一种土壤呼吸自动采集系统的制作方法

本发明属于土壤气体采集领域，具体涉及一种土壤呼吸自动采集系统。

背景技术：

众所周知，以气候变暖为主要特征的地球气候系统变化是不争的事实。在全球气候变暖的背景下，青藏高原地区多年冻土呈现不同程度的退化，可能引起多年冻土区大量的土壤有机碳分解以温室气体的形式（CO₂、CH₄）进入大气，对气候变化起到正反馈作用。多年冻土区释放的温室气体主要来自植物呼吸以及微生物分解有机质过程。在全球气候变暖背景下，植被净生态系统碳交换逐渐增强，而且温度升高使得冻结存储在多年冻土区的有机碳很容易被微生物分解利用，因此多年冻土区很可能由碳汇转向碳源。因此，近年来多年冻土区土壤释放的温室气体备受关注，也是气候变化研究的重要内容之一。

多年冻土退化主要体现在温度升高和热喀斯特过程，如热融侵蚀和热融滑塌，而这些过程会直接将老碳暴露于大气中，加速了老碳的分解。目前传统的测量方法比如气相色谱法、动态气室等方法能够直接测量土壤表面温室气体释放速率，然而不能分析出释放的碳的来源。由于¹⁴C经历了辐射衰变，δ¹⁴C可作为一个时间标记，来反映老碳被分解的情况；δ¹³C则与光合作用、土壤水分及CO₂浓度相关，故通过野外采集不同深度土壤释放的气体，在实验室分析气体碳同位素δ¹⁴C和δ¹³C特征，可确定在多年冻土退化过程中新碳和老碳对温室气体释放的贡献。

近年来，大部分研究采用了多种土壤气体取样方式，如地表插管取气，或是提前挖取竖井剖面，然后将取样仪器放置入气井中的方式来进行气体取样。然而根本无法去除大气中碳的干扰，而且土层受到了严重的干扰，其测值已不能准确地代表原始土层状态。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种土壤呼吸自动采集系统，目的在于克服已有土壤气体采集装置的上述缺陷，能尽可能的减少对土壤层的破坏及扰动。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种土壤呼吸自动采集系统，包括抽气筒和操作柜，所述抽气筒顶部设置有进气口、侧面设置有出气口、底部为便于插入土壤的敞口，所述真空泵的进气口和出气口分别与洗气瓶的出气口和抽气筒的进气口联通；在气体采集系统中，所述真空泵的进气口和出气口分别与抽气筒的出气口和气体采集袋联通，所述抽气筒的出气口与洗气瓶的进气口联通。

进一步，所述真空泵的进气口与抽气筒的出气口联通的管路上设置有第一电磁阀，所述真空泵的进气口与洗气瓶的出气口联通的管路上设置有第二电磁阀，所述真空泵的出气口与抽气筒的进气口联通的管路上设置有第三电磁阀，所述真空泵的出气口与气体采集袋的进气口联通的管路上设置有第四电磁阀，所述抽气筒的出气口与洗气瓶的进气口联通的管路上设置有第五电磁阀。

进一步，所述操作室上还设置有太阳能供电系统，所述太阳能供电系统包括设置于操作室顶部的太阳能电池板和设置在操作室内部的充电蓄电瓶。

进一步，所述操作室内还设置有用于控制整个采集系统的总开关、用于控制CO2吸收系统的洗气键开关，用于控制控制气体采集系统的采气键开关以及用于显示CO2吸收系统操作时间的时间显示器。

进一步，所述操作室内还设置有用于控制电磁阀和真空泵动作的控制模块。

进一步，所述与气体采集袋连接的塑胶软管末端还设置有速接头。

本发明的有益效果在于：本发明的采集系统能够根本去除大气中碳的干扰，并且能够避免土层受到严重的干扰，其测值能准确地代表原始土层的状态。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明管路系统的连接示意图；

图3位本发明的控制原理图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

一种土壤呼吸自动采集系统，所述采集系统包括抽气筒Ⅱ和操作柜Ⅰ，所述抽气筒顶部设置有进气口6、侧面设置有出气口5、底部为便于插入土壤的敞口，所述操作柜内设置有真空泵15、气体采集袋17以及装有碱石灰12的洗气瓶13。在CO2吸收系统中，所述真空泵的进气口2和出气口1分别与洗气瓶的出气口和抽气筒的进气口联通；在气体采集系统中，所述真空泵的进气口2和出气口1分别与抽气筒的出气口和气体采集袋联通，所述抽气筒的出气口与洗气瓶的进气口联通。所述抽气筒的出气口与洗气瓶的进气口联通。

本实施例中，所述真空泵的进气口与抽气筒的出气口联通的管路上设置有第一电磁阀7，所述真空泵的进气口与洗气瓶的出气口联通的管路上设置有第二电磁阀8，所述真空泵的出气口与抽气筒的进气口联通的管路上设置有第三电磁阀9，所述真空泵的出气口与气体采集袋的进气口联通的管路上设置有第四电磁阀10，所述抽气筒的出气口与洗气瓶的进气口联通的管路上设置有第五电磁阀11。

本实施例中，所述操作室上还设置有太阳能供电系统，所述太阳能供电系统包括设置于操作室顶部的太阳能电池板3和设置在操作室内部的充电蓄电瓶16。

本实施例中，所述操作室内还设置有用于控制整个采集系统的总开关、用于控制CO2吸收系统的洗气键开关20，用于控制气体采集系统的采气键开关21以及用于显示CO2吸收系统操作时间的时间显示器22。

