土壤的下方、上方进行温室气体采集，完成采集后，取下抽气设备，拿开盖体1，可继续进行土壤培养。本实施例的抽气设备可以是注射器，也可以是抽气泵。

在本实施例中，通过微控制器、温湿度传感器、雾化器、鼓风机实现了对土壤的温湿度的自动调节控制，使培养腔体的培养环境更接近于土壤的真实环境，从而测得的温室气体浓度更趋于土壤真实释放的温室气体浓度，并可根据微控制器、温湿度传感器的控制，获得不同环境下的土壤培养，比如高山草地、平原草地等，从而获得较为准确的试验结果。

在自然情况下，土壤的气体排放主要通过表层自然溢出的方式来实现，土壤内部还是会存留一些气体而无法溢出，为了更好地充分、更均匀地收集培养腔体内的气体，本实施例创新性地引入带有通气孔的隔板，并将其设置在培养腔体内，土壤放置在隔板上进行培养，从而使土壤保持了良好的通气性，并使最下层土壤产生的温室气体能够从通气孔释放到培养腔体的下部，然后通过同时抽取培养腔体上部、下部的气体，确保了采集到的土壤释放的气体尽可能地均匀，从而使测得的温室气体排放通量更接近于土壤在真实生长环境下释放的温室气体通量，使测量结果更真实、准确。

另外，如图1、图4所示，为了更好地实现盖体5与培养腔体1之间的密封，本实施例可在培养腔体1的上沿处设置承接圆环4，作为优选，承接圆环4的外径与盖体5的外径相等，承接圆环4与培养腔体1可采用一体化成型，承接圆环 4上开设有环形槽12，环形槽12内填充有与环形槽12的形状及大小相匹配的弹性密封圈6，弹性密封圈6的厚度大于环形槽12的深度，当盖体5盖在培养腔体1上时，盖体5的下底面与弹性密封圈6接触并压紧，弹性密封圈6实现了盖体5与承接圆环4之间的密封，进而实现了盖体5与培养腔体1之间的密封。本实施例中，弹性密封圈6优选采用硅橡胶密封圈，硅橡胶密封圈为现有结构，故不再对其具体结构和材质做过多的赘述。

如图5、图6所示，为了进一步解决盖体与培养腔体的密封性问题，本实施例还可在盖体5上设置多个上层通孔14，承接圆环4上设置与上层通孔14对应的下层通孔15，上层通孔14为正多边形阶梯孔，下层通孔15为圆形孔，上层通孔14和下层通孔15均优选设置4个，且上下一一对应，另外还包括与上层通孔14的数量及形状相匹配的螺栓16和螺母17，即螺栓16的头部形状与上层通孔14的形状及大小相匹配，装配时，将盖体5放置在承接圆环4上后，上层通孔14和下层通孔15对齐，然后插入螺栓16，螺栓16的头部卡在上层通孔14 中，然后从下套入螺母17并向上旋转，将盖体5与承接圆环4锁紧、密封，而要取下盖体5时，只需向下旋转螺母17，使螺母17脱离螺栓16后，即可取下盖体5。

需要说明的是，本实施例的承接圆环4相当于是培养腔体1开口处设置的法兰，当承接圆环4上开设孔时，即为法兰，盖体5与承接圆环4之间可通过螺栓螺母实现压紧密封；当承接圆环4上没有开孔时，承接圆环4作为下层承接面，可通过在盖体5上放置重物，或者通过多个夹子将盖体5与承接圆环4在四周加紧的方式，实现盖体5与承接圆环4之间的密封，即实现盖体5与培养腔体1之间的密封。

如上所述，可较好地实现本实用新型。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，其特征在于，包括培养腔体(1)和盖体(5)，所述培养腔体(1)为上端开口、下端密封结构，培养腔体(1)的下部设有第一气管(2)，培养腔体(1)的上部设有第二气管(3)，第一气管(2)与第二气管(3)均与培养腔体(1)连通，所述盖体(5)用于实现培养腔体(1)的打开与密闭；

还包括隔板(7)、温湿度传感器(8)、雾化器(9)以及微控制器，所述隔板(7)水平设置于培养腔体(1)内，第一气管(2)与第二气管(3)分别位于隔板(7)的下方、上方，隔板(7)上设有若干通气孔(13)，所述温湿度传感器(8)设置在培养腔体(1)内且位于隔板(7)上方，所述雾化器(9)设置于培养腔体(1)外，雾化器(9)的喷头伸入到培养腔体(1)内，所述微控制器的信号输入端与温湿度传感器(8)的信号输出端连接，微控制器的控制信号输出端与雾化器(9)的开关控制端连接；

还包括三通阀(11)和鼓风机，所述三通阀(11)包括A口、B口以及C口，A口与第一气管(2)连通，B口与鼓风机的出风口连通，C口与抽气设备连通，所述鼓风机的开关控制端与微控制器的控制信号输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，其特征在于，所述培养腔体(1)的上沿处设置有承接圆环(4)，承接圆环(4)上开设有环形槽(12)，所述环形槽(12)内填充有与环形槽(12)的形状及大小相匹配的弹性密封圈(6)。

3.根据权利要求2所述的一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，其特征在于，所述弹性密封圈(6)为硅橡胶密封圈。

4.根据权利要求2所述的一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，其特征在于，所述盖体(5)上设有多个上层通孔(14)，承接圆环(4)上设有与上层通孔(14)对应的下层通孔(15)，所述上层通孔(14)为正多边形阶梯孔，下层通孔(15)为圆形孔；

还包括若干相匹配的螺栓(16)和螺母(17)，所述螺栓(16)的头部形状与上层通孔(14)的形状及大小相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，其特征在于，所述盖体(5)上设有便于取放的盖把(10)。

6.根据权利要求1所述的一种集土壤培养与温室气体收集于一体的试验装置，其特征在于，所述抽气设备为注射器或者抽气泵。

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