箱式法测定生态系统碳水交换装置的制作方法

本实用新型涉及一种同化箱，尤其涉及箱式法测定生态系统碳水交换装置。

背景技术：

目前，全球气候变化问题日益突出，将为人类和生态系统产生重大影响甚至灾难，如极端天气、冰川消融、海平面上升、生态系统退化、极端天气频发等，直接威胁到人类的生存与发展。温室效应是引起全球气候变化的一个重要原因，CO₂作为最重要的温室气体，其在大气和生态系统间的交换，即生态系统碳交换可解决气候变化成因、趋势以及减缓和适应对策等基础科学问题，因而受到科学界和国际社会的广泛关注。

每年约有120Pg碳通过光合作用和呼吸作用在大气和陆地生态系统之间交换。由于人类活动直接产生的碳交换量估计多一个数量级（8.7Pg碳/年来自于化石燃料的燃烧，1.2Pg碳/年来自于2008年土地利用的变化；Le Quéré et al．，2009）。生态系统碳交换研究不仅可用于精确测定生态系统的碳收支，而且将有助于改善区域和全球的碳循环模型以及预测生态系统对全球变化的响应和适应。

生态系统碳水交换最常用的两种研究手段是涡度相关法和箱式法。涡度相关法可连续、直接地测定生态系统尺度的净碳交换，但不能直接区分总初级生产（GPP）和生态系统呼吸（Re），且场地要求严格，在某些气象条件和时间段不可用。箱式法作为一种简单、快捷的观测手段，通过遮光、排除植物或其地上部分等实验手段，能够对低矮植被的净生态系统碳交换（NEE）、生态系统呼吸、土壤呼吸（Rs）和微生物呼吸（Rm）进行直接观测，还可以通过多点重复观测来评价生态系统呼吸的空间变异(Luo and Zhou 2006, 郑泽梅等 2008, Huang et al. 2015, Zhang et al. 2015)，非常适合草地、荒漠等低矮植被碳交换的测定，可以为理解和预测这些区域碳交换过程提供系统的观测资料。

另外，通过碳水交换同时测定，还可分析生态系统的蒸散速率，通过下式可计算生态系统水分利用效率：

水分利用效率=-净生态系统碳交换/生态系统的蒸散。

早在上世纪70 年代日本武田友四郎研制的大型同化箱用于测定水稻的光合作用。美法等发达国家在上世纪70~80年代已应用红外线吸收法和小封闭室技术（类似于小型同化箱）测定森林群落CO₂浓度变化，来推算群落总呼吸量。也有学者采用透明箱，测定生态系统与大气间的CO₂交换量。国内利用大型同化箱测定草原群落的光合、呼吸作用。

传统的同化箱装置主要由金属框架和透明塑料构成，属于开路或半开路式系统，测定时需要跟金属底座相连接，箱体存在密封效果不佳、金属框架测定生态系统碳交换过程中遮光、金属框架导致同化箱笨重、同化箱和同化箱底座成本较高等缺点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种成本低、观察效率高的箱式法测定生态系统碳水交换装置。

为解决上述问题，本实用新型所述的箱式法测定生态系统碳水交换装置，包括部分插入地面的底座和置于所述底座上且与CO₂/H₂O分析仪相连的同化箱，其特征在于：所述同化箱为顶部设有全透明平板且底部开口的全透明有机玻璃制成的圆柱形同化箱；所述同化箱上部侧壁的内侧设有小风扇Ⅰ，其外侧设有充电电池组；所述同化箱下部侧壁的内侧设有小风扇Ⅱ；所述同化箱的侧壁上分别设有CO₂/H₂O分析仪进气管管孔、温度探头穿孔、CO₂/H₂O分析仪出气管管孔、小风扇供电电线穿线孔；所述充电电池组分别通过所述小风扇供电电线穿线孔与所述小风扇Ⅰ、小风扇Ⅱ相连；所述CO₂/H₂O分析仪内置Fortran语言编程，并通过管线分别与所述CO₂/H₂O分析仪进气管管孔、CO₂/H₂O分析仪出气管管孔相连。

