专利名称：一种气筒式土壤剖面气体采集器的制作方法
技术领域：
本发明涉及试验仪器设备技术领域，具体说是一种气筒式土壤剖面气体采集器。
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和氮以温室气体的形式(如0)2和队0等)进入大气，表现出正反馈效应，因此，研究青藏高原多年冻土土壤温室气体的产生机制和影 响因素，对于控制温室气体排放和保护冻土区的生态环境具有重要的现实意义。在冻土活动层土壤冻融过程频繁发生时期，定位监测青藏高原不同深度土壤中的温室气体，是土壤学、生态学和冰冻圈科学研究工作者共同关注的热点问题。研究土壤温室气体浓度剖面分布及其与土壤理化性质的关系，有助于揭示土壤中温室气体产生、积累、运输以及向大气排放的生物和物理过程，在全球变化研究中具有重要的意义。目前，研究者主要集中于地表温室气体的通量监测，而对土壤剖面温室气体的监测研究较少，这主要受到试验仪器的制约。由于青藏高原多年冻土活动层土壤经常发生冻融交替作用，土壤水冻结成冰时经常会堵塞气体采集的进气孔，这给其他多孔土壤气体采集器在该区域的应用带来了很大障碍。目前已有研究者利用单个气孔对不同深度的土壤气体样品进行了监测，但由于它只代表某一深度的土壤气体，很难与具体深度范围的土壤理化性质结合起来分析温室气体的产生机制和影响因素，这给试验结果带来了很大的误差和不确定性。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于提供一种气筒式土壤剖面气体采集器，该发明克服已有的土壤气体采集装置的缺陷，能在各种低温、潮湿或冻融交替频发的野外环境下使用，提高试验的准确度。本发明的目的是通过以下技术来实现的一种气筒式土壤剖面气体采集器，包括活塞柄、防尘帽、保护套管、橡胶活塞、抽气管、微型真空泵、采气袋、带针头的出气管、可置换型过滤器、单通道出气阀门和气体采集管，其特征在于保护套管顶部设有防尘帽，下部管壁设有均匀分布的进气微孔；保护套管中置有橡胶活塞，橡胶活塞顶端固定活塞柄；保护套管外侧位于进气微孔上方设有弧形出气嘴；气体采集管一端与弧形出气嘴连接，另一端与单通道出气阀门连接；抽气管依次连接单通道出气阀门、可置换型过滤器和微型真空泵；带针头的出气管分别连接微型真空泵与采气袋，其上设有阀门。本发明的优点及有益效果I、本发明可以根据不同试验目的，布设于各种低温、潮湿或冻融交替频发的野外土壤环境，主要是通过反复抽提活塞柄使保护套管中橡胶活塞产生压力及热量，来避免土壤微粒、水和冰对进气微孔的堵塞干扰；此外，弧形出气嘴有利于抽气过程中带出的水分不被贮存，以防止其冻结成冰后对弧形出气嘴堵塞。2、本发明可以根据采集某一土壤深度范围内温室气体的要求加工气筒式土壤剖面气体采集器装置，来采集不同深度范围的土壤温室气体，从而定期监测土壤剖面各深度范围内的温室气体浓度。3、本发明通过在气体采集管上端安装单通道出气阀门，可避免外界大气进入气体采集管所导致的浓度误差；另外，采用的可置换型过滤器能防止抽气过程中带入的水汽进入微型真空泵。4、本发明通过微型真空泵自动抽气来增加所采集的气体量，使其能有足够的量来完全满足不同温室气体浓度的测试需求，以此提高试验精确度；同时，微型真空泵出气口有阀门和带针头的出气管，能很方便地将所抽取的气体样品收集入采气袋。 5、本发明由抽气管、可置换型过滤器、微型真空泵、阀门、带针头的出气管和采气袋所组成的可移动式抽气设备，能在完成气体样品采集后拆卸并在它处使用。6、本发明结构简单、操作方便，适用于各种低温、潮湿或冻融交替频发的野外环境(如高寒冻土区)，并且适合多点同时观测。
图I为本发明的结构示意图。图中1_活塞柄2-防尘帽3-保护套管4-地表5-橡胶活塞6_进气微孔7_抽气管8-微型真空泵9-阀门10-采气袋(耐_70°C低温)11-带针头的出气管12-可置换型过滤器13-单通道出气阀门14-气体采集管15-弧形出气嘴
