一种高寒草地温室气体采集装置的制作方法

本实用新型涉及一种高寒草地温室气体采集装置。

背景技术：

陆地生态系统是温室气体重要的源和汇，在气候变化情境下的反馈对大气化学成分起到重要的调节作用。草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,全球草地面积3.4×10⁹hm²，约占陆地面积的26％，对全球气候变化具有重大影响。草地是中国主要的植被类型之一，面积为4×10⁸hm²，约占世界草地面积的11.8％，占中国国土面积的40％以上，是中国最大的陆地生态系统，其面积约为中国耕地面积的4倍，森林面积的3.6倍。目前，草地生态系统已成为人类活动影响较为严重的陆地生态系统之一，是生态环境中较脆弱的陆地生态系统之一。我国草地生态系统有巨大的固碳潜力，其温室气体排放对全球气候变化具有重要影响，对固碳能力和价值的认识，将有助于我国在国际碳贸易中争取主动。人类活动干扰下，陆地生态系统与大气间温室气体交换的研究越来越受关注。

目前针对不同类型陆地生态系统温室气体的观测研究成为生态学领域的热点。在全国各类草地中，青藏高原拥有的高寒草地面积最大，总面积为5883.42万hm²，占全国草地面积的17.77％，占我国陆地面积的25％。青藏高原海拔高，高原基准温度低，青藏高原具有特殊的气候、植被和土壤环境，使得草地土壤发育时间短，草地生态系统特别脆弱，高海拔地区生态系统是气候变化的敏感区和生态脆弱带，青藏高原高寒草地在我国草地生态系统中占有重要地位，其在全球温室气体收支平衡中扮演重要角色。因此，研究青藏高原高寒草地植被-土壤系统温室气体排放，是了解高寒草地空气动力学及温室效应现象的重要方向，该地区温室气体的通量测定将为青藏高原陆地生态系统源、汇估算提供重要的数据基础，对于正确评价中国草地生态系统的温室气体源、汇贡献具有十分重要的意义。

为了更好的了解气候变化的方向和趋势，必须在气候变化的高度敏感响应区，进行对高寒草地温室气体的排放量的估算，以便及时制定更好的减排和适应气候变化的措施，以减缓气候变化的影响。对于准确估算草地生态系统与大气间的碳氮交换量，正确评价草地生态系统在全球碳氮循环中的地位和作用以及制定科学合理的禁牧制度提供科学依据。

目前研究土壤与大气界面温室气体通量同步监测的主流方法为静态密闭箱法。静态箱一般由箱体和底座两部分构成，测定前底座安装在土壤中，待试验时采用具有一定体积的箱子罩在被测土壤或作物的表面，同时插入底座的凹槽中，用蒸馏水密封，以保证箱体内空气与外界气体无气流交换，在一定时间间隔内用注射器抽取箱内气样，并送入实验室用气相色谱仪进行分析，从而计算温室气体的释放速率。现有技术中，通常在箱体的顶部安装一个风扇，以混匀箱体内的气体，由于箱体的体积较大，温室气体排放又有着极大地空间不均匀性，若采用较小功率的风扇则无法达到箱体内各点混合均匀的目的，影响观测的精确度；若是使用较大功率的风扇或增加风扇的数量，由于风扇的扰动，气体在箱体内部的无序流动随着土壤地表的起伏变化产生杂乱无序的乱流，改变了土壤自然状态下的温室气体排放，同时还会增加土壤汇吸收情况，影响温室气体排放量测定的精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种高寒草地温室气体采集装置，该装置可以在采集箱体内多点取气并混合均匀，提高了观测的精确度，能够准确反应高寒草地温室气体的通量变化情况。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种高寒草地温室气体采集装置，包括底端和顶端分别为敞口的底座以及底端敞口顶端封闭的采集箱，其中，所述底座的顶端表面设置有一圈凹槽，所述凹槽中设置有塑胶密封圈，所述采集箱的底端密封地插装在所述凹槽中；所述采集箱中设置有气体混合器，所述气体混合器通过支撑臂连接到所述采集箱的侧壁上，所述气体混合器的下端连接有多个进气管，所述多个进气管分别朝向所述采集箱的底端延伸，所述多个进气管中至少具有若干进气管的长度互不相等；所述气体混合器的上端连接有出气管，所述出气管穿透所述采集箱的顶端向外延伸，所述出气管的末端连接有三通阀。

优选地，所述底座的顶端边缘设置有多个卡扣件，所述采集箱的底端边缘设置有一一对应于所述卡扣件的凸起固定块，所述采集箱的底端密封地插装在所述凹槽中时，所述卡扣件与所述凸起固定块卡扣配合。

