CN218956198U - 一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，属于采样装置技术领域。本实用新型包括：箱体，其包括通过密封水槽密封连接的顶箱和地箱；温度测量装置，其分别用于测量箱体内温度、箱体外温度、地表温度和土壤温度；采集器，其通过采气管与顶箱上开设的采气口相连通，用于采集箱体内的植被排放的气体；电源，用于为温度测量装置供电；顶箱的外面设置有保温层。通过将地箱埋入土或水中，通过密封水槽内加水，用水作为顶箱和地箱连接间的气路密封，切断箱内外空气的自由交换。顶箱外面包有保温层，防止在太阳辐射下采样装置的箱壁温度和箱内空气温度升高，影响观测结果，保持取样时段箱内外温度的相对一致，可以提高观测质量。

Description

一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置

技术领域

本实用新型涉及采样装置技术领域，尤其涉及一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置。

背景技术

河流生态系统是自然生态系统的重要组成部分，同时在碳循环和碳平衡方面发挥重要作用。河流碳固存形式主要包括土壤、植被和水体固碳，因此开展河流二氧化碳排放监测工作具有至关重要意义。目前二氧化碳监测主要通过静态箱法。公布号为CN105738161A的发明专利，公开了一种水面温室气体自动采样静态箱，是将采集气体保存到采样瓶中带回进行测定，授权公告号为CN216847102U的实用新型专利，公开了一种水面温室气体通量自动监测静态箱。以上公开内容主要应用于水面较深河流或湖库中，可以漂浮在水面的温室气体，但由于水面漂浮不定，难以固定，无法准确定量测定单位面积内二氧化碳排放量，且只能监测水面二氧化碳排放量，对于河底及水体中水生生物二氧化碳排放量的遗漏。

目前，缺少针对可涉水河流的二氧化碳排放监测的装置，因此，急需一种能够用于可涉水河流的原位碳排放采样装置。

实用新型内容

有鉴于此，为解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，通过将箱体设置为顶箱和地箱，通过将地箱埋入土或水中，通过密封水槽内加水，用水作为顶箱和地箱连接间的气路密封，切断箱内外空气的自由交换。顶箱外面包有保温层，防止在太阳辐射下采样装置的箱壁温度和箱内空气温度升高，影响观测结果，保持取样时段箱内外温度的相对一致，可以提高观测质量。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，包括：

箱体，其包括通过密封水槽密封连接的顶箱和地箱；

温度测量装置，其分别用于测量所述箱体内温度、所述箱体外温度、地表温度和土壤温度；

采集器，其通过采气管与所述顶箱上开设的采气口相连通，用于采集所述箱体内的植被排放的气体；

电源，用于为所述温度测量装置供电；

所述顶箱的外面设置有保温层。

优选地，还包括中段箱；

所述中段箱的顶端和底端通过密封水槽分别与所述顶箱的下端和所述地箱的上端密封连接。

优选地，所述顶箱内设置有搅拌风扇，所述搅拌风扇通过风扇电源线与所述电池相连接。

优选地，所述搅拌风扇设置于所述顶箱内的顶壁上。

优选地，所述采气管为F46采气管。

优选地，所述地箱的侧板上开设有用于供所述植被的根系穿过的圆孔。

优选地，所述圆孔的位置靠近所述地箱的侧板的下半部分，所述圆孔为两排。

优选地，所述采样器包括带有三通阀的注射器。

优选地，所述三通阀与所述注射器的注射端之间还设置有阀门。

优选地，所述顶箱的侧面设置有搬运耳环。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的有益效果：

本实用新型提供的用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，通过将箱体设置为顶箱和地箱，通过将地箱埋入土或水中，通过密封水槽内加水，用水作为顶箱和地箱连接间的气路密封，切断箱内外空气的自由交换。顶箱外面包有保温层，防止在太阳辐射下采样装置的箱壁温度和箱内空气温度升高，影响观测结果，保持取样时段箱内外温度的相对一致，可以提高观测质量。

本实用新型提供的用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，通过在注射器上连接三通阀和阀门，通过三通阀和阀门的配合实现气体的精准采样，提高测量精度。

本实用新型结构简单，易操作，布置快捷，可以提高数据的准确性。通过本实用新型可以实现对可涉水河流纵向土-水-气三界面的二氧化碳排放的监测，达到了同时具有精确的定量监测的能力。

本实用新型是针对可涉水河流(指人可以从一岸涉水走到另一岸河流，即深宏水深小于1m。)的二氧化碳排放监测的装置，可固定在河底，从而对单位面积内底泥中、水体中以及底泥-水面界面二氧化碳排放进行监测，并同时对水体温度等指标进行监测。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为采样器运动状态一的示意图；

