一种原位无扰动土壤气体测量装置的制作方法

本实用新型涉及地质检测仪器设备领域，尤其涉及一种原位无扰动土壤气体测量装置。

背景技术：

土壤作为陆地生态系统最大的碳库，其碳储量(2300Pg，包括无机碳库)约为大气碳库(750Pg)的3倍，活生物量碳库(650Pg)的4倍。土壤碳分解释放的CO2是土壤空气的重要组分，其浓度一般比大气CO2浓度高数倍至数十倍，甚至上百倍。这一巨大的CO2分压差驱动着土壤中的CO2不断向大气快速扩散，直接影响到土壤-大气界面的CO2排放量。全球土壤 CO2排放(又称土壤呼吸)是陆地最大的碳源，其速率高达(98±12)Pg·a ^－1，比人类活动的CO2排放总量(6.8Pg·a^－1)还大一个数量级，其微小波动都将对大气CO2浓度产生重大影响。

随着全球变暖的趋势日益明显，土壤CO2的排放速率还可能因升温而加速。据估算，1989—2008年，全球土壤碳排放速率逐年增加0.1Pg。另一方面，土壤CO2溶于水易形成碳酸，与碳酸盐岩等基岩反应消耗土壤中的 CO2，这也是大气CO2的一个重要碳汇。因此，土壤CO2浓度的变化对未来大气CO2浓度和气候变化起着至关重要的作用。

目前土壤CO2浓度的测定技术主要包括气井法和固态CO2传感器法。

气井法是测定土壤CO2浓度最古老、最普遍的技术。该法在土壤剖面不同深度安装气体收集装置，再用软管连接到地面，用注射器采气或直接连接CO2分析设备，如碱吸收瓶、气相色谱仪、红外气体分析仪等。集气装置大多自制，类型多样，适用于不同的土壤环境。例如，5nm的多孔熔结青铜杯、塞有橡胶塞的聚氯乙烯管、多层次采样器、长方体气体采集器、管侧开2mm孔的铜管、外裹尼龙网的倒扣玻璃漏斗、带注射器的采样通道、开放式取样杆等适于旱地土壤CO2气体的取样。

气井法易操作、成本低，气体采集装置的制作简单，可以提供不同深度土壤CO2产生的资料，一定程度上减少了测试费用和CO²溶于水后酸性腐蚀的风险，但气井法无法对土壤CO2气体进行高时间频率的连续监测。此外，该法在抽取气体时还存在干扰土壤环境而导致结果偏差、难以大量采样、有些集气装置容易被土壤颗粒堵塞而失效等问题。在气体的抽取、储存、运输和分析过程中，也难免会产生偏差。

由于广泛应用的红外气体分析仪尺寸较大，微型的固态CO2传感器近年来成为测定土壤CO2浓度的新兴技术，受到广大研究者的青睐。该传感器经防水处理后可埋在不同深度的旱地或间歇性淹水土壤中测定原位土壤CO2浓度。2003年，Hirano等首次将微型CO2传感器(GMD20，Vaisala公司，芬兰)埋在日本落叶阔叶林土壤中，验证了该设备的可行性。随后，众多研究者相继在热带稀树草原、森林、农田采用固态CO2传感器测定了土壤CO2浓度及廓线。

固态CO2传感器法可自动、连续、方便地监测原位土壤CO2浓度，时间分辨率高(可精确到小时、分钟或秒)，操作带来的系统误差小，对土壤环境的破坏较小，安装后的维护简单。但传感器只能固定在一个位置，所测量的面积有限，设备成本也较高，限制了空间上取样点的重复数，从而降低了取样的代表性和精确度。另外，土壤微环境(长期100％空气湿度下) 还会损坏传感器。

所以本实用新型的目的是，提供一种土壤气体测量装置，克服现有设备只能固定在一个位置、测量面积有限、设备成本高、限制了工件上取样点的重复数等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种测量方便，成本低的土壤气体测量装置。

本实用新型提供了一种原位无扰动土壤气体测量装置，包括管状外壳，所述管状外壳底端设有刀口竖直向下的U型铲，所述管状外壳上设有进气孔，所述管状外壳顶部内壁设有螺纹连接装置，所述管状外壳内部设有内部U型铲，所述内部U型铲与所述管状外壳通过所述螺纹连接装置呈可拆卸连接，所述管状外壳内部设有CO2探头。