具体实施例方式下面结合附图I对本发明做进一步说明如图I所示，一种气筒式土壤剖面气体采集器，包括活塞柄I、防尘帽2、保护套管3橡胶活塞5、抽气管7、微型真空泵8、采气袋10、带针头的出气管11、可置换型过滤器12、单通道出气阀门13和气体采集管14，其特征在于保护套管3顶部设有防尘帽2，下部管壁设有均匀分布的进气微孔6 ;保护套管3中置有橡胶活塞5，橡胶活塞5顶端固定活塞柄I ;保护套管3外侧位于进气微孔6上方设有弧形出气嘴15 ;气体采集管14 一端与弧形出气嘴15连接，另一端与单通道出气阀门13连接；抽气管7依次连接单通道出气阀门13、可置换型过滤器12和微型真空泵8 ;带针头的出气管11分别连接微型真空泵8与采气袋10，其上设有阀门9。保护套管3采用无缝钢管；采气袋10和气体采集管14需采用耐-70°C低温的材料。实施例首先，在选好的野外试验样地中钻取一个能容纳气筒式土壤剖面气体采集器中保护套管3、弧形出气嘴15和气体采集管14的孔而不受挤压；调节活塞柄I的高度，使橡胶活塞5完全填满保护套管的进气微孔6部分和弧形出气嘴15 ;然后，把采集器保护套管3和气体采集管14垂直置入孔内，使保护套管3的的进气微孔6与气体采样深度范围一致，然后沿保护套管3外壁与土壤剖面缝隙填入粗沙，填充量以略超保护套管3的进气微孔6部分为宜；接着，把钻取到的原土搅和为泥浆，回填至孔内，使采集器的保护套管3和气体采集管14与土壤紧密相接，可避免大气扩散至保护套管的进气微孔6处；经过一定时段以后，将抽气管7、可置换型过滤器12、微型真空泵8、阀门9和带针头的出气管11相连接组成一个可移动式抽气设备，再与单通道出气阀门13接通；然后，打开单通道出气阀门13后开启微型真空泵8和阀门9，将气体采集管14以及其右侧装置中的气体排出；紧接着利用活塞柄I将橡胶活塞5的底部位置提高至保护套管3与弧形出气嘴15的接口之上后，把带针头出气管11的针头迅速插入采气袋10，进行温室气体样品的采集；最后，在采样完成后利用活塞柄I将橡胶活塞5归入保护套管3底部，然后关闭单通道出气阀门13、微型真空泵8和阀门9，再拆卸可移动式抽气设备并保存气体样品。
本发明可以按需采集某一土壤深度范围内温室气体的要求来加工气筒式土壤剖面气体采集器装置，其中采集器保护套管3长度应在地表4至需采气的土壤深度范围底部的基础上延长5cm，橡胶活塞5长度应与需采气的土壤深度范围相一致，埋设至这一实际深度后定期进行气体样品采集。例如我们需采集10-20cm土壤深度范围的气体，就可以把采集器保护套管3定制成25cm，橡胶活塞5长度设置成10cm，然后带到野外并埋设至20cm深后定期进行气样采集。本发明在试验或野外工作中，可根据需求将活塞柄I、防尘帽2、橡胶活塞5、保护套管3、弧形出气嘴15、气体采集管14和单通道出气阀门13按不同尺度要求装接的多个采集器装置，同时埋设至不同深度土壤中，用于定期监测各深度范围的土壤温室气体。
权利要求
1.一种气筒式土壤剖面气体采集器，包括活塞柄(I)、防尘帽(2)、保护套管(3)、橡胶活塞(5)、抽气管(7)、微型真空泵(8)、采气袋(10)、带针头的出气管(11)、可置换型过滤器(12)、单通道出气阀门(13)和气体采集管(14)，其特征在于保护套管(3)顶部设有防尘帽(2)，下部管壁设有均匀分布的进气微孔￠);保护套管(3)中置有橡胶活塞(5)，橡胶活塞(5)顶端固定活塞柄(I);保护套管(3)外侧位于进气微孔(6)上方设有弧形出气嘴(15);气体采集管(14) 一端与弧形出气嘴(15)连接，另一端与单通道出气阀门(13)连接；抽气管(7)依次连接单通道出气阀门(13)、可置换型过滤器(12)和微型真空泵(8);带针头的出气管(11)分别连接微型真空泵(8)与采气袋(10)，其上设有阀门(9)。
全文摘要
一种气筒式土壤剖面气体采集器，包括活塞柄、防尘帽、保护套管、橡胶活塞、抽气管、微型真空泵、采气袋、带针头的出气管、可置换型过滤器、单通道出气阀门和气体采集管，其保护套管下部管壁均匀分布一定范围的进气微孔，气体采集管顶部接有单通道出气阀门。本发明可避免土壤微粒、水和冰对进气微孔的堵塞干扰；可采集某一深度范围的土壤温室气体，同时避免外界大气进入气体采集管；利用由微型真空泵等组成的可移动式抽气设备抽气来增加所采集的气体量，可进一步消除试验误差，提高试验精确度；可根据试验要求布设至不同深度土壤中，来采集不同深度范围的土壤温室气体，从而定期监测土壤剖面各深度范围内的温室气体浓度；其结构简单、操作方便，适合多点同时观测。
文档编号G01N1/24GK102680286SQ20111006648
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者刘文杰, 赵晶, 赵爱国, 陈生云 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所