图3为采样器运动状态二的示意图；

图中，1.箱体，11.顶箱，12.地箱，121.圆孔，13.中段箱，14.密封水槽，2.温度测量装置，21.箱内温度传感器，22.箱外温度传感器，23.地表温度传感器，24.土壤温度传感器，3.采样器，31.注射器，32.三通阀，33.阀门，4.电源，5.搅拌风扇，51.风扇电源线，6.采气管。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，包括：

箱体1，其包括通过密封水槽14密封连接的顶箱11和地箱12；

温度测量装置2，其分别用于测量所述箱体内温度、所述箱体外温度、地表温度和土壤温度；

采集器3，其通过采气管6与所述顶箱11上开设的采气口相连通，用于采集所述箱体1内的植被排放的气体；

电源4，用于为所述温度测量装置2供电；

所述顶箱11的外面设置有保温层(图中未示出)。

本实用新型提供的上述用于可涉水河流的原位碳排放采样装置中，通过将箱体1设置为顶箱11和地箱12，通过将地箱12埋入土或水中，通过密封水槽14内加水，用水作为顶箱11和地箱12连接间的气路密封，切断箱内外空气的自由交换。顶箱11外面包有保温层，防止在太阳辐射下采样装置的箱壁温度和箱内空气温度升高，影响观测结果，保持取样时段箱内外温度的相对一致，可以提高观测质量。

本实用新型中，电源4优选为蓄电池。

当部分植被生长较高时，在本实用新型中，还包括中段箱13；

所述中段箱13的顶端和底端通过密封水槽14分别与所述顶箱11的下端和所述地箱12的上端密封连接。

本实用新型中，依据多年的实验经验和水稻田的实验情况，我们将箱体设计成分节组合式标准箱，由顶箱11、中段箱13和地箱12组成。优选中段箱13和顶箱11容积相同，几何尺寸500mm×500mm×500mm，可以适应低矮植物生长过程和不同植被类型使用，当部分植物生长较高时才适时加中段箱。

在本实用新型中，所述顶箱11内设置有搅拌风扇5，所述搅拌风扇5通过风扇电源线51与所述电源4相连接。

在本实用新型中，所述搅拌风扇5设置于所述顶箱11内的顶壁上。

在本实用新型中，所述采气管6为F46采气管，F46采气管流动性很好，具有DA流量，抑制颗粒聚集，无毒材料，卫生软管具有化学惰性，不会释放臭气污染的流体。优良的耐候性,不易燃烧；表面不粘，易消毒，蒸汽或清洁剂清洁；

在本实用新型中，所述地箱12的侧板上开设有用于供所述植被的根系穿过的圆孔121。

在本实用新型中，所述圆孔121的位置靠近所述地箱12的侧板的下半部分，所述圆孔121为两排。

在本实用新型中，所述采集器3包括带有三通阀32的注射器31。

在本实用新型中，所述三通阀32与所述注射器31的注射端之间还设置有阀门33。

在本实用新型中，所述顶箱11的侧面设置有搬运耳环。

本实用新型提供了采用上述采样装置进行采样的实验过程，具体如下：

1)箱体1的材料和结构

1-1)制造材料

箱体1选用304K薄不锈钢板，用氩弧焊焊接而成，板厚1mm，表面光洁度高，符合气体取样要求，化学性质稳定、表面吸附小的技术标准，同时优质不锈钢材料耐腐蚀性好，可长时间保持良好的机械物理性能。

1-2)箱体1的结构

依据多年的实验经验和水稻田的实验情况，将箱体设计成分节组合式标准箱，由顶箱、中段箱和地箱组成。中段箱和顶箱容积相同，几何尺寸500mm×500mm×500mm，可以适应低矮植物生长过程和不同植被类型使用，当部分植物生长较高时可适时加中段箱。

1-2-1)顶箱11

顶箱11为正五面体，方桶形，在箱顶壁安装有2个搅拌风扇5，箱侧面安装有电源插头、取气体样品接口(采气口)，配有采气管6，优选为F46采气管其长度优选为7m，采气管6与箱体1有过壁接头。电源5分别通过风扇电源线51和测量装置电源线与搅拌风扇5和温度测量装置2供电，F46采气管线是专为此项目定作生产的，选材和产品的设计按照GC分析的要求生产，产品质量不逊于进口产品，管内径1mm。安装F46采气管时，用螺母和管线加"O"圈手工拧紧即可，管线深入顶箱11内10cm左右。顶箱11侧面安装有搬运耳环(图中未示出)。