优选地，所述出气管中位于所述气体混合器和所述采集箱的顶端之间的位置设置有一硅胶过滤器。

优选地，所述多个进气管沿一方向排成一排，所述多个进气管的长度互不相等。

优选地，所述采集箱中还设置有温度检测器、气压检测器以及微型电风扇，所述采集箱的顶端开设有多个功能孔，所述功能孔被弹性橡胶塞密封，所述功能孔用于插接功能连接件，所述功能连接件包括将所述温度检测器、气压检测器以及微型电风扇连接到外部控制器的信号连接线。

优选地，所述多个功能孔中还包括一个气体采样孔和一个气压平衡孔，所述出气管通过所述气体采样孔穿透所述采集箱的顶端；在从所述采集箱抽取气体样品时，所述气压平衡孔中插接有一注射器针头。

优选地，所述底座为圆筒状，所述采集箱包括圆筒状主体和球面状盖体；所述底座的外壁上设置有刻度，所述采集箱的外壁包覆有隔热层。

优选地，所述采集箱内设置有两个微型风扇，所述两个微型风扇连接在所述球面状盖体的内壁，以所述球面状盖体的中心顶点为基准点，所述两个微型风扇分别位于所述基准点相对的两侧，所述两个微型风扇与所述球面状盖体的连接点在所述圆筒状主体横截面上的投影点位于所述横截面的一条直径上；其中，至少一个微型风扇连接在所述球面状盖体的边缘上。

优选地，所述微型风扇的多个叶片呈覆瓦状设置，以所述微型风扇的旋转轴为起点，所述叶片朝向所述微型风扇与所述球面状盖体的连接点倾斜。

优选地，所述采集箱内设置有两个温度检测器，两个温度检测器分别设置在所述圆筒状主体的上部和下部。

本实用新型实施例提供的一种高寒草地温室气体采集装置，采集箱中设置有气体混合器，气体混合器的下端连接有多个长度不同的进气管，多个长度不同的进气管可以对采集箱体内的气体进行多点取样，气体混合器将对多点取样的气体混合均匀，多点气样混合均匀后的取样更接近自然状态，测量结果更具有代表性，提高了观测的精确度，能够准确反应高寒草地温室气体的通量变化情况。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的高寒草地温室气体采集装置的结构示意图；

图2是如图1所示的采集装置中底座与采集箱相互分离的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。

参阅图1和图2，图1是本实施例提供的高寒草地温室气体采集装置的结构示意图；图2是如图1所示的采集装置中底座与采集箱相互分离的示意图；其中，为了更清楚地显示本实施例提供的采集装置，附图中一些位于箱体内的结构件采用透视的视角显示出。本实施例提供了一种高寒草地温室气体采集装置，所述采集装置包括底端和顶端分别为敞口的底座1以及底端敞口顶端封闭的采集箱2，其中，所述底座1的顶端表面设置有一圈凹槽101，所述凹槽101中设置有塑胶密封圈(图中未示出)，所述采集箱2的底端密封地插装在所述凹槽101中。所述采集箱2中设置有气体混合器3，所述气体混合器3通过支撑臂4连接到所述采集箱2的侧壁上，所述气体混合器3的下端连接有多个进气管5，所述多个进气管5分别朝向所述采集箱2的底端延伸，所述多个进气管5中至少具有若干进气管5的长度互不相等；所述气体混合器3的上端连接有出气管6，所述出气管6穿透所述采集箱2的顶端向外延伸，所述出气管6的末端连接有三通阀7。

如上所提供的高寒草地温室气体采集装置，在采集气体时，首先将底座1插入到草地的土壤中，为了控制底座1插入土壤中的深度，如图2所示，所述底座1的侧壁设置有刻度102；然后将采集箱2的底端插装在底座1的凹槽101中收集草地排放的温室气体；最后将采样注射器连接在三通阀7的一个端口采集气体样品，三通阀7的另一端口直接暴露于大气中。气体的采样通路中，多个长度不同的进气管5可以对采集箱2内的气体进行多点取样，气体混合器3将对多点取样的气体混合均匀，多点气样混合均匀后的取样更接近自然状态，测量结果更具有代表性，提高了观测的精确度，能够准确反应高寒草地温室气体的通量变化情况。

其中，所述气体混合器3的形状可以是具有中空腔体的任意形状，例如可以是长方体、正方体、球体或椭圆球体。

其中，为了使得采集箱2与底座1之间的装配更加牢固、密封性更好，如图1和图2所示，所述底座1的顶端边缘设置有多个卡扣件1a，所述采集箱2的底端边缘设置有一一对应于所述卡扣件1a的凸起固定块2a，所述采集箱2的底端密封地插装在所述凹槽101中时，所述卡扣件1a与所述凸起固定块2a卡扣配合。附图中仅示例性示出了其中的一个卡扣件1a和一个凸起固定块2a。