进一步地，所述进气孔内设有用于防止大颗粒土壤进入的滤网。

进一步地，所述管状外壳上在多个位置设置至少2个进气孔。

进一步地，所述管状外壳的材料为不锈钢。

进一步地，所述U型铲的材料为不锈钢。

进一步地，所述内部U型铲的材料为不锈钢。

进一步地，所述内部U型铲的开口角度范围为60°—90°。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型先用双层U型铲在预定深度打孔，再放入微型的固态CO2传感器至预定深度，密封，待气体扩散达到平衡时开始测量的设计。克服了传统气井法抽取气体对土壤环境造成干扰的缺点，克服了气体在抽取、储存、运输和分析过程中产生偏差的缺点，同时只需一个固态CO2传感器，具有易操作，成本低的优点，同时可自动、连续、方便地短期监测原位土壤CO2浓度。

2、本实用新型进气孔内设有滤网的设计，在测量时阻隔了土壤进入测量装置，避免了土壤进入对测量结果的影响。

3、本实用新型多个进气孔的设计，使气体充分进入，可以取得更精准的测量结果。

4、本实用新型采用不锈钢材料的设计，可以保障测量装置长期埋于土壤内进行长期测量而不会被腐蚀，保障了测量的连续性。

5、本实用新型内部U型铲的开口角度范围为60°—90°的设计，保障了土壤可以进入内部U型铲，并粘附在内部U型铲内带出。

附图说明

图1是本实用新型原位无扰动土壤气体测量装置的结构示意图；

附图中各编号为：管状外壳-1、内部U型铲-2、进气孔-3、螺纹连接装置-4、CO2探头-5、U型铲-6。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸链接，或一体地连接；也可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供了一种原位无扰动土壤气体测量装置，包括管状外壳1，所述管状外壳底端设有刀口竖直向下的U型铲6，所述管状外壳上设有进气孔3，所述管状外壳顶部内壁设有螺纹连接装置4，所述管状外壳内部设有内部U型铲2，所述内部U型铲与所述管状外壳通过所述螺纹连接装置呈可拆卸连接，所述管状外壳内部设有CO2探头5。

进一步地，所述进气孔内设有用于防止大颗粒土壤进入的滤网。本实用新型进气孔内设有滤网的设计，在测量时阻隔了土壤进入测量装置，避免了土壤进入对测量结果的影响。

进一步地，所述管状外壳上在多个位置设置至少2个进气孔。本实用新型多个进气孔的设计，使气体充分进入，可以取得更精准的测量结果。

进一步地，所述管状外壳的材料为不锈钢。进一步地，所述U型铲的材料为不锈钢。进一步地，所述内部U型铲的材料为不锈钢。本实用新型采用不锈钢材料的设计，可以保障测量装置长期埋于土壤内进行长期测量而不会被腐蚀，保障了测量的连续性。

进一步地，所述内部U型铲的开口角度范围为60°—90°。本实用新型内部U型铲的开口角度范围为60°—90°的设计，保障了土壤可以进入内部U型铲，并粘附在内部U型铲内带出。

工作时，管状外壳通过U型铲掘进挖土，形成容置腔，安装在管状外壳内部的内部U型铲向下掘进，掘进到某一位置(如1米)时，土壤从管状外壳底端进入，进而从内部U型铲侧壁开口进入，则停止，将内部U型铲通过螺纹连接装置拧出，带出管状外壳内土壤后，在管状外壳内部形成的空腔内通过CO2探头进行测量。本实用新型先用双层U型铲在预定深度打孔，再放入微型的固态CO2传感器至预定深度，密封，待气体扩散达到平衡时开始测量的设计。克服了传统气井法抽取气体对土壤环境造成干扰的缺点，克服了气体在抽取、储存、运输和分析过程中产生偏差的缺点，同时只需一个固态CO2传感器，具有易操作，成本低的优点，同时可自动、连续、方便地短期监测原位土壤CO2浓度。

此外，本实用新型中的CO2传感器如果更换成其他气体的测量传感器，一样可以用于土壤内其他气体含量的测量，并不限于CO2测量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。