1-2-2)中段箱13

中段箱13优选为正四面体，方管形，上端有密封水槽14，在密封水槽14侧边的对称端面安装有搬运耳环。

1-2-3)地箱12

地箱12优选为四面体，方管形500mm×500mm，深度200mm，上端有密封水槽14，箱的四周侧板下四边制成刀口以便于插入土壤中，地箱12的侧板靠近下半部分开有2排圆孔121，其目的是让植物的根系可以穿过。针对不同土壤和植物的情况，地箱12深度的尺寸有所不同，比如森林中地箱的尺寸短一些。既要保证密封性，又要适应实际大田的耕作方式，例如稻田的淹水状况和旱地耕作的陇宽及沟深等，经过综合考虑我们设计了目前这种尺寸的地箱12。

1-3)箱体1的密封和保温

采样时地箱12或中段箱13的密封水槽14内加水，用水作两箱连接间的气路密封，切断箱内外空气的自由交换。顶箱11和中段箱13外面包有保温层，优选为优质棉保温被，目的是防止在太阳辐射下箱体1的箱壁温度和箱内空气温度升高，影响观测结果。保持取样时段箱内外温度的相对一致，可以提高观测质量。

2)实验前的准备工作

2-1)地箱12的埋设

首先按课题要求选择样地。采样点既要在该地区有代表性又要便于采样操作。按前面实验设计所讲述，每一个样点平行设3个箱体1，3个箱体1的箱位相对距离不易太远，太远操作不便，太近又相互干扰，平均代表性差。

埋设地箱12要以对实验地造成的破坏和扰动最小为原则。把地箱12放入土(或水)中至密封水槽14底部处，土质较硬时可先用刀形工具按地箱尺寸切口，在密封水槽14内放入用角钢制成的方框，用锤子均匀轧下。在较长的实验周期内地箱12不能移动。

原则上实验操作人员在以后的实验操作中，对实验地箱12周围不应践踏，以减少对土壤的扰动，因此通用的解决办法是架设栈桥。水田必须如此，旱田有条件时也应如此，两侧栈桥距离约2m，操作方便即可。

2-2)温度测量装置2的设置

气温和土壤温度是影响排放速率的主要因子。因此，在每一样点3个一组平行箱体1中的一个顶箱11配备有JM624便携式测温表一套，可测量箱内气温、箱外气温、地表温度和土壤温度，分别选择箱内温度传感器21、箱外温度传感器22、地表温度传感器23和土壤温度传感器24。

箱内温度传感器(T3)用于测量箱体1内的气温，安放在顶箱11的顶壁上，地表温度传感器和土壤温度传感器要现场安放，地表温度传感器(T2)用于测量地表温度，地表温度传感器探头平放，下面一半与土壤紧密接触，上面一半裸露，探头金属壳尾部可用"O"卡插入土中固定；土壤温度传感器(TI)用于测量土壤温度，用5×75十字头改锥在地箱框内扎一洞，把土壤温度传感器探头埋人洞中(测量深度50mm)，箱外温度传感器(T4)用于测量箱外气温，设计有气温通风表，有电动抽风装置，用木棍立向支放1米高左右即可，使用前通电4分钟后读数。

2-3)温度参数的测量

采气样的同时，要求同时记录温度参数，它们是土壤温度(TI)、地表温度(Tz)、采样箱内气温(T3)和箱外空气温度(T4)。箱体1配置的JM624便携式数字温度计带有4只传感器，分别测量上述4个温度参数。在现场安装后每个对应的传感器插头都标有对应的号码TI、T2、T3和T4，测量时插入相应的插头可读取该温度。稻田和水体视具体情况可测水温。5.2.4蓄电池的维护

每个采样点每3个箱体为一组，配一个12V，10A的蓄电池，为搅拌风扇5和温度测量装置2供电。

注意检查蓄电池是否电量充足，带负载时电压低于8～10V，则要给蓄电池充电。每站配有充电器，充电时参照充电器说明书进行。

3)气体样品采集

3-1)采样规范与要求

3-1-1)首先按照实验设计要求，设计采样程序，确定每个样点的采样时间计划，如无特殊的天气条件致使采样工作无法进行，都应保持设计的采样时间隔。当日的采样工作一般在当地时间9∶00开始，采样开始前要认真准备采样用具，包括检查箱体1、搅拌风扇5、电源4和温度测量装置2等。

3-1-2)实验一经开始，采样点的工作顺序不应随意变化。如有植物生长的样点和空白地样点，不同施肥方式对比点等，每次采样时先后顺序和时间尽量相同。地表面状况保持原状不要破坏。

