一种可调深度土壤二氧化碳采集装置及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种可调深度土壤二氧化碳采集装置及其使用方法，所述采集装置从上到下依次包括储气装置、联接装置、伸缩装置和气室装置，所述储气装置包括气室罩，所述气室罩顶端设置有固定长度的固定采气管，在固定采气管上端设置有长度可以伸缩的伸缩管，锁紧套将伸缩管固定锁紧在固定采气管上；在伸缩管上设置两通连接管，两通连接管上设置有控制其开启与关闭的球型密封阀门，两通连接管下端连接伸缩管，上端连接储气瓶。所述使用方法包括：步骤一：现场抽真空；步骤二：检查泄漏；步骤三：安装与调节高度；若P1读数变化差距小于5%，则进行步骤四；步骤四：收集CO2气体；步骤五：换算标准状态下采样体积Vn。
【专利说明】-种可调深度±壤二氧化碳采集装置及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种可调深度±壤二氧化碳采集装置，W及该装置的使用方法，属于 气体样品采集【技术领域】。
【背景技术】
[0002] ±壤0)2的释放是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。全球±壤是一个巨大的 碳库，其碳贬量约为1500Pg，分别是陆地植被和大气的2倍和3倍。据估计，全球±壤每年 向大气释放碳68?77Pg/a，是化石燃料排放碳量的10倍W上。±壤C〇2的释放即使发生 较小的变化也会等于或超过由于±地利用改变和(或)化石燃料燃烧而进入大气的C〇2年输 入量。
[0003] 全球气候变化，特别是由于温室气体引起的气候变暖已受到了全世界的广泛关 注。正是由于人类的活动，包括对±壤的破坏，导致C0述量的变化，人类活动是大气中C0 2 浓度急剧上升和地球变暖的重要原因。
[0004] 〇)2在±壤该种多孔介质中传输的特性使得精确测量±壤C0 2通量非常困难。C0 2 的传输只有在存在浓度梯度(扩散）和压力梯度(质量流量）的条件下才发生。目前，在实验 室和野外条件下最常用±壤〇)2气体的采集方法有动态气室法、静态气室法、气相色谱法等 等。该些±壤〇)2气体采集方法，存在野外便携式性差、仪器成本价值高等局限性，特别是 仅限于采集地表±壤及植被气体的释放，不能够采集和观测±壤不同深度处±壤C〇2气体 释放特征，也不便于推算±壤C〇2气体释放速率和通量。
[0005] 中国专利CN201310275313. 3和CN201320388370. 8公开了一种用于不同深度±壤 二氧化碳气体采集装置，该装置具有便携性强、造价低等特点。但其还存在W下缺陷： 1、 该装置中的采气管为固定长度，在该专利技术方案中根据需要采集的不同深度选择 合适长度的采气管，但在实际使用时，一旦选定某一长度的采气管后，就无法进行更换，需 要重新选择另一合适长度的采气管安装好并预先埋设于±壤中，再继续重复等待一天； 2、 ±质不同、±壤深度不同直接影响±壤0)2气体释放量，影响±壤0)2气体释放速率 和通量； 3、 在该专利技术方案中，在实验室内将储气瓶抽取真空并记下此时压力表的读数P1， 但在实际使用过程中，实验室内获取的读数P1与野外作业时数据有一定误差，该不仅仅受 限于野外的海拔高度、温度等影响，还有可能是中间运输振动等发生泄漏因素，因此实验室 内获取的读数P1是不精确的。
【发明内容】
[0006] 本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种可调深度±壤二氧化碳采集装置 W及该采集装置使用方法。
[0007] 为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下： 一种可调深度±壤二氧化碳采集装置，所述采集装置从上到下依次包括储气装置、联 接装置、伸缩装置和气室装置，所述储气装置包括；球状的储气瓶，在储气瓶上设置有用于 抽成真空的抽气管W及用于C〇2气体测定的橡胶密封塞，在储气瓶下端管道内设置有用于 气体干燥的干燥剂W及控制下端气体进入储气瓶的密封阀口，在储气瓶顶端设置有温度计 和真空压力表，所述采集装置还包括半球状的气室罩，所述气室罩顶端设置有固定长度的 固定采气管，在固定采气管上端设置有长度可W伸缩的伸缩管，锁紧套将伸缩管固定锁紧 在固定采气管内部；在伸缩管上设置两通连接管，两通连接管上设置有控制其开启与关闭 的球型密封阀口，两通连接管下端连接伸缩管，上端连接储气瓶。
[000引作为上述技术方案的改进，所述固定采气管端口上端设置有弹性环，在弹性环外 部套装锁紧套，锁紧套挤压压缩弹性环及其内部安装的伸缩管。
