土壤氣體排放原位測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量裝置，特別是涉及一種測(cè)量土體排放氣體參數(shù)的原位測(cè)量裝置，屬于試驗(yàn)用機(jī)械裝置領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)密切相關(guān)，碳貯量和碳通量在很大程度上受氮循環(huán)的影響和限制。大氣氮沉降借助其對(duì)土壤碳固定、植物氮素利用等的直接或間接作用，極大地干預(yù)了生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積和氮素重新分配過(guò)程。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成，土壤通過(guò)碳循環(huán)和氮循環(huán)作用參與生物地化循環(huán)與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)。土壤碳循環(huán)主要通過(guò)土壤呼吸作用實(shí)現(xiàn)。土壤呼吸作用一般指土壤釋放CO2或吸收O2的強(qiáng)度。土壤呼吸作用強(qiáng)度測(cè)量一直是衡量土壤微生物總活性或者評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一。土壤硝化與反硝化過(guò)程是氮素生物地化循環(huán)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，所排放的N2O是大氣N2O的主要來(lái)源。土壤硝化與反硝化過(guò)程是通過(guò)土壤微生物的硝化作用與反硝化作用進(jìn)行的。前者指微生物將銨態(tài)氮通過(guò)一系列的氧化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的過(guò)程，后者指硝態(tài)氮在缺氧的狀態(tài)下還原為分子態(tài)隊(duì)或者N2O的過(guò)程。兩個(gè)過(guò)程都會(huì)釋放N2O與NO。土壤硝化與反硝化過(guò)程監(jiān)測(cè)與研究，對(duì)于全球變化生態(tài)學(xué)、氮素相關(guān)土壤生物與生物化學(xué)、土壤生態(tài)學(xué)、土壤與植物營(yíng)養(yǎng)(氮肥高效利用、硝化與反硝化抑制劑制備以及效用檢測(cè)等)都具有極重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]土壤呼吸(Soil Respirat1n)是指土壤釋放032的過(guò)程，嚴(yán)格意義上講是指未擾動(dòng)土壤中產(chǎn)生0)2的所有代謝作用，包括三個(gè)生物學(xué)過(guò)程(即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤動(dòng)物呼吸)和一個(gè)非生物學(xué)過(guò)程，即含碳礦物質(zhì)的化學(xué)氧化作用。土壤呼吸特征與陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮循環(huán)密切相關(guān)，并進(jìn)而通過(guò)全球氮循環(huán)機(jī)制影響和限制全球生態(tài)系統(tǒng)的碳IC量、碳通量。
[0004]BaPS 土壤碳氮循環(huán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用氣壓過(guò)程分離法(Barometric ProcessSeparat1n,簡(jiǎn)稱BaPS)測(cè)定原狀土壤樣品硝化速率、反硝化速率以及土壤呼吸速率的測(cè)量裝置。BaPS測(cè)定系統(tǒng)的技術(shù)理論是建立在一個(gè)等溫的密閉的土壤系統(tǒng)中，通氣良好的土壤中的0)2與O2和總氣體平衡、土壤呼吸系數(shù)為I的理論前提下。在這樣的一個(gè)系統(tǒng)中，假定只有以下幾個(gè)過(guò)程跟壓力相關(guān):硝化作用與凈消耗O2的過(guò)程，使氣壓降低；反硝化作用，凈CO2和凈的NxOy (NO、N2O, N2)產(chǎn)生過(guò)程，使氣壓上升；土壤呼吸使氣壓不發(fā)生變化；0)2溶解于土壤水，使氣壓降低，根據(jù)氣壓的平衡反過(guò)來(lái)最終可以精確得到土壤樣品的總硝化和反硝化速率。該測(cè)量系統(tǒng)主要的技術(shù)不足之處在于:一、測(cè)量過(guò)程在恒溫環(huán)境下運(yùn)行，平衡時(shí)間較長(zhǎng)；二、盡管是對(duì)原狀土柱進(jìn)行測(cè)定，但是在采樣后進(jìn)行室內(nèi)控制條件測(cè)定，因此難以對(duì)于野外原位進(jìn)行測(cè)定，難以反應(yīng)原位硝化反硝化過(guò)程，更不能實(shí)時(shí)測(cè)定不同環(huán)境條件下土壤的硝化反硝化過(guò)程、速率及通量；三、儀器容量有限，難以適于大樣本測(cè)定。這些缺點(diǎn)制約了該儀器的大量應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種土壤氣體排放原位測(cè)量裝置，該裝置可以直接對(duì)野外非擾動(dòng)土樣的碳氮循環(huán)相關(guān)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種土壤氣體排放原位測(cè)量裝置，包括原位微室蓋、原位微室接頭、原位微室腔，其特征在于:
