土壤培养及高分辨原位气液采样装置的制作方法

本实用新型属于生态水文中的土壤培养和气体、溶液采样技术领域，具体涉及一种土壤培养及高分辨原位气液采样装置。

背景技术：

湿地是一种具有独特水文、土壤、植被与生物特征的生态系统，分布于陆生生态系统和水生生态系统之间，湿地在调节气候、蓄洪防旱、净化环境、涵养水源、促淤造陆、控制土壤腐蚀、维持生物多样性和生态平衡等方面具有十分重要的作用。湿地对温室气体的影响日益引起关注，湿地既能通过植物光合作用吸收CO2，也能在碳物质循环过程中释放CO2和CH4。温室气体的过量排放会导致温室效应，通过改变大气层辐射来影响地球气候系统，从而使全球气候变暖，进而产生一系列连锁反应，如海平面上升、冰川融化等。

土壤表面至60cm深的土壤层是微生物反应活性最高的活性带，而微生物的厌氧呼吸作用将直接影响到土壤中各物质成分的变化，因此60cm土壤活性带是研究的关键区域。通过对土壤表面至60cm活性带气体和液体的采集，研究该土壤活性带液体中碳、氮、硫和铁等的化学特征，测量该土壤活性带气体中甲烷和二氧化碳等温室气体排放过程，可以进一步了解地球化学循环过程和温室气体的排放过程，对研究气候变化具有重要现实意义。

目前，现有技术中有专门的土壤培养容器，如公开号为CN202141718U的一种原状土壤培养容器；也有专门的气体和液体采样装置，如公开号为CN203224382U的便携式土壤空气采集器和公开号为CN106233117A的液体采集装置。但是这些装置的功能都比较单一，不能同时进行土壤培养和气液采集试验，无法较好的了解淹水、非淹水及有无植物生长等不同环境对CO2、CH4等温室气体产生以及硫、铁、氮等氧化还原过程的影响。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种土壤培养及高分辨原位气液采样装置，该装置可以在进行不同条件下土壤培养的同时，并对不同深度土壤的气体和液体进行高分辨率采样。

技术方案：本实用新型所述的一种土壤培养及高分辨原位气液采样装置，包括土壤培养装置、气体采样装置及液体采样装置，所述土壤培养装置具有底部封闭上端开口的桶形本体、本体内部铺设的石英砂层、设置在石英砂层上方的隔离层以及位于所述隔离层上方的培养腔室；所述培养腔室的侧壁上设置有多个贯通至本体外部的采样孔，每一个所述采样孔安装有所述气体采样装置或所述液体采样装置。

其中，所述多个采样孔对称并自上而下排列在培养腔室两侧。相互对称设置的两个采样孔中，一个采样孔安装所述气体采样装置，另一个采样孔安装所述液体采样装置。

所述气体采样装置和液体采样装置均水平插入式安装在所述采样孔内。从而实现同时对同一深度进行气、液样本采集。

所述气体采样装置具有T型三通阀、与T型三通阀连接的PE管、胶塞和硅胶管，硅胶管插入所述采样孔内并通过胶塞连接位于采样孔外部的PE管。

所述液体采样装置具有T型三通阀、与T型三通阀连通的PE管和液体采样器，所述液体采样器插入所述采样孔内并通过鲁尔接头连接位于采样孔外的PE管。

有益效果：该装置通过设置土壤培养装置、气体采样装置和液体采样装置，并将这三种装置有机的结合在一起，实现了在土壤培养的同时同步进行气、液采样。将土壤培养和气、液采样同步进行，使得采样的分辨率高，频率高，采样面积大，具有较高的代表性，能够较好的了解淹水、非淹水及有无植物生长等不同环境对CO2、CH4等温室气体产生以及硫、铁、氮等氧化还原过程的影响。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的结构俯视图；

图3是本实用新型气体采样装置的结构示意图；

图4是本实用新型液体采样装置的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1、图2所示，本实施例公开了一种土壤培养及高分辨原位气液采样装置，包括土壤培养装置1、气体采样装置2及液体采样装置3。

土壤培养装置具有底部封闭上端开口的桶形本体。为了避免位于最底层的土壤沉积物空隙较小而难以采集，在本体内部下层铺设石英砂层4。并在石英砂层4上方设置隔离层5用于隔离土壤和石英砂层4使两者互不接触。本实施例中石英砂层4的厚度约5cm，隔离层5为纱网，隔离层5上方为培养土壤的培养腔室。

为了安装气体采样装置2和液体采样装置3，在培养腔室的侧壁上设置有多个贯通至本体外部的采样孔，每一个所述采样孔安装有所述气体采样装置2或所述液体采样装置3。具体的，采样孔对称且自上而下的设置在培养腔室两侧的本体侧壁上。相互对称设置的两个采样孔中，一个采样孔用于安装气体采样装置2，另一个采样孔用于安装液体采样装置3。并且，气体采样装置和液体采样装置均水平插入式安装在采样孔内。从而保证能够较好地采集同一深度处的气、液样本。保障采样面积，采得的样本具有较高的代表性。

如图3、图4所示，本实施例中气体采样装置2具有T型三通阀21、与T型三通阀21连接的PE管22、胶塞23和硅胶管24，硅胶管24插入所述采样孔内并通过胶塞23连接位于采样孔外部的PE管22。液体采样装置3具有T型三通阀31、与T型三通阀31通过鲁尔接头34连接的PE管32、液体采样器33，其中，液体采样器33插入采样孔内并通过鲁尔接头34连接位于采样孔外的PE管32。

本实施例还公开一种利用上述装置的试验方法，具体的，该方法包括下述步骤：

(1)在野外采集培养所需的土壤，在把土壤添加至培养装置前进行研磨，将待培养土壤研磨至颗粒大小均匀且颗粒较小的状态；

(2)铺设土壤6并压实，分别在距离土壤表面深度5，10，15，20，30，40，50cm处设置采样孔，在每个采样深度处装配气体采样装置和液体采样装置；依次添加土壤并在不同采样深度处安装采样装置，确保采样装置安装水平，将土壤添加至土层表面距离桶壁最上方的小孔高出5cm即可。

(3)土壤培养，在两日内向装置中加入去离子水至水面完全覆盖并高出土壤表面2-3cm；在接下来的90-100天每日补充去离子水，使水面水位始终高出土壤表面2-3cm；接下来的40-50天，停止补充去离子水，水位下降并逐渐低于土壤表面，使上层土壤不再饱和；然后再次补充去离子水，在3-5日内恢复至初始水位并在该状态维持100-120天；

(4)样本采集，在土壤培养开始第3天开始进行采样，之后按照每周1次的频率分别对不同深度的气、液样本进行采集；采样时，使用无针头注射器与T型三通阀对接，打开三通阀开关，进行气体、液体的抽取，并将抽取后的气体和液体迅速转移至气体采样袋和液体采样瓶中保存；

(5)样本分析，使用气相色谱仪对气体样本中的CO2、CH4成分进行测量，使用紫外分光光度计、离子色谱等对液体样本中的硫化物、铁、氮等物质分别进行测定。