[0009] 作为上述技术方案的改进，所述弹性环包括环体，在环体中屯、部位设置有容纳伸 缩管的锁环中屯、孔，在环体上端设置有若干圆周均匀分布的开口片及开口槽，且开口片和 开口槽间隔分布，在环体上端外壁设置有锁环斜面，在环体下端外壁设有外螺纹。
[0010] 作为上述技术方案的改进，所述锁紧套包括套体，套体为中空结构，其内部设置有 用来容纳弹性环的上型腔W及用来容纳固定采气管的下型腔；所述上型腔内壁上设置有内 斜面和内螺纹；所述内斜面与锁环斜面配合，所述内螺纹与外螺纹配合。
[0011] 作为上述技术方案的改进，所述固定采气管端口部设在有压缩状态的密封圈。
[0012] 作为上述技术方案的改进，所述伸缩管上还设置有可W读取伸缩管顶端与气室罩 之间间距的刻度标尺。
[0013] 作为上述技术方案的改进，在气室罩最下端设置有与±壤直接接触的橡胶圈。
[0014] 作为上述技术方案的改进，所述使用方法包括W下步骤： 步骤一；现场抽真空； 首先，在采集地区，抽真空前，关闭密封阀口，将抽气管与真空累连通，开启抽气管上的 阀口，将储气瓶内的气体压力抽到-O.OSMpa W下，关上抽气管上的阀n，记下此时的真空 压力表的读数P1; 步骤二：检查泄漏； 每隔Imin，读取真空压力表的读数，并与读数P1比较，若连续两次读数与P1差距小于 5%，则记录下最后一次读数P2和储气瓶内温度tl ; 步骤S ;安装与调节高度； 完成伸缩管和固定采气管安装，锁紧套将伸缩管锁紧在固定采气管上，根据实际需要 调节好伸缩管长度，读取伸缩管上刻度hi，两通连接管上下两端连接处涂有密封玻璃胶，连 接气室和储气瓶，完成采集装置的安装；安装期间，若P1读数变化差距大于5%，则重复步骤 一和步骤二，重新安装采集装置并抽真空，若P1读数变化差距小于5%，则进行步骤四； 步骤四：收集C〇2气体； 将采集装置预埋2化W上，让±壤掩埋至气室罩与固定采样管连接处上方即可，期间 尽可能减少人为活动对±壤扰动，使采集装置充分收集C〇2气体，当达到所需的气体采集 时间时，打开密封阀口和球型密封阀口，让C〇2气体充分进入储气瓶内，待真空压力表读数 稳定后，读取真空压力表的读数P3和储气瓶内气体温度t2,再关闭密封阀口和球形密封阀 n; 步骤五：换算标准状态下采样体积化； 其标准状态下采样体积化用下面的气体计算公式计算：
【权利要求】
1. 一种可调深度土壤二氧化碳采集装置，所述采集装置从上到下依次包括储气装置、 联接装置、伸缩装置和气室装置，所述储气装置包括：球状的储气瓶（1 )，在储气瓶（1)上设 置有用于抽成真空的抽气管（2)以及用于0)2气体测定的橡胶密封塞（5)，在储气瓶（1)下 端管道内设置有用于气体干燥的干燥剂（6)以及控制下端气体进入储气瓶（1)的密封阀门 (7 )，在储气瓶（1)顶端设置有温度计（3 )和真空压力表（4)，所述采集装置还包括半球状的 气室罩（11)，其特征在于，所述气室罩（11)顶端设置有固定长度的固定采气管 （10)，在固 定采气管（10)上端设置有长度可以伸缩的伸缩管（13)，锁紧套（14)将伸缩管（13)固定锁 紧在固定采气管（10)内部；在伸缩管（13)上设置两通连接管（8)，两通连接管（8)上设置 有控制其开启与关闭的球型密封阀门（9)，两通连接管（8)下端连接伸缩管（13)，上端连接 储气瓶（1)。
2. 根据权利要求1所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置，其特征在于，所述固 定采气管（10)端口上端设置有弹性环（17)，在弹性环（17)外部套装锁紧套（14)，锁紧套 (14)挤压压缩弹性环（17 )及其内部安装的伸缩管（13 )。
3. 根据权利要求2所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置，其特征在于，所述弹 性环（17)包括环体（171)，在环体（171)中心部位设置有容纳伸缩管（13)的锁环中心孔 (172)，在环体（171)上端设置有若干圆周均匀分布的开口片（173)及开口槽（174)，且开口 片（173)和开口槽（174)间隔分布，在环体（171)上端外壁设置有锁环斜面（175)，在环体 (171)下端外壁设有外螺纹（176)。
4. 根据权利要求3所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置，其特征在于，所述锁 紧套（14)包括套体（141 )，套体（141)为中空结构，其内部设置有用来容纳弹性环（17)的 上型腔（142)以及用来容纳固定采气管（10)的下型腔（143);所述上型腔（142)内壁上设 置有内斜面（144)和内螺纹（145);所述内斜面（144)与锁环斜面（175)配合，所述内螺纹 (145 )与外螺纹（176 )配合。