本实施例中，所述操作室内还设置有用于控制电磁阀和真空泵动作的控制模块，所述与气体采集袋连接的塑胶软管末端还设置有速接头18，所述土壤呼吸自动采集系统内的各种联通管路均采用塑胶软管4进行连接。

本实施例的土壤呼吸自动采集系统还配套有土壤松软装置，土壤松软装置是与抽气筒配套的铁圈，具有一定的高度。由于抽气筒无法直接放入土壤中，须先将借助与抽气筒配套的土壤松软装置砸入土壤一定深度，取出铁圈再放置无底密封罩筒。

本实施例的操作柜集成了CO2吸收系统、气体采集系统、控制电路和控制面板。其中，控制柜中CO2吸收系统、气体采集系统部件之间通过塑胶软管4相连接。

本实施例中的CO2吸收系统中，气体从抽气筒的出气口，流动通过操作柜中的电磁阀11，进入洗气瓶中，洗气瓶里通过放置碱石灰达到对CO2的吸收，而后气体依次经过电磁阀8、真空泵及电磁阀9、抽气筒的进气口；同时电子时控电器对其操作时间计时，由控制面板上的时间显示器显示操作时间。在气体采集系统中采集气体时，气流经过真空泵、电磁阀10后进入气体采集袋。

本实施例的土壤呼吸自动采集化系统的使用步骤为：

步骤一：用松软土壤装置松软一块土地以确保抽气筒能顺利插入土壤中而不被损坏，将抽气筒插入土壤15厘米深。

步骤二：通过塑胶软管4连接抽气筒与操作柜，抽气筒的出气口5与操作柜的进气口2相连，操作柜的出气口1与抽气筒的进气口6相连。

步骤三：打开控制柜，打开控制整个土壤自动化采集系统的总开关20，开始进入工作状态。

步骤四：按下洗气键20，电磁阀8、9、11打开，保持通畅，同时自动计时装置开始计时，在时间显示面板22中显示工作时间。除去抽气筒顶部原有空气二氧化碳的功能开始工作。为消除抽气筒顶部自有大气中二氧化碳的影响，吸取抽气筒的顶部空气进入操作柜，抽气筒的空气由出气口5经过塑胶软管进入操作柜的进气口2，经由电磁阀11进入CO2吸收装置（放置有碱石灰12的塑胶瓶13）。为使流经气体中的CO2得到充分的吸收，CO2吸收装置中原始气流从长管进，除去CO2的气体从短管流出。除去CO2的气体经由电磁阀8、真空泵、电磁阀9后从操作柜的出气口1流出，经由塑胶软管4流入抽气筒的进气口6，除去CO2的气体进入到抽气筒Ⅱ中。在这个步骤中，除去CO2的空气又进入抽气筒以达到对抽气筒的顶部空气进行一个循环清洗的目的，可以保证抽气筒内气压与外界气压基本保持一致。注意观察时间显示面板22，当显示为8-10分钟后，抽气筒的顶部空气中已没有CO2，再次按下洗气键20，此功能停止工作，自动计时器也停止工作，时间显示面板22的时间归零。

步骤五：过1分钟后，待植被与土壤释放出CO2后，第一次按下采气键，载有土壤一定深度释放的CO2的气体从抽气筒Ⅱ的出气口5流出，经由塑胶软管进入电磁阀7、真空泵、电磁阀10，从速接头18流出，除去管道中的空气，稍后第二次按下采气键，使其停止工作。快速连接速接头18与气体采集袋17，按下采集键即可进行气体采集。在进行气体采集时，首先对气体采集袋17进行2~3次的洗气环节，将气体采集袋中原有的空气驱除。洗气2~3次后，即可进行正式的气体采集。重复上述过程三次。

步骤六：关闭总电源，拆卸连接操作柜Ⅰ与抽气筒Ⅱ的塑胶软管，并分类放置好，关闭操作柜前后门。

步骤七：室内对气体采集袋的气体进行同位素分析以分析新碳、老碳对土壤呼吸的贡献。

本实施例中的控制电路由电源、控制核心构成。电源包括太阳能电池板、充电蓄电瓶，控制模块。太阳能电池板、充电蓄电瓶为整个装置提供电； DC-DC模块将12V电压转换为5V的工作电压。太阳能电池板设置有操作柜顶部，在进行气体采集的时候，也可同时进行充电过程，节约了能源。控制面板上置有总开关、控制CO2吸收系统的洗气键及控制气体采集系统的采气键，还有一个可显示CO2吸收系统操作时间的时间显示器。

本实施例的CO2吸收系统与CO2采集系统是集成在一块的，二者通过控制核心实现对两个不同过程的控制。

本实施例中，采集土壤一定深度的气体时，无需提前钻取一个土壤剖面，可直接利用土壤松软装置松软土壤，并将抽气筒插入土壤中，真正的避免了对土壤层的扰动，确保了采集的数据的准确性。

本实施例通过太阳能给12伏蓄电瓶充电再通过控制模块将12V电压转化为5V工作电压，使本发明能够在野外正常开展野外工作，方便了在青藏高原多年冻土区进行土壤气体的采集。

本实施例在CO2吸收系统与CO2采集系统中都使用到了真空泵，在CO2吸收系统中使用真空泵加快对无底密封罩筒顶部空气进入CO2吸收装置的速度，减少采样时间；在CO2采集系统中使用真空泵自动抽气来增加所采集的气体量，使其有足够的气体量来完全满足后期的实验室测量。

本实施例的系统可以采集一定土壤深度土壤呼吸出的温室气体，进而通过同位素分析监测新碳、老碳对土壤呼吸的贡献。同时控制柜中设有计时器及时间显示面板，可对CO2吸收系统进行精确的时间控制，避免了在高寒地区电子设备出现问题无法计时的状况。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。