[0008]所述原位微室腔是兩端開(kāi)口的筒狀結(jié)構(gòu)；
[0009]所述原位微室接頭是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，側(cè)壁下方通過(guò)內(nèi)螺紋與原位微室腔上端外螺紋聯(lián)接;
[0010]所述原位微室蓋是盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，上側(cè)面中部布置測(cè)量傳感器，所述測(cè)量傳感器的傳感元件穿過(guò)原位微室蓋及原位微室接頭與原位微室腔內(nèi)部空間接觸；所述測(cè)量傳感器通過(guò)與上位機(jī)通信聯(lián)接；所述原位微室蓋上側(cè)面中部開(kāi)有氣相色譜取樣孔；所述原位微室蓋通過(guò)螺栓聯(lián)接在所述原位微室接頭上方；
[0011]所述原位微室蓋、原位微室接頭、原位微室腔間相互密閉連接。
[0012]上述土壤氣體排放原位測(cè)量裝置包括原位微室蓋、原位微室接頭、原位微室腔三部分組件，通過(guò)原位微室接頭連接上部原位微室蓋與下部原位微室腔。原位微室腔下端插入土壤后，利用原位微室蓋、原位微室接頭與原位微室腔間相互的密閉連接，形成一個(gè)封閉腔，土壤中釋放的氣體充盈在封閉腔內(nèi)。測(cè)量傳感器的傳感元件與土壤釋放氣體充分接觸，實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量。
[0013]上述土壤氣體排放原位測(cè)量裝置，為方便原位微室腔安裝在土體內(nèi)，在優(yōu)化設(shè)計(jì)下，原位微室腔下端是刀口狀。進(jìn)一步地，原位微室腔外壁中部有突臺(tái)。安裝時(shí)，通過(guò)敲擊突臺(tái)將原位微室腔敲入土體中。
[0014]上述土壤氣體排放原位測(cè)量裝置，其測(cè)量傳感器包括土壤溫度傳感、氧氣/ 二氧化碳傳感器、壓力傳感器。氣相色譜取樣孔帶有孔蓋，依需要在取樣時(shí)開(kāi)啟。
[0015]進(jìn)一步地，原位微室蓋中部開(kāi)有傳感器安裝孔，測(cè)量傳感器可拆卸地安裝在傳感器安裝孔上；傳感器安裝孔帶有可拆卸的孔蓋。當(dāng)測(cè)量完畢，可以將測(cè)量傳感器拆卸，并安裝孔蓋。
[0016]進(jìn)一步地，原位微室蓋下底面與原位微室接頭側(cè)壁上端面有對(duì)應(yīng)的凹槽，凹槽內(nèi)鑲嵌密封條。
[0017]上述土壤氣體排放原位測(cè)量裝置，原位微室接頭是截面為L(zhǎng)型的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，L橫臂前端面通過(guò)內(nèi)螺紋與原位微室腔上端外螺紋聯(lián)接。
[0018]進(jìn)一步地，為方便安裝操作，上述土壤氣體排放原位測(cè)量裝置還包括輔助安裝件。輔助安裝件包括保護(hù)罩，保護(hù)罩罩在土壤氣體排放原位測(cè)量裝置上部外側(cè)，保護(hù)罩下緣與突臺(tái)靜聯(lián)接。安裝時(shí)，通過(guò)敲擊保護(hù)罩頂部使突臺(tái)間接受力，將原位微室腔敲入土體中。
[0019]進(jìn)一步地，土壤氣體排放原位測(cè)量裝置的輔助安裝件還包括安裝基座。安裝基座用于在安裝過(guò)程中提供平衡支撐力，保證土壤氣體排放原位測(cè)量裝置以豎直狀態(tài)安裝在土體中。安裝基座包括支撐座與二筒瓦件；支撐座中部是圓筒件，圓筒件外側(cè)壁連接支撐腳，圓筒件內(nèi)徑大于原位微室腔外徑；筒瓦件斷面圓心夾角180°，合攏插在原位微室腔與圓筒件之間。支撐座通過(guò)支撐腳支撐整個(gè)安裝基座。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:(I)產(chǎn)品可以鑲嵌在土壤中，并與測(cè)量土樣形成封閉腔，實(shí)現(xiàn)在野外原位狀態(tài)下直接測(cè)量土壤釋放氣體組分、氣壓等參數(shù)。(2)安裝后的測(cè)量裝置可以拆卸測(cè)量傳感器、關(guān)閉氣相色譜取樣孔后長(zhǎng)期保留在土壤中，方便長(zhǎng)期多次測(cè)量操作。(3)通過(guò)選擇不同傳感器，可以測(cè)量不同土壤排放氣體參數(shù)，產(chǎn)品擴(kuò)展性好。(4)產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、加工成本低，攜帶方便，安裝操作快捷，易于野外使用。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1-1是土壤氣體排放原位測(cè)量裝置軸測(cè)圖。
[0022]圖1-2是土壤氣體排放原位測(cè)量裝置縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖l-3a、圖l_3b、圖l_3c分別是原位微室蓋底面、剖面、頂面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖l-4a、圖l_4b分別是原位微室接頭頂面、剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2-1是實(shí)施例二原位微室腔剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2-2是實(shí)施例二土壤氣體排放原位測(cè)量裝置縱剖面