当空气中湿度比较大、温度较高时，所收集的气体中水分过大，势必导致后期测样分析中对气相色谱仪的损坏，对测试结果也造成影响。因此，在本实施例中，如图1所示，所述出气管6中位于所述气体混合器3和所述采集箱2的顶端之间的位置设置有一硅胶过滤器8。硅胶过滤器8可以过滤掉水汽，当然也可以过滤掉其他一些杂质，提高了测试的精度，对测试仪器起到保护的作用。

优选的技术方案中，所述多个进气管5沿一方向上排成一排，所述多个进气管5的长度互不相等，由此在采集箱2中的横向和纵向上都分布有不同的采样点。具体到本实施例中，如图1所示，3个长度互不相等的进气管5按照长短顺序沿一方向上排成一排。

其中，如图1所示，所述采集箱2中还设置有温度检测器9、气压检测器10以及微型电风扇11a、11b，所述采集箱2的顶端开设有多个功能孔14，所述功能孔14被弹性橡胶塞(图中未示出)密封，所述功能孔14用于插接功能连接件，所述功能连接件包括将所述温度检测器9、气压检测器10以及微型电风扇11a、11b连接到外部控制器13的连接线12。外部控制器13用于向温度检测器9、气压检测器10以及微型电风扇11a、11b提供电源以及显示检测的参数。其中，微型电风扇11a、11b的连接电路上还设置有指示灯15，以在箱体外方便显示出微型电风扇11a、11b的工作状态。

进一步地，如图1所示，所述多个功能孔14中包括一个气体采样孔14b和一个气压平衡孔14a，所述出气管6通过所述气体采样孔14b穿透所述采集箱2的顶端。在从所述采集箱2抽取气体样品时，所述气压平衡孔14a中插接有一注射器针头，注射器针头将采集箱2内部与外部气压连通，以在抽取气体样品时保持箱体内外气压平衡。需要说明的是，注射器针头的孔径很小，其不会影响到采集箱2内部的气体成分，或者说影响因素很小，可以忽略。

在本实施例中，如图1和图2所示，所述底座1为圆筒状，所述采集箱2包括圆筒状主体201和球面状盖体202，所述球面状盖体202优选为半球面状，所述球面状盖体202上设置有把手，方便移动采集箱2。其中，所述采集箱2的外壁还包覆有隔热层(图中未示出)，隔热层可以由泡沫保温层及反光膜(例如铝箔纸)组成，泡沫保温层可以防止日光暴晒影响采集箱2内温室气体的聚集，铝箔纸覆盖在泡沫保温层的外层，用于反射太阳光线，保持采集箱2内温度的稳定，不至于因太阳的辐射造成箱体内气体温度的急剧上升而影响气体密度等参数。进一步地，如图1所示，所述采集箱2内设置有两个微型风扇11a、11b，所述两个微型风扇11a、11b连接在所述球面状盖体202的内壁，以所述球面状盖体202的中心顶点为基准点，所述两个微型风扇11a、11b分别位于所述基准点相对的两侧，所述两个微型风扇11a、11b与所述球面状盖体202的连接点在所述圆筒状主体201的横截面上投影点位于所述横截面的一条直径上；其中，至少一个微型风扇11a连接在所述球面状盖体202的边缘上。需要说明的是，所述球面状盖体202的边缘是指所述球面状盖体202与所述圆筒状主体201相互连接的部分。按照如上的连接方式设置两个微型风扇11a、11b，可以达到改善箱内气流的流动方向并且避免死角。

进一步地，在本实施例中，所述微型风扇11a、11b的多个叶片呈覆瓦状设置，以所述微型风扇11a、11b的旋转轴为起点，所述叶片朝向所述微型风扇11a、11b与所述球面状盖体202的连接点倾斜。可以这样理解，以所述微型风扇11a、11b的旋转轴为起点，叶片的末端向上翘起，即叶片的末端相比于始端更加靠近所述微型风扇11a、11b与所述球面状盖体202的连接点，微型风扇11a、11b向上吸气。采用叶片向上的覆瓦状形式，能够有效混匀采集箱2内的空气，在采集箱2中形成环流，依靠半球体顶盖的弧形空间及风扇气流的定向控制对箱内气流流动进行优化，达到避免箱内气流的无序运动又满足气体充分混匀的目的，在很大程度上降低了风扇搅动造成的乱流，从气流流动的角度避免了风扇的搅动对温室气体排放的影响，从而保证了土壤气体与大气气体的自然交换，提高了静态箱的取样精度，改善了测试结果的可重复性。

进一步地，在本实施例中，如图1所示，为了更精确地检测采集箱2内的温度，所述采集箱2内设置有两个温度检测器9，两个温度检测器9分别设置在所述圆筒状主体201的上部和下部。

综上所述，本实用新型实施例提供的高寒草地温室气体采集装置，该装置可以在采集箱体内多个位置取样并混合均匀，提高了观测的精确度，能够准确反应高寒草地温室气体的通量变化情况。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。