5. 根据权利要求1~4中任一所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置，其特征在 于，所述固定采气管（10)端口部设在有压缩状态的密封圈（15)。
6. 根据权利要求1~4中任一所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置，其特征在 于，所述伸缩管（13)上还设置有可以读取伸缩管（13)顶端与气室罩（11)之间间距的刻度 标尺（16)。
7. 根据权利要求1~4中任一所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置，其特征在 于，在气室罩（11)最下端设置有与土壤直接接触的橡胶圈（12)。
8. 根据权利要求1所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置使用方法，其特征在 于，所述使用方法包括以下步骤： 步骤一：现场抽真空； 首先，在采集地区，抽真空前，关闭密封阀门（7)，将抽气管（2)与真空泵连通，开启抽 气管（2)上的阀门，将储气瓶（1)内的气体压力抽到-0. 08Mpa以下，关上抽气管（2)上的阀 门，记下此时的真空压力表（4)的读数Pl; 步骤二：检查泄漏； 每隔lmin，读取真空压力表（4)的读数，并与读数Pl比较，若连续两次读数与Pl差距 小于5%，则记录下最后一次读数P2和储气瓶（1)内温度tl; 步骤三：安装与调节高度； 完成伸缩管（13)和固定采气管（10)安装，锁紧套（14)将伸缩管（13)锁紧在固定采气 管（10)上，根据实际需要调节好伸缩管（13)长度，读取伸缩管（13)上刻度hl，两通连接管 (8)上下两端连接处涂有密封玻璃胶，连接气室和储气瓶，完成采集装置的安装；安装期间， 若Pl读数变化差距大于5%，则重复步骤一和步骤二，重新安装采集装置并抽真空，若Pl读 数变化差距小于5%，则进行步骤四； 步骤四：收集CO2气体； 将采集装置预埋24h以上，让土壤掩埋至气室罩（11)与固定采样管（10 )连接处上方即 可，期间尽可能减少人为活动对土壤扰动，使采集装置充分收集CO2气体，当达到所需的气 体采集时间时，打开密封阀门（7 )和球型密封阀门（9 )，让CO2气体充分进入储气瓶（1)内， 待真空压力表（4)读数稳定后，读取真空压力表（4)的读数P3和储气瓶（1)内气体温度t2， 再关闭密封阀门（7)和球形密封阀门（9); 步骤五：换算标准状态下采样体积Vn; 其标准状态下采样体积Vn用下面的气体计算公式计算：
式中： Vn一标准状态下米样体积，L; P2-稳定状态下采样前压力，Kpa; P3一稳定状态下采样后压力，Kpa; Ps-标准大气压，Kpa; t一储气瓶内平均温度，°C; V-储气瓶体积，L。
9. 根据权利要求8所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置使用方法，其特征在 于，所述使用方法还包括： 步骤六：估算土壤释放〇)2的通量； 完成土壤CO2气体采集后，将储气瓶（1)带回实验室，可利用针管注射器通过橡胶塞 (5 )将NaOH或KOH溶液注入储气瓶（1)内摇匀，待吸收结束后用稀HCl滴定NaOH或K0H，进 而计算出在碱溶液吸收剂中的CO2总量；根据土壤CO2气体浓度、采集时间、采集体积、气室 罩（11)接触的土壤面积以及伸缩管（13)上刻度标尺hl，推算出土壤CO2气体的释放速率， 估算出土壤释放0)2的通量。
10. 根据权利要求8所述的一种可调深度土壤二氧化碳采集装置使用方法，其特征在 于，所述使用方法还包括： 步骤六：估算土壤释放〇)2的通量； 用注射器通过橡胶塞（5 )抽取储气瓶（1)内0)2气体样品，再将注射器插入到气相色谱 或红外气体分析仪注射口内，分析其CO2气体浓度；根据土壤CO2气体浓度、采集时间、采集 体积、气室罩（11)接触的土壤面积以及伸缩管（13)上刻度标尺hl，推算出土壤CO2气体的 释放速率，估算出土壤释放CO2的通量。
【文档编号】G01N1/24GK104502163SQ201510008732
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月8日 优先权日:2015年1月8日
【发明者】郑永红, 张治国, 姚多喜, 胡友彪 申请人:安徽理工大学