3-1-3)按规定作实验记录。

3-2)采样频率

在植物生长旺季，稻田一般每周2次，其他植物参照稻田根据具体情况而定。每月作日变化一次，采样时间间隔∶白天每次间隔2h，夜间每次间隔3h。其它季节可视气候变化情况降低采样频率，如北方冬季土壤呼吸极其微弱，1～2个月选1～2个点观测即可。各站可根据具体环境条件设计采样频率。

3-3)气体样品采集器3

采集器3为100ml注射器31。注射器31带三通阀32，利用三通阀32完成采气及把气样注入分析仪进样器等动作(如图2-3所示)。

1L标准气体样品气袋备用。当有必需作的实验不能停，一个站分析仪器系统又出现故障，不能及时排除时，我们可以发挥网络的优势，用气袋采气到最近的站点进行分析。

3-4)气体样品采集操作

3-4-1)100ml注射器取样

首先使注射器31和三通阀32(3路2通阀)连接并注意连接牢固，然后注射器31和三通阀32与连接顶箱11的F46采样管的阀门33连接，采气时打开阀门33，打开三通阀32使注射器31与箱体1内连通，与外界空气断开，用缓力拉动注射器31抽箱内空气，注射器31抽满后转动三通阀32，隔断箱内通路，注射器31与外界空气连通，排出注射器31内的空气，此操作目的是清洗采样管6，重复操作清洗一次，第3次开始取100ml气体保存作为样品，然后注意关闭阀门33隔断箱体1内与外界空气。

注意用注射器31抽气时不能用力过猛，否则会产生外界空气从注射器柱塞反向漏进箱外空气，使采气的精度降低。

3-4-2)采样气袋取样

当用气袋采样时，2个三通阀32的利用与注射器31直接取样有不同，需要在三通阀32加一过渡F46管加9号针头，针头插入气袋，如图2-3所示。

采样操作时用三通阀32的控制功能，把注射器31吸入的空气推进气袋。注意开始时要清洗气袋，就是应用阀门33清洗管道完成后，用1～2次推进气袋的采样箱内的空气抽出，用阀门33控制排空，达到清洗气袋的目的，然后才开始正式采样，把气袋中的气体保存起来。

注意∶气袋本身带的红色密封垫密封效果不良，保存时间较长时要用专题组配给的专用色谱垫。一般注射器取样后可保存时间1～2天，气袋保存7～10天。样品应尽快分析为宜。

3-5)采样箱操作

检查采样管6、电源4、温度测量装置2的接头是否连接，确定是用单个顶箱11还是同时需要中段箱13。开始取样时在箱体1的密封水槽14内注入1/2的水，放下要轻，减少扰动，防止箱体边受到磕碰损坏。扣箱前后特别注意前节所述的地温和土壤温度传感器的使用方法。

每一样点有一组3个箱体1，先按上述方法扣上配有温度测量装置2的顶箱，再扣上另外2个箱，把各箱电源接通，注意红色鲨鱼夹接正极，黑色鲨鱼夹接负极。3个箱的电源线，采样管，测温线都在距箱体1的5～7米处，此时立刻采集第1次样品，每隔10分钟取100ml气体保存，扣箱30分钟，共取4次，达到设定时间后，搬开采样箱，取样结束。

注意∶为保证数据的采样条件一致性、可比性，采样箱的座和上箱按照编号在每次实验时均要保持相同，不可乱用。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，包括：

箱体，其包括通过密封水槽密封连接的顶箱和地箱；

温度测量装置，其分别用于测量所述箱体内温度、所述箱体外温度、地表温度和土壤温度；

采集器，其通过采气管与所述顶箱上开设的采气口相连通，用于采集所述箱体内的植被排放的气体；

电源，用于为所述温度测量装置供电；

所述顶箱的外面设置有保温层。

2.根据权利要求1所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，还包括中段箱；

所述中段箱的顶端和底端通过密封水槽分别与所述顶箱的下端和所述地箱的上端密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述顶箱内设置有搅拌风扇，所述搅拌风扇通过风扇电源线与所述电源相连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述搅拌风扇设置于所述顶箱内的顶壁上。

5.根据权利要求1所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述采气管为F46采气管。

6.根据权利要求1所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述地箱的侧板上开设有用于供所述植被的根系穿过的圆孔。

7.根据权利要求6所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述圆孔的位置靠近所述地箱的侧板的下半部分，所述圆孔为两排。

8.根据权利要求1所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述采集器包括带有三通阀的注射器。

9.根据权利要求8所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述三通阀与所述注射器的注射端之间还设置有阀门。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种用于可涉水河流的原位碳排放采样装置，其特征在于，所述顶箱的侧面设置有搬运耳环。

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