所述底座为两端开口的圆柱桶，其外径等于所述同化箱的外径。

所述小风扇Ⅰ距离所述同化箱的顶部4~7cm。

所述小风扇Ⅱ距离所述同化箱的底部4~7cm。

所述CO₂/H₂O分析仪进气管管孔、温度探头穿孔、CO₂/H₂O分析仪出气管管孔、小风扇供电电线穿线孔均处于同一水平面。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型中同化箱为顶部设有全透明平板且底部开口的全透明有机玻璃制成的圆柱形同化箱，其透光性好，没有遮光，而且轻便耐用。

2、本实用新型中底座为两端开口的圆柱桶，其外径等于同化箱的外径，因此，同化箱和底座紧密连接，闭合度高。

3、本实用新型针对多点长期重复观测的生态系统碳水交换数据量大，n次测定得到生态系统碳水交换测定数据即为n个txt分析过程繁琐，多次重复测定得到成千上万个txt文件。传统方式是将每个txt文件转化为excel，删除前后测定数据，保留固定行（如100行），再套用碳水交换计算公式，计算单次测量的碳水交换数据，如碳交换速率、蒸散速率和生态系统水分利用效率等数据，这在数据量大的时候工作量非常大。而本实用新型应用Fortran语言编程，目前可以实现批量自动计算大量的碳交换测定数据txt文件，成千上万个txt文件只需要几分钟运算即可得到最终需要的碳水交换数据，大大加快了数据分析的效率。

4、本实用新型轻便且成本低，非常有利于在野外多点重复观测，提高观测效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型应用状态图。

图中：1—小风扇Ⅰ；2—充电电池组；3—CO₂/H₂O分析仪进气管管孔；4—CO₂/H₂O分析仪出气管管孔；5—平板；6—温度探头穿孔；7—小风扇供电电线穿线孔；8—同化箱；9—小风扇Ⅱ；10—地面；11—底座。

具体实施方式

如图1所示，箱式法测定生态系统碳水交换装置，包括部分插入地面10的底座11和置于底座11上且与CO₂/H₂O分析仪相连的同化箱8。

同化箱8为顶部设有全透明平板5且底部开口的全透明有机玻璃制成的圆柱形同化箱；同化箱8上部侧壁的内侧设有小风扇Ⅰ1，其外侧设有充电电池组2；同化箱8下部侧壁的内侧设有小风扇Ⅱ9；同化箱8的侧壁上分别设有CO₂/H₂O分析仪进气管管孔3、温度探头穿孔6、CO₂/H₂O分析仪出气管管孔4、小风扇供电电线穿线孔7；充电电池组2分别通过小风扇供电电线穿线孔7与小风扇Ⅰ1、小风扇Ⅱ9相连；CO₂/H₂O分析仪内置Fortran语言编程，并通过管线分别与CO₂/H₂O分析仪进气管管孔3、CO₂/H₂O分析仪出气管管孔4相连。

其中：

底座11为两端开口的圆柱桶，其外径等于同化箱8的外径。

小风扇Ⅰ1距离同化箱8的顶部4~7cm。

小风扇Ⅱ9距离同化箱8的底部4~7cm。

CO₂/H₂O分析仪进气管管孔3、温度探头穿孔6、CO₂/H₂O分析仪出气管管孔4、小风扇供电电线穿线孔7均处于同一水平面。

使用时，将CO₂/H₂O分析仪通过管线经CO₂/H₂O分析仪进气管管孔3、CO₂/H₂O分析仪出气管管孔4插入同化箱8中，同时，将温度探头通过温度探头穿孔6插入同化箱8中，应用Fortran语言编程实现批量自动计算大量的碳水交换测定数据。